Мы можем построить настоящую червоточину, но если у Вселенной есть дополнительные измерения

Возможно, можно построить настоящую, но только если наша вселенная имеет дополнительные измерения, обнаружила группа физиков.

Чтобы сделать червоточину, нужно склеить разные части Вселенной, соединив их мостом или туннелем, который обычно называют "горлом". Это горло может быть настолько большим или длинным, насколько вы хотите, но, как правило, оно должно быть короче, чем обычное расстояние до места назначения. В общей теории относительности Эйнштейна создание червоточины довольно простое дело: Вы просто создаете черную дыру и соединяете ее с белой дырой (которая является полной противоположностью черной дыры), и бум, вот он: туннель сквозь пространство-время.

К сожалению, самая большая проблема с червоточинами заключается в том, что они фантастически нестабильны. Как только они образуются, их огромная гравитационная сила (в конце концов, они буквально состоят из черных дыр) разрывает их на части быстрее скорости света, что делает их довольно бесполезными в качестве кратчайших путей во Вселенной.

Единственный известный способ стабилизировать червоточину - это использовать какую-либо форму экзотической материи. Экзотическая материя может принимать форму материи с отрицательной массой, которая, похоже, не существует во Вселенной, или другой сценарий, нарушающий так называемые энергетические условия общей теории относительности. Энергетические условия просто утверждают, что все должны испытывать положительную энергию, в среднем, практически везде, куда бы они ни пошли. Однако, чтобы стабилизировать червоточину, путешественник должен испытать область отрицательной энергии.

Существуют некоторые физические сценарии, которые приводят к нарушению некоторых энергетических условий в определенное время. Однако физики не знают ни одного случая, когда все энергетические условия нарушались бы в среднем в течение длительных периодов времени - а это именно то, что нужно для создания червоточины.

Гравитация чрезвычайно слаба; она в миллиарды и миллиарды раз слабее любой другой силы природы. Этот факт беспокоит многих физиков, потому что, когда что-то так разительно отличается от остальной Вселенной, за этим обычно стоит какое-то интересное физическое объяснение.

Но у нас нет физического объяснения, почему гравитация настолько слаба. Одна из идей физиков-теоретиков заключается в том, что во Вселенной есть нечто большее, чем кажется на первый взгляд. Вдохновленные концепцией теории струн о множестве дополнительных пространственных измерений, намотанных на самих себя и сжатых до субмикроскопических масштабов, некоторые теории предполагают, что в реальности существуют дополнительные пространственные измерения, помимо обычных трех.

В этих теориях наши три измерения - это просто "брана", относительно тонкая мембрана, которая существует внутри более высокоразмерного "объема". Эти дополнительные измерения не обязательно огромны; если бы они были огромны, мы бы заметили, как частицы или планеты появляются и исчезают из дополнительного измерения. Но дополнительные измерения могут быть больше, чем мизерные размеры теории струн - возможно, размером в миллиметр.

В этом случае все силы и частицы природы будут ограничены трехмерной браной, а гравитация будет иметь привилегию путешествовать по объему. Таким образом, гравитация может быть такой же сильной, как и все остальные силы, но она настолько сильно разбавлена всеми дополнительными измерениями, что кажется слабой для нашего трехмерного опыта.

Через червоточину

Поскольку эти идеи, основанные на бране, являются попытками понять гравитацию, они открывают новые возможности для изучения природы червоточин. Наши знания о червоточинах регулируются общей теорией относительности, но, возможно, наличие дополнительных измерений меняет принцип действия общей теории относительности, делая червоточины возможными, предлагает индийская исследовательская группа в новой работе, опубликованной в базе данных препринтов arXiv.

В статье физики исследовали возможность создания червоточины в модели "ветвистого мира", впервые предложенной физиками Лизой Рэндалл и Раманом Сундрумом в 1999 году.

Авторы новой работы обнаружили, что они действительно могут построить стабильную, проходимую червоточину в этой модели гравитации, основанной на бране. Более того, для этого им не потребовалось никакой экзотической материи.

Хотя команда обнаружила, что эта ситуация все еще нарушает энергетические условия общей теории относительности, они утверждают, что это нарушение является особенностью, а не ошибкой. Вместо того чтобы для создания червоточины требовался какой-то странный и экзотический (и, вероятно, невозможный) ингредиент, природа гравитации в дополнительных пространственных измерениях естественным образом приводила к нарушению энергетических условий. Как только эти условия были нарушены, червоточины стали естественным следствием, сказали они.

Исследователи даже зашли так далеко, что предположили, что если мы когда-нибудь сможем непосредственно наблюдать или создать червоточину, это может указывать на то, что Вселенная имеет больше пространственных измерений, чем обычные три.

Как и все теоретические работы на тему червоточин, это не последнее слово. Никто не знает, верна ли теория Рэндалла-Сундрума или любая другая теория, основанная на бранах и дополнительных измерениях. И ни у кого нет квантовой теории гравитации - теории сильной гравитации на малых масштабах - которая почти наверняка изменила бы расчеты, возможно, до такой степени, что снова исключила бы возможность существования червоточин.

Но этот результат все равно интересен, поскольку он присоединяется к ряду попыток исследовать границы нашего понимания гравитации, доводя общую относительность до абсолютных пределов. Червоточины могут существовать или не существовать, но попытка понять их определенно расширит наши знания о Вселенной.