[Перевод] Могут ли червоточины существовать? Скорее всего, нет

Червоточины. Межгалактические возможности срезать путь. Туннель через пространство-время, позволяющий отважным путешественникам скакать между звёздными системами, даже не приближаясь к скорости света.

Червоточины – рабочая лошадка научно-фантастических межзвёздных цивилизаций в книгах и кино, поскольку они решают надоедливую проблему художественного произведения: «если придерживаться физики, то 99,999999% всей нашей истории будет такой же интересной, как наблюдение за спящими людьми».

Но можно ли сделать это? Реально свернуть и согнуть пространство-время, создать удобный туннель и реализовать все наши галактические мечты?

Коротко говоря: маловероятно.
Подробнее: под катом.

Опасайтесь белой дыры

Концепция червоточин появилась, когда физик Людвиг Флэмм [Ludwig Flamm], а впоследствии Альберт Эйнштейн и Натан Розен поняли, что чёрные дыры можно «растягивать». Если пуститься в решение фантастически сложных уравнений общей теории относительности, то механизм, предсказывающий существование чёрных дыр, также предсказывает и такое явление, как белые дыры. Белая дыра примерно такая, какой вы её себе представляете. Если горизонт событий чёрной дыры отмечает регион пространства, из которого нельзя убежать, попав в него, то за горизонт белой дыры невозможно попасть, хотя всё, что находится внутри него, может убежать.

Те же математические выкладки дают и небольшой приз: все чёрные дыры естественным образом соединяются с белыми дырами через сингулярности, образовывая пространственный туннель. Ура, червоточины, а вот и мы!

Или нет. У нас есть горы доказательств существования чёрных дыр, а вот белые дыры остаются математической фантазией. Во вселенной нет известных нам процессов, сформировавших бы их, и даже если бы они появились, их естественная нестабильность их быстро бы уничтожила. Да, кстати, механизм появления чёрных дыр – коллапс массивных звёзд – автоматически предотвращает появление симбиотичных им белых дыр.

И даже если бы они формировались (а они не формируются), экстремальная гравитация взаимных сингулярностей заставила бы туннель червоточины мгновенно растянуться и порваться быстрее, чем по нему что-либо смогло бы пройти.

Смерть в чёрной дыре

Но никому не запретишь играть в весёлую игру «что, если». Что, если бы белые дыры могут формироваться естественно или их можно создать? Что, если их можно стабилизировать? Что, если можно присоединить сингулярность белой дыры к сингулярности чёрной и создать червоточину? Что, если? Что, если? Что, если?

Ну, во-первых, путешествие по такой червоточине было бы просто отвратительным. Вход в червоточину – «горло» – находится внутри горизонта событий чёрной дыры.

И это проблема.

Само определение горизонта событий – его космический смысл существования – состоит в том, что после того, как вы за него прошли, наружу вы не выйдете. Никак. Неважно, есть ли там внутри туннель – вы не выйдете через него. Внутри горизонта событий чёрной дыры есть одно направление: город Сингулярск, место бесконечной плотности и подавляющей всё на свете гравитации.

Допустим, вошли вы в дыру. Вы наблюдаете пробивающийся с другого кусочка вселенной свет. Если кто-то присоединится к вам, вы можете встретиться с ним и попить чайку. И умереть – ужасной смертью – несясь навстречу сингулярности.

Конечно же, нет

Есть ли способ создать работающую червоточину вместо ужасного портала к неизбежному уничтожению? Удивительно, но есть. Ну не на 100% однозначное «да» для «нормальной части нашей вселенной». Скорее да, «если мы притворимся».

Для создания проходимой червоточины необходимо преодолеть два важных препятствия. Во-первых, вход в червоточину должен находиться вне горизонта событий. Это позволит вам войти в червоточину и пролететь сквозь неё к пункту назначения, не боясь встретиться с сингулярностью.

Во-вторых, туннель должен быть стабильным и сильным. Он должен сопротивляться экстремальной гравитации сингулярностей и сопротивляться разрыву, когда что-либо пролетает по нему.

И материал, решающий обе проблемы, существует. Но у него есть своя трудность: отрицательная масса.

Вот именно, масса, только отрицательная. Кольцо из материала отрицательной массы можно использовать для создания работающей и полезной червоточины. Поскольку экзотическая природа отрицательной массы искажает пространство-время особым образом, она раздувает вход в червоточину за пределы границ горизонта событий, и стабилизирует горловину червоточины. Это не очень интуитивно, но математические расчёты верны.

Но может ли существовать подобное вещество? Мы разглядели немалый кусок Вселенной, и пока что не видели отрицательных масс. Если бы она существовала, у неё были бы очень странные свойства. К примеру, согласно законам Ньютона, если в них добавить немного минусов, получится, что частица отрицательной массы толкала бы частицу с положительной массой, а частица с положительной массой притягивала бы частицу с отрицательной массой. Если расположить две частицы с противоположными массами рядом, то они вдруг начнут ускоряться в одну сторону и вместе улетят в бесконечность. Такое поведение, вроде бы, должно нарушать какой-то закон Вселенной.

А что насчёт эффекта Казимира, странного и удивительного притяжения двух металлических пластинок, происходящего из-за энергии вакуума? Его часто приводят в пример, как неправильное поведение Вселенной и как возможный путь к отрицательной массе. Но сила Казимира характеризуется локальным отрицательным давлением, а не отрицательной массой. Нам, конечно, не всё известно по поводу квантовой гравитации и природы пространства-времени на крайне малых масштабах. Может ли продвинутая цивилизация открыть путь к отрицательной массе и управлять гравитацией так, как ей надо? Проложит ли прорыв в физике путь к освоению червоточинами?

Скорее всего, нет. Против них работает слишком много всего. Работающие червоточины нарушали бы столько правил известной (и хорошо проверенной) физики, что мне кажется, лучше будет заняться какими-то другими задачами.

Некоторые обвинят меня в недостаточно творческом подходе, но Вселенной наплевать на нашу креативность. Инструменты науки строги, но справедливы; если идея не работает, она не работает. В нашей Вселенной огромное множество прекрасных загадок, и мы однозначно ещё не раскрыли все подробности работы космоса. Но червоточин, скорее всего, там не будет.