Кротовая нора космос

Кротовая нора и робот-повар: в «Воротах» устроят День научного кино

День научного кино проведут в арт-пространстве «Ворота» 8 декабря. Зрителей ждут лучшие фильмы из коллекции Фестиваля актуального научного кино (ФАНК). 16+

В 14:00 начнётся показ фильма «Вирусы» (США, 44 минуты, 2018), рассказывающем о происхождении вирусов. «Неизвестно, когда появились вирусы — на этот счёт существует много разных гипотез, и по одной из них, они появились задолго до возникновения клеточных живых организмов, не говоря уже о человеке. Так или иначе, люди ведут с ними постоянную борьбу, но как только мы одерживаем победу над одним врагом, ему на смену приходит новый. В результате вирусные заболевания существуют до сих пор, а люди до сих пор пытаются их укротить», — говорится в описании фильма.

В 15:00 покажут картину «Как устроена вселенная» (США, 44 минуты, 2019), первый эпизод которой рассказывает о нейтронных звёздах — «странных явлениях, которые бросают вызов законам физики» и «способных с легкостью уничтожить планеты и даже другие звезды». А во втором эпизоде речь идет о сверхновых звездах — финале эволюции гигантских звезд. «Новые исследования показывают, что эти катаклизмические события создают элементы, которые необходимы для всей жизни во Вселенной», — отмечается в синопсисе.

В 17:00 стартует показ фильма «Привет, робот!» (Германия, 90 минут, 2019) о роботах-гуманоидах, работающих на стойках регистрации, в торговых центрах, поварами в ресторанах и постепенно становящихся частью жизни человека.

В 19:00 по расписанию картина «Сквозь кротовую нору с Морганом Фрименом. Гений в каждом из нас?» (США, 44 минуты, 2016). «Гениальность является частью человеческого разума, она приносит математическое понимание мира, зажигает огонь профессионализма и позволяет некоторым видеть то, что большинство не может. Можем ли мы изменить биологию человека с помощью технологий, чтобы открыть гения в нас всех?» — задаются вопросом авторы фильма.

Вход на все показы свободный, но необходима предварительная регистрация на платформе Timepad. Организатор Дня научного кино — Информационный центр по атомной энергии Калининграда.

