Реальность червоточин: больше, чем просто теория?

В 1935 году Альберт Эйнштейн и его аспирант Натан Розен выдвинули гипотетическую математическую структуру пространства-времени. Которая могла бы служить связующим звеном между двумя различными областями пространства, потенциально сокращая путь между ними. Какова же реальность червоточин?

Путешествие по этому «горлу» могло бы происходить намного быстрее, чем через привычный внешний пространственно-временной континуум, который их соединяет. Это пример общего класса пространственно-временных структур с двумя «отверстиями», соединёнными «горлом», известных как «кротовые норы».

В 1962 году Роберт Фуллер и Джон Уилер показали, что кротовая нора Эйнштейна — Розена нестабильна и схлопнется до того, как через неё пройдёт какая-либо частица.

Позже Стивен Хокинг, Кип Торн и их коллеги предположили, что экзотическая материя с отрицательной плотностью массы (энергии) может стабилизировать червоточину и сделать её гипотетически проходимой. Известно, что такое вещество существует в виде «тёмной энергии», отталкивающая гравитация которой вызывает ускоренное расширение Вселенной. Однако для создания червоточины необходимо извлечь тёмную энергию из космического резервуара и придать ей форму червоточины. Мы не знаем, возможно ли это, поскольку природа тёмной энергии остаётся неизвестной.

Проходимая червоточина позволила бы развитой цивилизации путешествовать во времени назад. Это возможно потому, что время внутри и снаружи червоточины течёт по-разному. В результате синхронизированные часы на обоих концах червоточины остаются синхронизированными для наблюдателя, проходящего через неё.

Представьте себе наблюдателей на одном конце червоточины, которые столкнулись с замедлением времени и стали стареть медленнее, перемещаясь или временно находясь в гравитационной потенциальной яме. Такие наблюдатели могли бы одновременно подключиться к более старому концу червоточины и позволить своей более старой версии встретиться со своей более молодой версией. С точки зрения стороннего наблюдателя это и есть машина времени.

В 1992 году Стивен Хокинг предложил гипотезу «защиты хронологии», утверждая, что законы физики препятствуют путешествиям во времени, делая Вселенную безопасной для историков. Поскольку у нас нет теории, которая объединяла бы квантовую механику и гравитацию, мы не знаем, верна ли гипотеза Хокинга. Если она верна, то продвинутые внеземные цивилизации не смогут построить проходимые червоточины.

Этот набор аргументов предполагает, что если мы когда-нибудь обнаружим инопланетных гостей рядом с Землёй, которые воспользовались бы червоточинами для перемещения быстрее скорости света, мы бы знали, что гипотеза Хокинга неверна и что путешествия во времени возможны. Их научный подвиг оказал бы серьёзное влияние на разрабатываемую нами теорию квантовой гравитации. Это также подняло бы этические вопросы, например, должны ли мы попросить у них доступ к их машине времени и отправиться в прошлое, чтобы убить Адольфа Гитлера до Холокоста. Такой поступок позволил бы мне вернуть к жизни 65 членов семьи моего отца, которые погибли в нацистских концентрационных лагерях.

Доступ к машине времени как инструменту для исправления человеческой истории — одно из возможных преимуществ встречи с инопланетными квантово-гравитационными устройствами. Другое преимущество — возможность путешествовать в отдалённые уголки космоса в течение жизни человека через червоточину. Что из этого мы должны использовать в первую очередь? Для меня в первую очередь важно исправить человеческую историю, прежде чем отправляться в межзвёздные путешествия. Это потому, что мы знаем, что нужно исправить в нашем прошлом, но не знаем, какое межзвёздное путешествие будет полезным.

Знакомство с технологическими достижениями передовых внеземных учёных может быть очень полезным для нашего собственного научного прогресса. Мы открыли квантовую механику и общую теорию относительности всего столетие назад, и нам ещё многое предстоит узнать.

На прошлой неделе я приятно провёл вечер за ужином в компании специалистов по теории струн из Гарвардской Инициативы по изучению чёрных дыр. Трое из них сидели рядом со мной, и я не смог удержаться от искушения спросить их:

«Если мы обнаружим в Солнечной системе мини-чёрную дыру и экспериментаторы смогут получить к ней доступ и проверить теории квантовой гравитации, такие как теория струн, будете ли вы настаивать на том, чтобы экспериментаторы получили полное финансирование для выполнения этой задачи, даже если результаты могут поставить под сомнение всю вашу многолетнюю работу над теорией струн?» Все они ответили: «Безусловно, да». Поэтому я заметил: «Что ж, это доказывает, что в глубине души вы настоящие физики, а не физики-математики».

Заключение:

Червоточины пока не подтверждены наблюдениями, их реальность и характеристики не доказаны. 

Однако в 2023 году физики Мария Спиропулу и Даниэль Луи Джафферис совершили прорыв в создании искусственной червоточины. Для этого они использовали квантовый компьютер Sycamore от Google и смогли создать стабильную и долговременную квантовую запутанность между двумя кубитами. 

Потенциальное применение этой технологии — квантовые вычисления и связь, так как червоточины могут позволить соединять удалённые точки в пространстве-времени и отправлять информацию со скоростью, превышающей скорость света. 

Однако стоит отметить, что эта технология всё ещё находится на ранних стадиях разработки, и учёным предстоит ещё много исследований, прежде чем её можно будет применить на практике.