Хуан Малдасена, один из ведущих экспертов в области теории суперструн, применяемой к черным дырам, работал с коллегой, чтобы найти решение, описывающее проходимую червоточину, безопасную для человека. Примечательно, что он вытекает из варианта теории, рассмотренной лауреатом Нобелевской премии Кипом Торном, чтобы сделать фильм «Интерстеллар» научно достоверным.
В ноябре 2015 года отмечалось столетие со дня окончательной формулировки Эйнштейном своей общей теории относительности. Астроном и физик Карл Шварцшильд опубликовал в январе 1916 года свое знаменитое решение, описывающее гравитационное поле сферической однородной звезды. В течение следующих двух лет Эйнштейн, со своей стороны, открыл в своей теории возможность существования гравитационных волн и возможность построения истинной космологии с загадочной константой.
Решение Шварцшильда оказалось еще более удивительным, хотя его первооткрыватель, к сожалению, не успел его понять, и умер вскоре после этого на русском фронте во время Первой мировой войны. Карл Шварцшильд ничего не знал о новаторской работе Роберта Оппенгеймера в 1939 году.
Мосты Эйнштейна-Розена
Великий Бхагавад-Гиты, отец атомной бомбы, действительно позировал по этому поводу в двух статьях, написанных в сотрудничестве со своими учениками того времени: «О массивных нейтронных ядрах» с Жоржем Волковым и «О продолжении гравитационного взаимодействия». Сжатие с Хартландом Снайдером - основа, на которой теории нейтронных звезд, и особенно теория гравитационного коллапса, ведущего к образованию черной дыры, будут построены в конце 1950-х и в начале 1990-х гг.
Сегодня у нас есть все основания полагать, что черные дыры действительно существуют, о чем вновь убедительно свидетельствуют первые признаки существования благодаря наблюдению коллаборации Event Horizon Telescope. Таким образом, у нас новые причины серьезно относиться к наследию Эйнштейна и Шварцшильда, а именно к существованию кротовых нор, если использовать выражение Джона Уиллера.
И здесь Шварцшильд не мог подозревать, что Эйнштейн и его сотрудник в то время, Натан Розен, открыли в 1935 году, изучив свое решение в новом свете. Первоначально Эйнштейн должен был найти решение своих уравнений гравитационного поля в сочетании с уравнениями электромагнитного поля Максвелла, но в версии пространственно-временных кривых, которые он открыл в 1910-х годах. Это решение обещало открыть путь к рассмотрению частиц материи исключительно в терминах уравнений поля и, следовательно, вывести их из уравнений общей теории относительности, когда-то подходящим образом объединенных с электромагнитным полем. Следовательно, существование заряженных частиц материи потенциально больше не было аксиомой, которую нужно было добавлять к физическим теориям, а было следствием этих теорий. Помимо того, что мы открыли путь к объединению сил, мы проложили путь, возможно, ведущий к недвойственной теории материи и силовых полей или даже к новой квантовой теории.
Таким образом, Эйнштейн и Розен обнаружили что за решением Шварцшильда скрыта топология, которую можно интерпретировать по аналогии с моделью искривленного пространства в двух измерениях как своего рода трубку, соединяющую два листа пространство-время, следовательно, между двумя Вселенными или, что более определенно в понимании Эйнштейна, между двумя областями пространства. Так родилась теория моста Эйнштейна-Розена.
Поскольку это могло бы служить кратчайшим путем между двумя из этих регионов и позволить обойти запрет Эйнштейна на скорость света, научная фантастика быстро ухватилась за концепцию межзвездных путешествий, как объяснил Жан-Пьер Люмине. К сожалению, позже выяснилось, что мосты Эйнштейна-Розена на самом деле были динамическими и непроходимыми. Неосмотрительный путешественник, войдя в него, увидит, как геометрия пространства-времени изменится до такой степени, что в конечном итоге разрушит его в особой точке пространства-времени.
Работа Хуана Малдасена над энтропией черных дыр в рамках теории струн привела его к формулировке знаменитого AdS / Cft-соответствия, расширяющего работу по голографическому принципу теорией черных дыр и ее последствия для известного информационного парадокса, открытого Стивеном Хокингом.
