Возможны ли кротовые норы?

Впоследствии выяснилось, что эти экстремальные объекты не только существуют во Вселенной, но и очень в ней распространены.

Черная дыра, например, есть и в нашей галактике.

Сегодня физики дискутируют о другом невероятном предсказании теории относительности — кротовых норах, или туннелях, соединяющие различные точки пространства. Наблюдатель, попавший в такой туннель, должен был бы в тот же миг выйти из него в другом месте, которое гипотетически может быть даже на другой стороне Вселенной.

Действительно ли такие объекты могут существовать? И если они существуют, то могут ли люди надеяться когда-нибудь использовать их для своих космических путешествий?

Впервые идея кротовины появилась в 1935 году. Десятилетиями ученые рассуждали, что такие туннели в пространстве, скорее всего, не являются элементами реальности. Но недавнее исследование предложило догадки о том, как они все-таки могут появляться. Причем механизм их появления может быть проще, чем до сих пор считали.

Оригинальная идея кротовых нор принадлежит Альберту Эйнштейну и его соавтору Натану Розену. Эйнштейн и Розен пытались понять, что означают странные уравнения, которые, как мы теперь знаем, описывают черные дыры. Поверхность черной дыры, по их мнению, могла бы быть мостиком, соединяющим различные точки пространства. Если черную дыру представить себе как умывальник, то наблюдатель, который попадет в его слив, не исчезнет безвозвратно, а появится в таком же умывальнике, но с другой стороны.

Существуют, правда, две проблемы. Первой является нестабильность туннелей. Согласно «Общей теории относительности», гравитационное притяжение материи, проходящей через нее, должно было бы сразу ее замкнуть. Чтобы этого не случилось, нужен какой-то внешний экзотический источник энергии.

Вторая проблема заключается в том, что даже если бы такой источник существовал, в норах одинаково не могли бы попадать макроскопические объекты. Процессы, которые должны были бы их стабилизировать, до сих пор считали слишком далекими от привычной физики. Хотя большие норы являются популярным сюжетом научной фантастики, ученые десятилетиями не имели идей о том, как такие объекты могли бы появляться даже на чисто теоретическом уровне.

Прорыв произошел в конце 2017 года, когда физики Ринг Тао и Дэниел Джафферис, оба из Гарвардского университета, и их коллега Арон Уолл из Института передовых исследований Принстонского университета указали на то, как норы могут открываться благодаря эффекту квантовой спутанности. Именно спутанные квантовые состояния могут быть тем экзотическим ингредиентом, который нужен для стабилизации таких туннелей сквозь пространство. А поскольку явление спутанности является стандартной частью квантовой физики, то и норы, со своей стороны, тоже должны перейти из мира писателей-фантастов в мир физиков-теоретиков.

«Эта идея действительно блестящая», — считает Набил Икбал, физик из Даремского университета в Англии, который не участвовал в исследовании. Хотя благодаря этому явлению могут возникать только микроскопические нороы, идея Тао и Джаффериса одинаково вдохновила целый ряд исследований.

Икбал и его коллега из Даремского университета Саймон Росс высказали идею о том, что турбулентности внутри магнитных полей черной дыры теоретически могли бы порождать стабильные кротовую нору. Правда, эти объекты одинаково должны быть микроскопическими. Кроме того, Икбал и Росс считают маловероятным, что такие гипотетические процессы могут происходить в реальности.

Ученые указали на процесс формирования нор, который не требует компонентов, выходящий за пределы стандартной физики. Хуан Мальсадена из Института передовых исследований в Принстоне, который в 2013 году первым предложил связать кротовую нору с квантовой спутанностью, и его коллега Алексей Милехин высказали идею о том, что загадочная темная материя, наполняющая Вселенную, может вести себя таким образом, который гипотетически должен вести к появлению больших нор. Правда, пока ничто не указывает на то, что темная материя действительно обладает такими свойствами.

По словам Брианны Градо-Уайт, физика из Брандейского университета, «у ученых ограниченный инструментарий. С помощью этого инструментария они могут предвидеть не все, а лишь отдельные вещи».

Хотя наука пока не подтверждает, но и не опровергает существование кротовых нор, исследования в этом направлении продолжаются.

«Мы все больше убеждаемся, что благодаря эффекту спутанных квантовых состояний такие туннели в пространстве теоретически могут существовать. Раньше кротовые норы считались чистой фантастикой. Теперь, кажется, это не такая уж и фантастика», — резюмирует Градо-Уайт.