Все хотят иметь личную червоточину. В том смысле, что кто захочет путешествовать по вселенной обычным способом, когда банальный полет от одной звезды до другой может занять тысячи и десятки тысяч лет? Гораздо интереснее, если вы можете заскочить в ближайшее отверстие кротовой норы, совершить небольшую прогулку в ней и оказаться в каком-нибудь экзотическом отдаленном уголке вселенной.

Однако есть одна небольшая техническая трудность: червоточины, которые являются настолько сильными изгибами пространства-времени, что образуют короткий туннель между двумя точками вселенной, катастрофически нестабильны. Например, если вы пошлете в кротовую нору фотон, то она разрушится быстрее, чем он по ней пролетит, то есть быстрее скорости света.

Но недавняя статья, опубликованная в журнале arXiv 29 июля, показала способ построить почти устойчивую червоточину, которая, конечно, разрушается, но достаточно медленно, что позволяет отправлять через нее сообщения — и, возможно, даже вещи — прежде, чем она коллапсирует. Все, что вам нужно, это пара черных дыр и несколько бесконечно длинных космических струн. 

Проще простого.

Принцип работы червоточины: зачем сто лет лететь по обычному (красному пути), если можно добраться до нужной точки за секунду через кротовую нору (зеленый путь).

Проблемы создания кротовой норы

В принципе, построить червоточину довольно просто. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, масса и энергия деформируют ткань пространства-времени. И определенная особая конфигурация материи и энергии позволяет сформировать туннель — максимально короткий путь между двумя удаленными частями вселенной.

К сожалению, даже на бумаге эти червоточины фантастически нестабильны. Всего один фотон, проходящий через червоточину, запускает катастрофический каскад, который разрывает ее. Тем не менее, некоторое количество материи с отрицательной массой может противодействовать дестабилизирующему воздействию обычной материи, пытающейся пройти через червоточину, делая ее проходимой.

Есть, правда, одна загвоздка — вещества с отрицательной массой не существует, поэтому нам нужен запасной план.

Давайте начнем с самой кротовой норы. Нам нужен вход и выход. Теоретически, возможно соединить вместе черную дыру (область пространства, из которой ничто не может уйти) с белой дырой (теоретическая область пространства, куда ничто не может войти). Когда эти два необычных космических объекта объединяются, они образуют совершенно новую структуру: червоточину. Таким образом, вы можете прыгнуть в любой конец этого туннеля, и вместо того, чтобы пугать людей, сбрасывая книги с бесконечных полок в черной дыре, вы без всякого вреда для себя вылетите с другой стороны.

Правда, белых дыр тоже не существует. Становится все сложнее, не правда ли?

Зарядить черные дыры!


Вот так теоретически выглядит один из видов червоточин, мост Эйнштейна-Розена: наблюдатель видит свет из другой части вселенной внутри черной дыры.

Поскольку белых дыр не существует, нам нужен запасной план для запасного плана. К счастью, умные математики подсказывают нам возможное решение: заряженная черная дыра. Черные дыры могут нести электрический заряд — да, при естественном формировании заряда они не приобретают, но мы используем то, что можем получить. Внутри любой черной дыры находится странное место с так называемой гравитационной сингулярностью: это, пожалуй, самая необычная область во вселенной, в которой не работают большинство базовых физических теорий, а величины, описывающие гравитационное поле, становится или бесконечно большими, или неопределенными. И если у обычной черной дыры эта область — вообще говоря точка в ее центре, то у заряженной она может быть искажена, а у двух противоположно заряженных черных дыр они и вовсе могут соединяться мостом.

Вуаля: мы получили червоточину, используя только то, что действительно может существовать.

Но у этой кротовой норы, созданной с помощью заряженных черных дыр, есть две проблемы. Во-первых, она все еще нестабильна, и если что-то или кто-то на самом деле попытается ее использовать, то она развалится. Вторая проблема заключается в том, что две противоположно заряженные черные дыры будут притягиваться друг к другу как гравитационными, так и электрическими силами, и если они сольются, то вы просто получите одну большую нейтрально заряженную и совершенно бесполезную черную дыру.

Игра на космических струнах

Таким образом, чтобы все это работало, нам нужно убедиться, что две заряженные черные дыры находятся в безопасности, достаточно далеко друг от друга, и при этом туннель червоточины может оставаться открытым. Потенциальное решение этой новой задачи — космические струны.

Космические струны — это теоретические дефекты в ткани пространства-времени, похожие на трещины, которые образуются при замерзании льда. Эти космические остатки образовались в первые доли секунды после Большого взрыва. Это действительно экзотические объекты, не шире протона, но всего дюйм их длины перевешивает гору Эверест. Вы никогда не захотите встретиться с ними, ибо они разрежут вас пополам, как космический световой меч, но вам не нужно сильно беспокоиться, поскольку мы даже не уверены, что они существуют, и никогда не видели их во вселенной.

Тем не менее, нет никаких причин, по которым они не могут существовать, так что мы не сильно лукавим, используя их для создания устойчивых кротовых нор.


Бесконечный провал на схеме и есть гравитационная сингулярность.

Когда дело доходит до червоточин, то у космических струн есть одно очень полезное свойство: огромная инертность. Другими словами, им действительно не нравится, когда их толкают. Если вы пронизываете червоточину космической струной и позволяете ей проходить вдоль внешних краев черных дыр, то натяжение струны мешает им притягиваться друг к другу. Говоря простым языком, космические струны тут выступают как стальные тросы, которые крепятся к берегам и удерживают мост от падения.

Наращиваем стабильность

Одна космическая струна решает одну из проблем — удерживает черные дыры в определенных местах, что позволяет входу и выходу из кротовой норы быть открытыми. Но она не предотвращает разрушение самой червоточины, если вы действительно решите ее использовать. Итак, давайте добавим еще одну космическую струну, также пронизывающую кротовую нору, но при этом проходящую и через нормальное пространство между этими двумя черными дырами, образуя своеобразную петлю.

Когда космические струны замыкаются в петлю, они, теоретически, начинают сильно вибрировать. Эти вибрации перемешивают саму ткань пространства-времени вокруг них, и при правильной настройке вибрации могут привести к тому, что энергия пространства в их окрестностях станет отрицательной, эффективно действуя как отрицательная масса внутри червоточины, потенциально стабилизируя ее.

Это не идеальное решение: в конце концов, внутренние вибрации космических струн — те самые, которые могут держать червоточину открытой — вытягивают энергию и, следовательно, массу из струны, делая ее все тоньше и тоньше. По сути, с течением времени используемая таким образом космическая струна исчезнет, что приведет к полному разрушению кротовой норы. Но все же червоточина, стабилизированная таким образом, может существовать достаточно долго, чтобы передавать через нее сообщения или даже объекты.

Но сначала нам нужно найти несколько космических струн и зарядить парочку черных дыр.