Куда ведёт кротовая нора?

Медленно, но верно такая фантастика переходит в разряд реальности, правда, пока только гипотетической. А все благодаря учёным, среди которых, к слову, есть и казанцы.

Человечество находится под угро­зой вымирания: магнитное поле Земли постепенно разряжается, ка­таклизмы становятся нормой, а ги­бель урожая оборачивается тоталь­ным голодом… К счастью, это не наша действительность – завязка сюжета известного фантастическо­го фильма «Интерстеллар». Картина собрала целую россыпь престижных кинопремий. Но лично для меня её ценность в другом: в основу лен­ты легли научные представления знаменитого физика и астронома Кипа Торна – мирового эксперта в области общей теории относи­тельности. Благодаря ему герои фильма находят спасение челове­чества в обнаруженной на орбите Сатурна «червоточине» – простран­ственном тоннеле, открывающем короткий путь в очень далёкую галактику…

Кстати, червоточина – это дослов­ный перевод английского термина wormhole, но в русскоязычной ли­тературе за этим явлением закре­пилось другое название – «кротовая нора». Впервые о норах заговорил еще Альберт Эйнштейн, а в конце прошлого столетия эта тема вновь захватила умы учёных. Открываю соответствующий раздел попу­лярной интернет-энциклопедии и с удивлением нахожу в разделе «Люди, внёсшие вклад в развитие теории» рядом с именами знаме­нитых физиков-теоретиков Джона Арчибальда Уилера и Кипа Торна фамилии трёх наших соотечествен­ников. Один из них – казанец Сер­гей Сушков.

ДАЛЕКО, НО БЛИЗКО

В конце 80‑х научное сообще­ство всколыхнула статья Кипа Тор­на и его коллеги Майкла Морриса. Резонанс она получила не столько благодаря своей полуфантастиче­ской теме, сколько тому вопросу, который поставили авторы пе­ред учёными мира. Представим, что наша цивилизация достигла такого уровня развития, что мо­жет осуществлять в рамках зако­нов физики, буквально всё, писали они. А дальше спрашивали: может ли такая цивилизация создать кротовую нору? Такая постановка проблемы привела к всплеску ин­тереса к кротовым норам – теоре­тики принялись искать решения. Тот вызов американских учёных принял и выпускник казанского университета – молодой физик Сергей Сушков.

Сегодня уже доктор наук, заве­дующий кафедрой теории относи­тельности и гравитации Института физики, научный сотрудник лабо­ратории «Космология» Сушков до­вольно сух в своих формулировках. Он – учёный, и такие притягатель­ные для фантастов словосочетания, как, например, «параллельная ре­альность», вызывают у него лишь иронию.

«Ну и зачем вам это? Кротовые норы…», – спрашивает он меня. Но, буквально, через пару минут, погружаясь в свою любимую на­учную стихию, начинает в красках рассказывать о предмете своих изысканий.

– Если коротко, то кротовые норы – это гипотетический астро­физический объект, – говорит он. – Это области, которые в популярной литературе называют тоннелями пространства и времени или мо­стами, соединяющими две разные вселенные. У «кротовой» конфи­гурации нет центра – вместо него есть часть, называемая горловиной. Проходя через неё, мы попадаем в другую вселенную. Вот такой ин­тересный топологический объект!

…Пролетая под кольцами Сатур­на, межпланетный корабль «Эндю­ранс», наконец, достигает кротовой норы. «Предположим, ты хочешь попасть из одной точки в другую. Но это слишком далеко», – пояс­няет один из героев «Интерстел­лар» другому. Он берёт лист бумаги и рисует в его противоположных краях две удалённые друг от дру­га точки, а затем складывает лист, соединяя точки, и делает в этом месте прокол: «Кротовая нора ис­кривляет пространство так, что ты можешь срезать путь через другое измерение». Преодолевая корот­кий космический тоннель, пилоты «Эндюранс» и, правда, оказываются в очень далёкой вселенной…

Одну из первых моделей по­добного тоннеля представил отец общей теории относительности Альберт Эйнштейн. Это случилось еще в 1935 году. Вместе со своим коллегой Натаном Розеном с по­мощью уравнений он вывел клас­сический пример гипотетической кротовой норы, который получил название Мост Эйнштейна-Ро­зена. Правда, великие физики не видели в нём средство пере­движения, потому что даже в ги­потетическом смысле их тоннель является непроходимым. Его гор­ловина так быстро эволюциони­рует – расширяется или, наоборот, сжимается, что даже луч света не успевает сквозь неё пройти, какой уж тут космический ко­рабль! Сергей Сушков рассказал нам о попытках учёных создать теоретическую модель само­поддерживающейся или устой­чивой кротовой норы. Подоб­ную той, через которую пролетал «Эндюранс».

