Кротовые норы часто представляются как туннели в пространстве или времени — кратчайшие пути через Вселенную. Однако этот образ основан на неверном понимании работ физиков Альберта Эйнштейна и Натана Розена. В 1935 году они представили то, что назвали «мостом»: математическую связь между двумя идеально симметричными копиями пространства-времени. Но это был не проход для путешествий, а способ поддерживать согласованность между гравитацией и квантовой физикой.
Лишь позже мосты Эйнштейна — Розена стали ассоциироваться с кротовыми норами, хотя изначально эта идея не имела с ними ничего общего. Но в новом исследовании мы с коллегами показываем, что оригинальный мост Эйнштейна — Розена указывает на нечто гораздо более странное — и фундаментальное, — чем кротовая нора.
Загадка моста Эйнштейна — Розена
Загадка, над которой бились Эйнштейн и Розен, была связана не с космическими путешествиями, а с тем, как ведут себя квантовые поля в искривлённом пространстве-времени. Если интерпретировать это так, то мост Эйнштейна — Розена действует как зеркало в пространстве-времени: он соединяет две микроскопические стрелки времени.
Квантовая механика описывает природу на мельчайших уровнях, например на уровне частиц, в то время как общая теория относительности Эйнштейна применима к гравитации и пространственно-временному континууму. Примирение этих двух теорий остаётся одной из самых сложных задач в физике. И, что интересно, наша новая интерпретация может помочь в этом.
Неправильно понятое наследие
Интерпретация «червоточины» появилась спустя десятилетия после работы Эйнштейна и Розена, когда физики стали размышлять о переходе из одной части пространства-времени в другую в основном в исследованиях конца 1980-х годов. Но тот же анализ показал, насколько умозрительной была эта идея: в рамках общей теории относительности такое путешествие невозможно.
Мост схлопывается быстрее, чем свет успевает его преодолеть, что делает его непроходимым. Таким образом, мосты Эйнштейна — Розена нестабильны и ненаблюдаемы — это математические структуры, а не порталы.
Тем не менее метафора «кротовой норы» прочно укоренилась в массовой культуре и умозрительной теоретической физике. Идея о том, что чёрные дыры могут соединять отдалённые области космоса или даже служить машинами времени, вдохновила авторов бесчисленных статей, книг и фильмов.
Однако нет ни наблюдательных данных о макроскопических кротовых норах, ни убедительных теоретических оснований ожидать их существования в рамках теории Эйнштейна. Хотя для объяснения таких структур были предложены спекулятивные расширения физики, такие как экзотические формы материи или модификации общей теории относительности, они остаются непроверенными и весьма гипотетическими.
Две стрелы времени
В нашей недавней работе мы вновь обратились к загадке моста Эйнштейна — Розена, используя современную квантовую интерпретацию времени и опираясь на идеи, разработанные Сраваном Кумаром и Жоао Марту.
Большинство фундаментальных законов физики не делают различий между прошлым и будущим или между левым и правым. Если в их уравнениях поменять местами время и пространство, законы останутся верными. Если серьёзно отнестись к этим симметриям, можно по-другому интерпретировать мост Эйнштейна — Розена.
Вместо того чтобы представлять себе туннель в пространстве, его можно рассматривать как две взаимодополняющие составляющие квантового состояния. В одной из них время течёт вперёд, а в другой — назад, в зеркальном отражении.
Эта симметрия не является философским предпочтением. Если исключить бесконечность, то квантовая эволюция должна оставаться полной и обратимой на микроскопическом уровне — даже в присутствии гравитации.
«Мост» символизирует тот факт, что для описания полной физической системы необходимы обе временные составляющие. В обычных ситуациях физики игнорируют обратную во времени составляющую, выбирая одну стрелу времени.
Но вблизи чёрных дыр или в расширяющихся и сжимающихся вселенных для последовательного квантового описания необходимо учитывать оба направления. Именно здесь естественным образом возникают мосты Эйнштейна — Розена.
Решение информационного парадокса
На микроскопическом уровне мост позволяет информации проходить через то, что нам кажется горизонтом событий — точкой невозврата. Информация не исчезает; она продолжает развиваться, но в противоположном, зеркальном временном направлении.
Эта теория предлагает естественное решение знаменитого информационного парадокса чёрных дыр. В 1974 году Стивен Хокинг показал, что чёрные дыры излучают тепло и в конечном счёте могут испариться, по-видимому, уничтожив всю информацию о том, что в них попало, — что противоречит квантовому принципу сохранения информации в процессе эволюции.
Парадокс возникает только в том случае, если мы настаиваем на описании горизонтов с помощью единой односторонней стрелки времени, экстраполированной до бесконечности. Сама квантовая механика не требует такого допущения.
Если полное квантовое описание включает в себя оба направления времени, то на самом деле ничего не теряется. Информация покидает наше направление времени и вновь появляется в обратном направлении. Полнота и причинно-следственная связь сохраняются без привлечения новой экзотической физики.
Кротовые норы: научная фантастика или реальность?
Мифы и реальность
Идея о кротовых норах как о кратчайших путях через Вселенную стала популярной благодаря научной фантастике. Однако учёные до сих пор не пришли к единому мнению о том, существуют ли такие туннели в реальности.
С одной стороны, некоторые физики предполагают, что кротовые норы могут быть стабильными и проходимыми. Они могли бы стать основой для создания космических кораблей, способных преодолевать огромные расстояния за короткое время.
С другой стороны, другие учёные считают, что кротовые норы нестабильны и ненаблюдаемы. Они представляют собой лишь математические структуры, не имеющие отношения к реальности.
Научные исследования
Несмотря на то что идея о кротовых норах кажется привлекательной, учёные до сих пор не нашли убедительных доказательств их существования. Однако это не означает, что такие туннели невозможны. Возможно, они просто слишком сложны для обнаружения или изучения.
Например, некоторые физики предполагают, что кротовые норы могут образовываться в результате квантовых флуктуаций в пространстве-времени. Однако для подтверждения этой гипотезы необходимы дополнительные исследования.
Влияние на науку и культуру
Идея о кротовых норах оказала значительное влияние на науку и культуру. Она вдохновила авторов бесчисленных книг, статей и фильмов. Однако важно помнить, что большинство этих произведений являются лишь фантастическими предположениями, не имеющими отношения к реальности.
Тем не менее идея о кротовых норах продолжает привлекать внимание учёных и любителей научной фантастики. Возможно, в будущем мы узнаем больше о том, существуют ли такие туннели в реальности и как они могут повлиять на нашу жизнь.
Заключение
Кротовые норы — это одна из самых загадочных и интригующих идей в физике. Они представляют собой кратчайший путь через Вселенную, который может стать основой для создания космических кораблей будущего. Однако учёные до сих пор не пришли к единому мнению о том, существуют ли такие туннели в реальности.
Несмотря на то что идея о кротовых норах кажется привлекательной, важно помнить о том, что она основана на гипотезах и предположениях. Для подтверждения существования таких туннелей необходимы дополнительные исследования. Пока же учёные продолжают изучать мосты Эйнштейна — Розена и другие аспекты квантовой физики, чтобы лучше понять природу пространства-времени и возможности путешествий через него.
Об авторе