Контактные червоточины в Интерстеллар
Малдасена и Милехин объявляют, что, по их словам, существует решение, описывающее червоточины, через которые может пройти человек, и это как часть модели новой физики, построенной на основе известной космологической модели Рэндалла-Сундрума II. Нам сразу приходит мысль, что научная фантастика стала немного ближе к реальности с вопросом о межзвездных путешествиях с червоточиной.
Напомним, что именно в 1988 году Нобелевская премия Кипа Торна ошеломила мир физики, опубликовав со своими коллегами Майклом С. Моррисом и Ульви Юрцевером статью, показывающую, что не только уравнения Эйнштейна имеют решение, описывающее проходимую червоточину, но также позволяют путешествовать во времени. Открытие было сделано, когда Торн по просьбе Карла Сагана пытался подтвердить существование такого объекта для своего знаменитого научно-фантастического романа «Контакт».
Торн воспользовался идеей своего сотрудничества в качестве научного консультанта фильма британского режиссера Кристофера Нолана «Интерстеллар». Футура подробно прокомментировал науку, лежащую в основе фильма, и объяснил, что это как раз вовлекало решение, описывающее кротовую нору в версии теории Рэндалла-Сундрама.
Вкратце напомним, что в двух моделях, предложенных Лизой Рэндалл и Раманом Сундрамом, пространство-время является 5-мерным и что наша наблюдаемая Вселенная представляет собой своего рода 4-мерный лист пространства-времени, соединенный со вторым листом, т.е. также в четырех измерениях и, следовательно, расстояние до нашей «мембраны» невелико согласно пятому в случае модели I и бесконечно во втором, модели II. Эти две модели предполагали, что знаменитая масса Планка, обычно считавшаяся феноменально высокой, могла быть достаточно низкой, чтобы создать черные мини-дыры на LHC. Этого не произошло.
Путешествуйте на десятки тысяч световых лет за секунду
Таким образом, Малдасена и Милехин рассмотрели вопрос о существовании червоточины, которую может пройти человек в рамках модели RSII. Поэтому сегодня они заявляют, что такое решение действительно должно существовать, если мы предположим, помимо пространства-времени, существование определенных частиц и эквивалента электромагнитного поля. Затем появляется экзотическая энергия, которая была бы отрицательной в растворе червоточины, что делает ее проходимой, создавая давление, препятствующее сокращению горла червоточины для человека или объекта, стремящегося пройти через нее. точно так же, как в случае, рассмотренном Торном и его коллегами в 1988 году.
Идентифицированная таким образом кротовая нора ведет себя так, как если бы два ее входа выглядели как крайние, но магнитно заряженные черные дыры.
Существует решение уравнений Эйнштейна-Максвелла, описывающее черную дыру с электрическим зарядом и без вращения. Это решение было открыто независимо и до 1920 года Хансом Рейсснером и Гуннаром Нордстремом (которые также не подозревали, что это черная дыра). Существует обобщение, несущее магнитный заряд, но поскольку мы до сих пор не обнаружили магнитный монополь, оно рассматривается только в теоретических исследованиях. В обоих случаях черная дыра считается экстремальной, когда заряд имеет максимальное значение для данной массы, связанной с черной дырой - помимо этого, центральная особенность черной дыры больше не скрывается горизонтом событий, который очень проблематичен и, кажется, опровергает существование решения.
Тем не менее, согласно расчетам Малдасены и Милехина, найденное ими решение позволяет человеку в хорошем состоянии за секунду перейти из одной точки Млечного Пути в другую, разделенные расстоянием между ними в десятки тысяч световых лет, но, войдя в червоточину, они также выйдут через десятки тысяч лет. Другая проблема, фотоны или частицы, попадающие в червоточину, будут подвергаться сильному ускорению (ну, для фотона необходимо говорить о значительном вкладе энергии, а не об ускорении), что может сделать их опасными для человека в червоточине и, прежде всего, привести к положительной составляющей энергии, компенсирующей отрицательную энергию, сохраняя отверстие открытым. Следовательно, червоточина должна находиться в очень холодной среде.
Исследователи также указывают, что они не знают, как нужно было бы приступить к созданию такой проходимой червоточины, но, возможно, продолжая свои исследования, которые все еще мало разработаны и только опубликованы в статье, смогут найти способы для гораздо более захватывающих перспектив, как в фильме «Интерстеллар» с работами Мерфи Купера. Посмотрим...