Кротовая нора, или Тоннель между вселенными — что это такое

Еще недавно черные дыры считались научной фантастикой, а сегодня их уже детально изучают. Возможно, в ближайшем будущем и кротовые норы перейдут из разряда смелых гипотез в объекты реальной астрофизики.

Их также называют червоточинами, тоннелями, коридорами или порталами в иные миры. Кротовую нору можно вообразить как дверь, соединяющую два удаленных уголка Вселенной. Или как лифт, который за секунды переносит вас в другую галактику. Сегодня ученые всерьез обсуждают, как обнаружить такие «порталы».

Что такое кротовая нора Фото: Wikipedia.org Двумерное сечение простой кротовой норы, представляющее собой соединенные горловиной устья (отверстия), которые открываются в удаленные друг от друга части Вселенной

Чтобы представить себе кротовую нору, нарисуйте на двух углах листа бумаги по точке. Эти точки разделяет определенное расстояние. Но если сложить лист, совместив углы с точками, расстояние между ними станет очень маленьким. Кротовая нора имеет похожие свойства — она напоминает тоннель между отдаленными областями Вселенной.

Впервые идею существования кротовой норы — «тоннеля» в пространстве и времени Вселенной — предложили Альберт Эйнштейн и Натан Розен в 1935 году. Они обнаружили в уравнениях общей теории относительности удивительные «мосты» — кротовые норы, непроходимые и коллапсирующие, то есть схлопыващиеся под действием собственной гравитации. Согласно одной из гипотез, кротовые норы могли образоваться в ранней Вселенной, когда пространство еще «кипело» и искривлялось. Само понятие кротовых нор ввел американский физик Джон Уилер, который также придумал термин «черная дыра».

Можно ли попасть в кротовую нору Фото: andrey_l/Shutterstock/FOTODOM Долгое время кротовые норы оставались математической абстракцией

Уже в 1988 году астрофизики предложили модель «проходимой кротовой норы», она получила название «червоточина Майка Морриса — Кипа Торна». Ученые попробовали решить проблему схлопывания моста Эйнштейна — Розена под действием гравитации: для этого надо, чтобы кротовая нора была заполнена экзотической материей с отрицательной плотностью энергии. Но это решение носит чисто теоретический характер, ведь пока в природе такая материя не обнаружена.

В 2021 году международная группа ученых под руководством Хосе Бласкеса-Сальседо из Мадридского университета Комплутенсе (Испания) показала, что микроскопические червоточины могут сохраняться без экзотической материи — благодаря особым квантовым свойствам обычных частиц-фермионов. Астрофизики Хуан Малдасена и Алексей Милехин описали червоточину, достаточно большую для человека, правда, в пятимерном пространстве. По их расчетам, путешественник, оказавшись в кротовой норе, испытал бы перегрузку в 20 g (то есть в двадцать раз больше ускорения свободного падения у поверхности Земли) — это неприятно, но не смертельно. При этом его путешествие заняло бы доли секунды, хотя для внешнего наблюдателя прошли бы тысячелетия.

Российские ученые из Пулковской обсерватории предполагают, что некоторые сверхмассивные черные дыры в центрах галактик могут оказаться входами в такие гипотетические тоннели, которые из-за неравномерности пространства-времени могут напрямую соединять удаленные точки Вселенной. 

Как ищут кротовые норы Фото: pixelparticle/Shutterstock/FOTODOM Пулковские астрофизики советуют искать взрывы в центрах галактик, которые могут быть следствием столкновений объектов внутри кротовой норы

Поиск кротовых нор считается одной из самых амбициозных и интригующих задач современной астрофизики. Хотя сегодня они кажутся объектами из научной фантастики, их существование допускается. История науки знает примеры, когда подобные «фантастические» объекты со временем становились общепризнанной реальностью — например, черные дыры. 

Теоретически образование и стабильность кротовых нор может быть связана с самыми загадочными компонентами Вселенной — темной энергией и квантовым вакуумом. Согласно современным космологическим представлениям, вакуум обладает отрицательным давлением, и именно его свойства, возможно, играют ключевую роль в поддержании структуры подобных пространственно-временных тоннелей.

Астрофизики разработали целый арсенал методов для поиска кротовых нор. В Физическом институте им. П.Н. Лебедева Российской академии наук и Московского физико-технического института предложили революционный подход через изучение джетов — струй плазмы, вырывающихся из центров галактик. Оказалось, что форма и свойства этих струй могут указывать на природу объекта, их порождающего. Если зафиксировать объекты с энергией магнитного поля, которая превышает определенный уровень, можно предположить наличие новых, неизвестных прежде форм пространства-времени.

Другой метод предлагают пулковские астрофизики: они советуют искать взрывы в центрах галактик, которые могут быть следствием столкновений объектов внутри кротовой норы. А гравитационные обсерватории LIGO и Virgo анализируют короткие всплески гравитационных волн — например, сигнал GW190521 некоторые исследователи интерпретируют как эхо коллапсирующей червоточины.

В начале 2030-х годов, по более реалистичным оценкам — около 2035 года, планируется запуск российской космической обсерватории «Миллиметрон» — наиболее сложного инструмента для астрофизических исследований в истории страны. Десятиметровый телескоп уникален тем, что будет работать в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне. Значит, позволит видеть то, что не видно в других диапазонах. Согласно ожиданиям научного сообщества, если миссия будет успешной, у астрономов впервые появится шанс обнаружить следы кротовых нор — при условии, что они вообще существуют. 

Почему ученые изучают кротовые норы Фото: Wikipedia.org Даже если «звездные врата» для космических кораблей так и не будут найдены, охота за кротовыми норами должна привести нас к разгадке главных космических тайн: темной энергии, квантовой гравитации и самой природы пространства-времени

Неужели космические путешествия через галактики так и останутся несбыточной мечтой? Ученые уверены: если прыгнуть в кротовую нору, они станут возможны. Правда, современная наука накладывает суровые ограничения: даже обнаруженные «порталы» будут окружены смертельной радиацией, да и ближайший кандидат находится в 13 миллионах световых лет от нас.

Но даже если «звездные врата» для космических кораблей так и не будут найдены, охота за кротовыми норами должна привести нас к разгадке главных космических тайн: темной энергии, квантовой гравитации и самой природы пространства-времени. В конечном счете мы ищем не просто короткий путь к другим звездам. Мы ищем ответ на вопрос: как устроена наша Вселенная?

7 самых интересных экзопланет

Самые большие галактики во Вселенной — топ-8

7 занимательных вопросов о черных дырах