Чи можливі кротові нори?

Дехто вважав їх лише родзинкою в складних математичних рівняннях, які описували нову, як на ті часи, загальну теорію відносності.

Згодом з'ясувалося, що ці екстремальні об'єкти не тільки існують у Всесвіті, а й дуже в ньому поширені.

Чорна діра, наприклад, є і в нашій галактиці.

Сьогодні фізики дискутують про інше неймовірне передбачення теорії відносності — кротові нори, або тунелі, що з'єднують різні точки простору. Спостерігач, який потрапив до такого тунелю, мав би тієї ж миті вийти з нього в іншому місці, яке гіпотетично може бути навіть на іншому боці Всесвіту.

Чи справді такі об'єкти можуть існувати? І якщо вони існують, то чи можуть люди сподіватися коли-небудь використовувати їх для своїх космічних подорожей?

Уперше ідея кротовини з'явилася 1935 року. Десятиліттями вчені міркували, що такі тунелі в просторі, швидше за все, не є елементами реальності. Але недавнє дослідження запропонувало здогадки про те, як вони все-таки можуть з'являтися. Причому механізм їхньої появи може бути простішим, ніж досі вважали.

Оригінальна ідея кротячих нір належить Альберту Ейнштейну і його співавтору Натану Розену. Ейнштейн і Розен намагалися зрозуміти, що означають дивні рівняння, які, як ми тепер знаємо, описують чорні діри. Поверхня чорної діри, на їхню думку, могла б бути містком, що з'єднує різні точки простору. Якщо чорну діру уявити собі як умивальник, то спостерігач, який потрапить у його злив, не зникне безповоротно, а з'явиться в такому ж умивальнику, але з іншого боку.

Існують, щоправда, дві проблеми. Першою є нестабільність тунелів. Згідно із «Загальною теорією відносності», гравітаційне тяжіння матерії, що проходить крізь неї, мало б одразу її замкнути. Щоб цього не сталося, потрібне якесь зовнішнє екзотичне джерело енергії.

Друга проблема полягає в тому, що навіть якби таке джерело існувало, до нір однаково не могли б потрапляти макроскопічні об'єкти. Процеси, які мали б їх стабілізувати, досі вважали надто далекими від звичної фізики. Хоча великі нори є популярним сюжетом наукової фантастики, науковці десятиліттями не мали ідей про те, як такі об'єкти могли б з'являтися навіть на суто теоретичному рівні.

Прорив стався наприкінці 2017 року, коли фізики Рінг Тао та Деніел Джафферіс, обидва з Гарвардського університету, та їхній колега Арон Волл з Інституту передових досліджень Прінстонського університету вказали на те, як нори можуть відчинятися завдяки ефекту квантової сплутаності. Саме сплутані квантові стани можуть бути тим екзотичним інгредієнтом, який потрібен для стабілізації таких тунелів крізь простір. А оскільки явище сплутаності є стандартною частиною квантової фізики, то й нори, зі свого боку, теж мають перейти зі світу письменників-фантастів у світ фізиків-теоретиків.

«Ця ідея справді блискуча», — вважає Набіл Ікбал, фізик із Даремського університету в Англії, який не брав участі в дослідженні. Хоча завдяки цьому явищу можуть виникати лише мікроскопічні нори, ідея Тао та Джафферіса однаково надихнула цілу низку досліджень.

Ікбал і його колега з Даремського університету Саймон Росс висловили ідею про те, що турбулентності всередині магнітних полів чорної діри теоретично могли б породжувати стабільні кротові нори. Щоправда, ці об'єкти однаково мають бути мікроскопічними. Крім того, Ікбал і Росс вважають малоймовірним, що такі гіпотетичні процеси можуть відбуватися в реальності.

Вчені вказали на процес формування нір, який не потребує компонентів, що виходить за межі стандартної фізики. Хуан Мальсадена з Інституту передових досліджень у Прінстоні, який 2013 року першим запропонував пов'язати кротову нору з квантовою сплутаністю, та його колега Олексій Мілєхін висловили ідею про те, що загадкова темна матерія, яка наповнює Всесвіт, може поводитися в такий спосіб, що гіпотетично повинен вести до появи великих нір. Щоправда, поки що ніщо не вказує на те, що темна матерія дійсно має такі властивості.

За словами Бріанни Градо-Уайт, фізика з Брандейського університету, «у вчених обмежений інструментарій. За допомогою цього інструментарію вони можуть передбачити не все, а лише окремі речі».

Хоча наука поки що не підтверджує, але й не спростовує існування кротячих нір, дослідження в цьому напрямку тривають.

«Ми все більше переконуємося, що завдяки ефекту сплутаних квантових станів такі тунелі в просторі теоретично можуть існувати. Раніше кротові нори вважалися чистою фантастикою. Тепер, здається, це не така вже й фантастика», — резюмує Градо-Вайт.