ЗАГЛЯНЕМ В ЦЕНТР ГАЛАКТИКИ

– Для того, чтобы кротовые норы существовали и были ста­бильным космическим объектом, необходимо наличие весьма экзо­тического вещества, – рассказы­вает Сергей Сушков. – Дело в том, что горловина норы под действи­ем гравитации стремится схлоп­нуться, а это вещество будет удер­живать её от этого.

Еще не так давно такие разго­воры о кротовых норах в науч­ном сообществе вызывали улыбку. Пока не была открыта некая неви­димая для нас материя – тёмное вещество или, как его еще назы­вают, тёмная энергия.

– Безусловно, тёмная энергия располагает экзотическими свой­ствами, – говорит Сушков. – Хотя бы потому, что оно – в отличие от привычной для нас материи – обладает энергией отрицательной, потому что имеет отрицательную массу.

Учёные выяснили, что эта тём­ная энергия заполняет более 70 процентов вселенной, правда, в очень рассеянном виде. Физики пока точно не знают, что именно оно собой представляет, но одно ясно точно: концентрация тёмной энергии в локальных масштабах настолько мала, что её невозмож­но обнаружить в условии лабора­торий, а, следовательно, с ней пока не получается взаимодействовать. Это вещество можно рассматри­вать лишь в планковских масшта­бах, то есть на квантовом уровне, в сравнении с которым даже ми­кромир кажется гигантом.

– Пока что мы предполагаем, что выполнение этих экзотиче­ских условий для существования кротовых нор возможно только вот на таком микроскопическом уровне, и рассчитывать на то, что если не сегодня, то завтра учё­ные построят желаемый тоннель для путешествий – неразумно, – говорит Сушков.

– А что, если кротовые норы уже существуют в природе? – не сдаюсь я. – Где бы вы их искали?

– Пожалуй, наиболее подхо­дящее для этого место – центр галактики.

Дело в том, что согласно совре­менным наблюдениям, в центре любой галактики всегда находит­ся чёрная дыра. Наша галактика «Млечный путь» – не исключе­ние. Предполагается, что в её центре имеется чёрная дыра с массой более чем 4 миллиона солнечных масс. Увидеть данное явление в телескоп невозможно, потому что она уже неактивна и не светится ярким квазаром, засасывая и пожирая все во­круг. Вполне возможно, что это уже вовсе не чёрная дыра, а кро­товая нора, ведь эти два объекта очень схожи по своим свойствам, с той лишь разницей, что в чёр­ной дыре плотность энергии и сила гравитации уходят в бес­конечность. А если представить, что долгое время в неё падало экзотическое вещество, накопле­ние которого и ослабило притя­жение?

ВЫЗОВ ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ

Учёные Брукхейвенской лабо­ратории в США выстреливают атомами золота в гигантском ускорителе – релятивистском коллайдере тяжёлых ионов, кры­ло которого достигает четырёх километров. Они решили про­верить: верно ли, что, сталкивая субатомные частицы на скорости 99,9 процента от скорости света, можно искусственно со­здать сверхплотную материю, то есть микроскопические чёр­ные дыры? Пока их заключение отрицательное, но все же они продолжают изучение этих стол­кновений, чтобы лучше понять, что же всё‑таки произошло в на­шей вселенной после большого взрыва.

Пока крупнейшие лаборатории мира осуществляют подобные эксперименты, физики-теоре­тики предлагают свои – мате­матические – решения создания микроскопических кротовых нор. Сергей Сушков уже давно пред­ложил использовать в качестве источника поддержания микро­скопических кротовых нор такую более фундаментальную, нежели тёмная энергия, и, безусловно, реалистичную форму материи, как квантовые поля. Опубли­кованная им статья на эту тему получила высокий рейтинг цити­руемости в научном сообществе.

