Квантовые мосты и горизонты познания: Хуан Малдасена о червоточинах и природе пространства
Червоточины, которые в научной фантастике часто служат инструментом для межзвездных путешествий и перемещений во времени, остаются объектом пристального изучения физиков-теоретиков. Хуан Малдасена, известный физик-теоретик из Института перспективных исследований, в беседе с ведущим Брайаном Китингом объясняет, что червоточины — это не просто плод воображения, а фундаментальное следствие уравнений общей теории относительности. Однако, как подчеркивает Малдасена, современная физика накладывает строгие ограничения на их использование, делая классические сценарии «быстрее света» практически невозможными.
🌌 Природа червоточин в общей теории относительности 0:00
Математически червоточины присутствуют в простейших вакуумных решениях уравнений Эйнштейна, известных как решение Шварцшильда (иногда называемое решением Эйнштейна-Розена). Эта геометрическая структура соединяет два внешних региона пространства через единую внутреннюю область.
- Непроходимость: Несмотря на наличие соединения, такие червоточины являются зависимыми от времени и не позволяют совершить путешествие из одного региона в другой. Попытка прохода приводит к попаданию в сингулярность, что неизбежно ведет к гибели.
- Связь с квантовой механикой: Современные исследования связывают такие структуры с концепцией квантовой запутанности (EPR-пары). Малдасена отмечает, что если два черных отверстия запутаны, они могут разделять общую внутреннюю геометрию.
- Условие прохождения: Исследования, проведенные Гао, Джеффрисом и Уоллом, показали, что для отправки сигнала через червоточину необходимо взаимодействие между черными отверстиями в окружающем пространстве, что концептуально близко к квантовой телепортации.
🧪 Материя и границы физических законов 10:38
Одной из главных тем беседы стала возможность создания «человечески проходимых» червоточин. По мнению Малдасены, с точки зрения известных физических принципов, червоточины не могут быть использованы для нарушения причинности или сверхсветовых путешествий.
- Ограничения: Для создания проходимых структур требуется специфическая форма отрицательной энергии, разрешенная квантовой механикой, но крайне трудная для реализации.
- Роль дополнительных измерений: В 2018 году Малдасена и коллеги исследовали возможность таких структур в четырехмерном пространстве, опираясь на постулируемый «темный сектор» материи. Позже, с привлечением моделей Рэндолл-Сандрум, предполагающих существование дополнительных искривленных измерений, задача стала более теоретически обозримой.
- Титан физики: Для того чтобы человек мог безопасно пройти через червоточину, не будучи разорванным приливными силами, ее «горлышко» должно быть размером порядка Земли.
🔬 Поиск теории квантовой гравитации 23:19
Малдасена скептически относится к термину «Теория всего», предпочитая говорить о поиске теории квантовой гравитации — квантового описания пространства-времени.
- Статус теории струн: Малдасена рассматривает теорию струн как наиболее развитого кандидата на роль такой теории, отмечая ее богатую математическую структуру.
- Проблема предсказаний: Главной трудностью остается отсутствие конкретных экспериментальных предсказаний, которые можно было бы проверить в лаборатории.
- Космология как коллайдер: Изучение ранней Вселенной и инфляции предоставляет ученым возможность использовать космос как гигантский ускоритель частиц. Малдасена подчеркивает важность измерения гравитационных «отпечатков» (негауссовости) в реликтовом излучении.
💰 Экономика как метафора физики 57:35
В одной из своих работ Малдасена использовал экономические аналогии для объяснения механизма Хиггса и калибровочных теорий.
- Суть калибровочной теории: Это описание физической системы с введением избыточных переменных, которые не влияют на реальный исход — подобно смене валютных единиц (когда изменение количества нулей в валюте не меняет реальную покупательную способность).
- Магнитные поля: Движение между тремя странами с разными валютами и наличие нетто-дохода при возвращении в исходную точку — наглядная аналогия магнитного поля в физике, где «спекулянтами» выступают электроны.
Завершая разговор, Малдасена отметил, что главным секретом успеха в науке остается работа с выдающимися молодыми исследователями и приверженность принципам правды и сотрудничества.
