Червоточины до сих пор остаются предметом научной фантастики

Червоточины до сих пор остаются предметом научной фантастики. (Изображение предоставлено: Shutterstock)

В научной фантастике космонавты обычно проносятся через червоточины в пространстве-времени, которые соединены двумя черными дырами – небесными объектами настолько плотными, что даже свет не может вырваться из их лап.

Но действительно ли черные дыры ведут в червоточины? И будут ли эти червоточины похожи на своих собратьев из «Звездного пути»?

Короткий ответ, вероятно, нет, хотя математика Вселенной не исключает этого.

Само по себе, единственное, что находится в центре черной дыры – это сингулярность, точка бесконечной плотности.

Теоретически, однако, черная дыра может быть соединена с зеркальным близнецом, называемым белой дырой, чтобы образовать червоточину. Тем не менее, эти теоретические червоточины будут совсем не похожи на те, что изображены в научной фантастике – предсказано, что традиционные червоточины невероятно нестабильны, а это означает, что они разрушатся в тот момент, когда в них попадет хоть одна частица материи.

Некоторые физики предсказывают, что червоточина могла бы стать более стабильной, если бы она образовалась из вращающейся черной дыры, но наше понимание того, что происходит в этом сценарии, в лучшем случае туманно.

Мосты Эйнштейна-Розена

Ученые впервые обнаружили черные дыры не посредством наблюдений во Вселенной, а с помощью математики общей теории относительности Эйнштейна. Эти уравнения показали, что если сжать достаточно материи в достаточно малый объем, то гравитация пересилит все остальные силы и сожмет материю в бесконечно маленькую точку, известную как сингулярность.

Черные дыры – это путешествия в один конец. Как только кто-то пересекает их границы, известные как горизонты событий, он уже не может сбежать. Хотя черные дыры когда-то считались всего лишь уловкой уравнений Эйнштейна, астрономические наблюдения в конце концов показали, что черные дыры действительно существуют во Вселенной.

Но та же самая математика также допускает полную противоположность черной дыры: белую дыру. Белая дыра по-прежнему имеет сингулярность в центре и окружающий ее горизонт событий. Но вместо того, чтобы упасть внутрь и найти невозможным выбраться, с белой дырой человек никогда не смог бы достичь горизонта событий извне, потому что она постоянно выбрасывает свое содержимое во вселенную со скоростью, превышающей скорость света.

Соединение парных сингулярностей черной дыры и белой дыры вместе образует простейший вид червоточины, также известный как мост Эйнштейна-Розена.

Не очень полезны

Художественное изображение горизонта событий

Здесь мы видим художественное изображение горизонта событий. (Изображение предоставлено: Александр Моррисович / Shutterstock)

К сожалению, мосты Эйнштейна-Розена не очень полезны для путешествия по космосу. Во-первых, вход в червоточину находится за горизонтом событий. Поскольку человек не может попасть внутрь со стороны белой дыры, ему придется упасть в черную дыру, чтобы войти. Но как только кто-то пересекает горизонт событий, он уже не может сбежать. Это означает, что, если вы войдете в червоточину, вы застрянете внутри навечно.

Другой проблемой мостов Эйнштейна-Розена является их устойчивость. «Этот мост – своего рода червоточина, но он временный: он обрывается до того, как какой-либо объект сможет использовать его для перехода с одной стороны на другую. Так что в этом смысле червоточина на самом деле не существует, поскольку через нее нельзя пройти,» – сказал Самир Матур, физик из Университета штата Огайо.

Эта нестабильность существует потому, что для создания червоточины требуется очень точное и тщательное расположение материи. Все, что нарушает этот хрупкий баланс – даже единичный пакет света или фотон – вызовет мгновенный коллапс червоточины. Червоточина разорвется, как перетянутая резиновая лента, со скоростью, превышающей скорость света, и ничто не сможет пройти по ней.

Кроме того, физики в основном считают, что белых дыр в нашей Вселенной не существует. В отличие от своих собратьев, белые дыры фантастически нестабильны. Согласно математике, как только на них падает даже один кусочек материи, они мгновенно взрываются. Таким образом, даже если бы белые дыры образовались естественным путем, они не просуществовали бы очень долго.

Сочетание неопределенности существования белых дыр, нестабильности мостов Эйнштейна-Розена и их относительной бесполезности означает, что если червоточины существуют, то они, вероятно, не являются мостами Эйнштейна-Розена.

Вращающаяся сингулярность

Возможно, есть способ построить червоточину из более сложной черной дыры: принять во внимание их вращение. Все черные дыры вращаются, но новозеландский математик Рой Керр первым решил математические расчеты вращающихся черных дыр.

В центре вращающейся черной дыры экстремальные центробежные силы превратили точечную сингулярность в кольцо. Возможно, эта «кольцевая сингулярность» станет входом в червоточину, но снова возникает проблема стабильности.

«Сингулярность керровской дыры окружена «внутренним горизонтом», который, в свою очередь, окружен «внешним горизонтом». Люди считают, что внутренний горизонт не является стабильным понятием, и что небольшое количество падающей материи полностью изменит область внутри этого горизонта и, таким образом, также изменит сингулярность,» – сказал Матур. «Окончательный результат этой нестабильности не ясен». Проблема в том, что, если материя падает на кольцевую сингулярность, она сталкивается с двумя конкурирующими эффектами: огромным гравитационным притяжением самой сингулярности и экстремальной центробежной силой вращения в центре черной дыры, которая действовала бы в противоположном направлении.

Как вы понимаете, это не очень комфортная ситуация, и все, скорее всего, очень быстро пойдет наперекосяк. Ситуация настолько нестабильна, что может даже вообще воспрепятствовать образованию сингулярности. В этом случае многие физики считают, что концепция «кольцевой сингулярности» от вращающейся черной дыры будет заменена более конкретной идеей, как только мы лучше поймем эти объекты.

Live Science