В поисках проходимых червоточин: физика за гранью стандартной модели 1:22
Современная теоретическая физика продолжает исследовать возможности перемещения сквозь пространство-время, выходящие за рамки привычного понимания. В недавнем выпуске подкаста Event Horizon профессор Института перспективных исследований Хуан Мальдасена обсудил теоретическую возможность существования проходимых червоточин (кротовых нор), основываясь на моделях, включающих дополнительные измерения и квантовые эффекты. В беседе с ведущим Джоном Майклом Годье он разъяснил, почему классические представления о червоточинах из научной фантастики противоречат законам физики, и что именно меняется при введении концепции «темного сектора».
Ограничения классической теории и «научная фантастика» 3:00
В общей теории относительности геометрия пространства-времени обладает гибкостью, что позволяет математически описывать структуры, соединяющие удаленные области. Однако реальность накладывает строгие ограничения:
- Мост Эйнштейна — Розена: Классическое решение, найденное в 1930-х годах, представляет собой соединение двух черных дыр. Проблема в том, что оно нестабильно: внутреннее пространство быстро коллапсирует, превращаясь в некое подобие сингулярности («Большого сжатия»), что делает прохождение сквозь него смертельным для путешественника.
- Запрет на сверхсветовую скорость: Научно-фантастические червоточины, позволяющие перемещаться быстрее света, запрещены уравнениями Эйнштейна при соблюдении стандартных условий для материи. Даже учет квантовых эффектов в рамках стандартной модели не дает достаточно «отрицательной энергии», чтобы удержать такую структуру открытой.
- Фундаментальное постоянство: Мальдасена отмечает, что запрет на сверхсветовое перемещение важен для целостности самой теории относительности, которая строится на существовании предельной скорости распространения сигнала.
Путь к проходимым червоточинам через «темный сектор» 9:35
Несмотря на запреты для «быстрых» червоточин, физики нашли решения, где время прохождения через «туннель» больше, чем путь снаружи. Прорыв стал возможен благодаря исследованиям Гао, Джеффери и Уолла, которые показали, как квантовые эффекты могут создавать локальную отрицательную энергию.
Мальдасена вместе с коллегами разработал модели, использующие поля стандартной модели, однако их размеры крайне малы — меньше микроскопических дистанций, доступных для изучения даже на Большом адронном коллайдере. В своей недавней работе физик пошел дальше, предположив существование модели Рэндалл — Сандрум.
Ключевые аспекты этой модели:
- Дополнительное измерение: Пространство обладает «скрытым» пятым измерением с высокой кривизной, что позволяет червоточине стать достаточно большой для человека.
- Темный сектор: Предполагается наличие частиц, которые не взаимодействуют напрямую со стандартной моделью, но могут создавать условия для поддержания «горловины» червоточины открытой.
- Временные эффекты: Путешественник, проходящий через такую червоточину, испытывает колоссальное замедление времени (гравитационное красное смещение). Внешний наблюдатель может видеть, что путь занимает тысячи лет, тогда как для самого путешественника это может длиться всего одну секунду.
Квантовая запутанность и телепортация 25:37
Одним из самых интригующих аспектов дискуссии стал взгляд на червоточины через призму квантовой механики. Мальдасена предлагает рассматривать черные дыры не просто как геометрию, а как сложнейшие квантовые объекты с огромным числом степеней свободы.
- Квантовое переосмысление: Проходимая червоточина в этой картине эквивалентна квантовой запутанности между двумя черными дырами.
- Телепортация: Проход сквозь червоточину можно интерпретировать как форму квантовой телепортации: путешественник «деконструируется» на входе и «реконструируется» на выходе.
- Безопасность: По словам Мальдасены, это «мягкая» телепортация — путешественник не чувствует боли или разрушения, в отличие от процесса попадания в «бассейн с кислотой» (метафора черной дыры). Это также делает передачу информации через такие каналы абсолютно защищенной от прослушивания извне.
Реальность или любопытный эксперимент? 31:29
На вопрос о том, можно ли проверить эти гипотезы в природе, профессор отвечает с осторожным скепсисом. Такие объекты крайне трудно произвести, а требования к их «чистоте» (отсутствие попадания пыли или излучения) критически высоки: малейшая частица может привести к коллапсу червоточины.
«Я рассматриваю это как любопытство о том, что теоретически возможно, но не стоит ожидать, что мы сможем создать их в ближайшем будущем», — подытожил Мальдасена. На текущем этапе развития физики эти исследования служат инструментом для понимания фундаментальных связей между пространством-временем и квантовой механикой.
