Logo
Cover

Червоточины, они же кротовые норы, часто фигурируют в фантастике, облегчая героям путешествие из одной точки необъятной Вселенной в другую. С точки зрения физики, однако, такие туннели в пространстве-времени остаются чисто гипотетическими. Международная команда ученых представила новую теоретическую модель, которая делает червоточины — по крайней мере, микроскопические — вполне математически реальными.

Червоточины, как и черные дыры, появляются в уравнениях общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Важный ее постулат заключается в том, что у Вселенной четыре измерения — три пространственных и одно временное. Вместе они образуют то, что называется пространством-временем, которое может растягиваться и искривляться под действием массивных объектов, таких как звезды.

Кривизна пространства-времени определяет движение планет, космических кораблей и света. «Теоретически, пространство-время можно изгибать и искривлять без массивных объектов, — пояснил Хосе Луис Блазкес-Салькедо, руководитель научной группы. — С математической точки зрения такой обходной путь возможен, но никто никогда не наблюдал настоящую червоточину».

Более того, она была бы нестабильной. Если бы в нее влетел комический корабль, она тут же схлопнулась бы в черную дыру — объект, в котором материя пропадает безвозвратно. Ранние математические модели показывали, что единственный способ удержать червоточину в открытом состоянии — с помощью экзотической формы материи с отрицательной массой, то есть той, которая весит меньше, чем ничего. И существует только в теории, пишет Phys.org.

Однако Бласкез-Салькедо и его коллеги нашли способ обойти это ограничение. Они выбрали относительной простой «полуклассический» подход и скомбинировали элементы ОТО с элементами квантовой теории и с классической теорией электродинамики. В своей модели они предположили, что определенные элементарные частицы, такие как электроны, и их электрический заряд в качестве материи, могут проходить через кротовые норы. В качестве математического описания они выбрали уравнение Дирака, формулу, которая описывает функцию плотности распределения частицы в соответствии с квантовой теорией и относительностью в виде так называемого поля Дирака.

Включение поля Дирака в модель позволяет предположить существование кротовых нор, через которые может проходить материя в том случае, если соотношение между электрическим зарядом и массой червоточины больше определенного предела.

Помимо материи проходить через крошечные туннели в пространстве-времени таким образом могут и сигналы — к примеру, электромагнитные волны. Увы, пока эти гипотетические структуры, существование которых экспериментальным путем не доказано, по-прежнему не подходят для межзвездных путешествий. Для этого они слишком маленькие. Но прогресс в понимании того, как эта задача могла бы быть решена хотя бы на уровне математики, есть и это не может не радовать.

В прошлом году физики из Принстона нашли математическую лазейку, как поместить космический корабль в кротовую нору. Для этого им пришлось использовать особенности квантовой механики в пятимерном пространстве.