– Да, пока учёные не нашли ответа на вопрос: можно ли ис­кусственно вырастить кротовые норы, – говорит Сушков. – Но то, что реалистичные микроскопи­ческие кротовые норы сегодня существуют, как решение урав­нений – это факт.

С ним согласен его коллега Ми­хаил Волков. Старший научный сотрудник НИЛ «Космология» КФУ и профессор Университета Тура (Франция) тоже изучает ма­тематическую структуру черво­точин и предполагает, что в обо­зримом будущем учёным всё же удастся открыть кротовые норы. Но пока лишь только в микро­мире. И это будет «шаг на пути к одной из главных целей теоре­тической физики: примирению квантовой механики с общей теорией относительности».

Не так давно совместно с профессором Кембриджского университета Гэри Гиббонсом он опубликовал в научных изда­ниях сразу три статьи. Но только в интерпретации этих учёных кротовые норы выглядят не тон­нелем, а очень тонким и беско­нечно тяжёлым кольцом, состо­ящим из экзотической материи. Так, например, масса такого коль­ца диаметром всего в два метра будет приблизительно равна мас­се Юпитера, только со знаком минус. К такому варианту учёные пришли случайно – в процессе решения системы уравнений общей теории относительности.

Но всё же давайте представим, что нам удалось сконструировать желаемую кротовую нору‑мы те­перь сможем отправиться в пу­тешествие в самые отдалённые уголки вселенной!

– И не только, – развивает эту мысль Сергей Сушков. – Со­здание кротовых нор неизбежно приведёт к появлению машины времени.

Дело в том, что в основе совре­менной гравитационной физики лежит представление, что про­странство и время неразделимы. Поэтому, рисуя гипотетическую кротовую нору, мы говорим о том, что она лежит в четырёх измере­ниях: три из них – пространство, четверное – время. И это наше че­тырёхмерное пространство-время искривлено, а гравитация – есть проявление этого искривления. И если нам удаётся создать корот­кий путь в пространстве, значит, есть такая возможность и для вре­мени. Получается, что через тон­нель кротовой норы мы сможем не только осуществлять межзвёзд­ные путешествия, но и переме­щаться во времени. Правда, тогда у нас возникнет масса вопросов с причинно-следственной связью. Нельзя отправиться в прошлое, чтобы «наследить» там еще до сво­его рождения…

«Люди – идиоты…Человечеству дали возможность бороздить космос, но оно хочет заниматься потреблением – пить пиво и смо­треть сериалы», – сказал в одном из своих последних интервью Рэй Брэдбери. Но лично я всё же надеюсь: еще не все потеряно! А этот самый «космос» создаётся прямо здесь, на нашей родной планете – с помощью простой руч­ки и бумаги. Именно так самые дерзкие идеи фантастов обычно претворяют в реальность физи­ки-теоретики.

Кротовая нора – пространственный тоннель, открывающий короткий путь в самые отдаленные уголки вселенной. Пока это лишь гипотетический астрофизический объект. Тем не менее, сегодня он существует уже не только в фантастических романах, но и в виде решений математических уравнений.

Сквозь кротовую нору. Кадры из научно-фантастического фильма «Интерстеллар» были признаны некоторыми учеными мира неплохой визуализацией своих работ в области изучения черных дыр и кротовых нор.

Фото: Paramount Pictures (Парама́унт Пи́кчерз)

Черная дыра Гаргантюа в картине «Интер­стеллар» – одна из наиболее успешных и реалистичных попыток отразить представле­ния ученых о природе этого, все еще загадоч­ного, явления.

Фото: Европейская южная обсерватория (ESO).

Это фото нашей галакти­ки было получено с по­мощью радиотелескопа APEX в рамках большого обозрения Млечного Пути ATLASGAL. Соглас­но современным пред­ставлениям, в каждой галактике обязательно находится черная дыра. Предполагается, что в центре «Млечного пути» имеется черная дыра массой более чем 4 миллиона солнеч­ных масс, но она уже не­активна. А, вдруг, это и есть кротовая нора? Уче­ные не отвергают такой возможности.

Информация взята с сайта: Куда ведёт кротовая нора? — Журнал "Татарстан" (protatarstan.ru)