Аурих Лоусон | Гетти Изображений
У вас есть новый модный космический корабль, и вы хотите отправиться в пятилетнее путешествие по галактике. Но есть проблема: космос большой. Действительно большой. И даже на самых высоких скоростях, какие только можно вообразить, требуется целая вечность ползания по межзвездным пустотам, чтобы добраться до интересного места.
Решение? Пришло время построить червоточину.
Ярлык. Туннель. Мост через пространство-время, который позволит вам пропустить скучные космические путешествия и перейти к интересным вещам. Это основа научной фантастики, основанная на научных фактах. Насколько это может быть сложно?
Вот подсказка: невероятно сложно.
Вариант №1: Мост Эйнштейна-Розена
Первый шаг — понять, что червоточины полностью соответствуют математике общей теории относительности (ОТО). Мы используем ОТО, потому что это наш язык гравитации, а блестящая математическая машина Альберта Эйнштейна относительно проста. Эйнштейн понял, что хотя мы воспринимаем гравитацию как силу, на самом деле это просто ощущение, которое мы испытываем, когда вынуждены преодолевать неровности, колебания и неровности пространства-времени. Те же неровности, колебания и неровности происходят из-за распределения материи и энергии в том же самом пространстве-времени.
Материя сообщает пространству-времени, как изгибаться; искривление пространства-времени говорит материи, как двигаться.
Если мы хотим построить туннель в пространстве-времени — червоточину, — нам нужно открыть некую структуру материи и/или энергии, которая искривляет пространство-время именно так, чтобы туннель появился. Руководствуясь общей теорией относительности, нам нужно найти решение ее уравнений, допускающее существование червоточины.
И на первый взгляд мы можем подумать, что самый простой способ построить червоточину — это построить черную дыру.
Черные дыры — это области пространства-времени, отрезанные от остальной части Вселенной. Это проколы в самом пространстве-времени — точка бесконечной плотности, известная как сингулярность, окруженная односторонним барьером, называемым горизонтом событий. Как только вы пересекаете горизонт событий, притяжение становится настолько сильным, что ничто, даже свет, не может ускользнуть. Действительно, это больше, чем путешествие в один конец; это прямая дорога в (единственный) ад. Как только вы войдете в черную дыру, вы гарантированно достигнете сингулярности — и своей гибели — за конечное время.
Решение о черной дыре появляется в ОТО как ответ на очень простой вопрос: что происходит, когда вы сжимаете материю до такой высокой плотности, что никакая другая сила не может ей противодействовать? Бум — черная дыра.
Но черные дыры — не единственный ответ на этот вопрос. Математика ОТО допускает полную противоположность черной дыре, ласково называемой белой дырой. Белые дыры также имеют сингулярность в центре, но их горизонты событий работают наоборот: ничто не может войти в белую дыру, и все, что находится внутри белой дыры, когда она образуется, быстро оказывается выброшенным наружу со скоростью, превышающей скорость света.
Какое отношение все это имеет к черным дырам? Глядя на голую математику ОТО, когда вы формируете черную дыру, вы автоматически получаете присоединенную к ней белую дыру. А связанная пара черных и белых дыр автоматически образует червоточину из-за той же встроенной математики.
Они называются мостами Эйнштейна-Розена (или, если хотите, максимально расширенной метрикой Шварцшильда) в честь Эйнштейна и его сотрудника Натана Розена. Это решение появляется в GR просто как день.
Блюз черной дыры
Однако есть две небольшие проблемы с этой настройкой.
Во-первых, белых дыр почти наверняка не существует. Они энергетически очень нестабильны. Проблема в обратном горизонте событий, который никогда не может ничего впустить извне, но постоянно извергает вещи наружу. Поскольку белая дыра в точности эквивалентна черной дыре, но движется назад во времени, эволюция белой дыры будет выглядеть как образование черной дыры, но наоборот: белая дыра делает свое дело, пока не потеряет достаточно массы и спонтанно не образует звезду. .
Вы не можете спонтанно образовать звезду только потому, что вам так хочется, потому что это нарушило бы второй закон термодинамики.
Итак, белые дыры отсутствуют.
Это означает, что если вы попытаетесь оставить чистое, стерилизованное состояние математики ОТО позади и попытаетесь сформировать черную дыру в реальном мире, белая дыра никогда не произойдет. Весь материал, который вы использовали бы для образования белой дыры, душит ее в матке собственной гравитационной пуповиной, прерывая ее формирование и оставляя после себя только черную дыру.
Если бы вы каким-то образом смогли сконструировать пару «белая/черная дыра», технически у вас была бы червоточина. Просто это было бы не очень весело.
Проблема с мостами Эйнштейна-Розена заключается в том, что сам вход в червоточину находится в пределах горизонта событий черной дыры. Вы должны пройти через этот барьер с односторонним движением, чтобы продолжить свое путешествие по червоточине. Но сама природа горизонта событий означает, что вы не можете уйти, как только войдете, и вы попадете в сингулярность в центре, несмотря ни на что.
Этот результат исходит из той же математики, которая изначально допускает существование червоточины, так что из этой ловушки невозможно выбраться.
Да, кто-то мог прыгнуть с другой стороны, может быть, из дальнего уголка Вселенной. И вы могли бы встретиться и обменяться коротким разговором, прежде чем попасть в сингулярность. Вы даже можете держаться за руки, когда достигнете аннигиляции.