Как заглянуть в кротовую нору Вселенной

Но никто не знает, существуют ли кротовые норы на самом деле. Если кротовины существуют, они не позволят вам никуда перебраться и даже отправить послание. Как только вы попытаетесь это сделать, червоточина сморщится и раздавит вас.
Чтобы она не сжалась, ее надо наполнить некоей экзотической субстанцией, которую иногда называют фантомной энергией, создающей отрицательную гравитацию. Однако большинство ученых полагает, что законы физики исключают существование такой энергии.
«Чтобы получить стабильную, проходимую червоточину, понадобится определенное волшебство», — сказал физик Деян Стойкович (Dejan Stojkovic), работающий в Университете Баффало и недавно написавший в соавторстве работу на эту тему.
Доктор Торн написал по электронной почте, что у верящих в волшебство теоретиков есть миллион способов спроектировать кротовую нору. «Поскольку мы не знаем ничего определенного о технологиях и материалах, доступных очень развитым цивилизациям, у нас, физиков, есть бесконечная свобода действий для построения моделей проходимых кротовых нор», — заявил он.
В своей работе, опубликованной 10 октября в научном журнале «Физикал Ревю» (Physical Review), доктор Стойкович и Дэ-Чан Дай (De-Chang Dai) из Университета Янчжоу описали слой этой экзотической фантомной энергии, сосредоточенной вокруг входа в черную дыру Стрелец, открывающего кротовину, через которую можно безопасно пройти. Когда достаточно малый объект приближается к дыре, перед моментом достижения горизонта событий (так называют точку гравитационного невозврата) он внезапно оказывается в другом времени и месте, возможно, в другой вселенной.
Авторы предполагают, что их гипотеза дает возможность проверить, существуют ли на самом деле кротовины. Даже если такая червоточина слишком мала для прохождения звезды или космического корабля, гравитация сможет через нее пройти, утверждают ученые.
«Гравитация — это просто свойство пространства-времени, и поэтому если потрясти его за один конец, на другом конце это тоже почувствуется», — объяснил доктор Стойкович.
Таким образом, звезда по одну сторону кротовины может ощущать гравитационное притяжение звезды или иного массивного объекта по другую ее сторону. По мнению астрономов, странные отклонения в траектории одной звезды могут указывать на воздействие «звезды-призрака» с другой стороны через кротовую нору.
Доктор Дай с коллегами хочет проверить эту гипотезу, имея в виду вполне конкретную звезду. Это голубая звезда S2 (также известная как S02), которая обращается вокруг черной дыры Стрелец А, каждые 16 лет приближаясь к ней на расстояние 17,7 миллиарда километров. Астрономы уже несколько лет следят за этой звездой в надежде получить подсказки о теории тяготения Эйнштейна и внутреннем устройстве черной дыры. Но не исключено, что им удастся заглянуть глубже.
Представьте себе, что черная дыра Млечного пути, которая носит официальное название Стрелец А*, таит в себе такую червоточину, написали в своей работе доктор Дай и доктор Стойкович. Предположительно, гравитация звезд и других массивных объектов на противоположной стороне может просочиться через кротовину и немного сместить S2 с ее орбиты.
Они отметили, что через несколько лет, проведя дополнительные исследования, астрономы будут достаточно точно знать орбиту S2 и обнаружат такое притяжение, которое ускоряет звезду на одну миллионную метра в секунду в квадрате. Астрономы могут также поискать аналогичные воздействия возле других известных черных дыр.
«Если такое удастся обнаружить, это будет очень эффектно», — написал доктор Торн. Но он предупредил, что хотя его модель кротовины интересна и привлекательна, это лишь одна из бесчисленного множества возможностей. Доктор Торн, получивший в 2017 году Нобелевскую премию за работу по гравитационным волнам, написал книгу «Черные дыры и разрывы времени. Возмутительное наследие Эйнштейна» (Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy). В ней он исследует явление кротовых нор как машин времени.
По этой причине я связался по электронной почте с Райнхардом Генцелем (Reinhard Genzel) из Института внеземной физики общества Макса Планка, который уже много лет следит за звездой S2 при помощи современного телескопа в Чили. Он разбил мне сердце.
Генцель написал, что он с коллегами в ближайшее время сможет достаточно точно измерить орбиту S2. «Это не проблема, — добавил он. — Есть другое препятствие, которое существенно все осложнит».
На нашей стороне кротовины достаточно материи, вызывающей флуктуации S2. Это тусклые звезды, звездные черные дыры. Их турбулентность вполне способна погасить любой сигнал с противоположной стороны. Если где-то и есть космическая станция метро, то она может быть скрыта большим количеством помех.
Генцель, называющий себя «деревенским мальчишкой», сказал, что не уверен в нашей способности отыскать волшебную кротовую нору.
Пока дверь закрыта. Кротовые норы могут существовать, но не исключено, что мы никогда не сможем достоверно обнаружить их существование. Удивительные свойства нашей собственной Вселенной могут помешать нам рассмотреть чудеса других миров.

Кротовые норы

Кротовая нора или червоточина — это гипотетическая топологическая особенность пространства-времени, представляющая собой “туннель” в пространстве в каждый момент времени (пространственно-временной туннель). Тем самым кротовая нора позволяет перемещаться в пространстве и времени. Области, которые связывает кротовая нора, могут представлять собой области единого пространства или быть полностью разъединенными. Во втором случае кротовая нора является единственным связующим звеном двух областей. Первый вид кротовых нор часто называют “внутримировыми”, а второй вид “межмировыми“.

Гипотетические частицы Тахионы

Как известно Общая теория относительности (ОТО) запрещает перемещение во Вселенной со скоростью превышающей скорость света. С другой стороны ОТО допускает существование пространственно-временных туннелей, но при этом необходимо, чтобы туннель был заполнен экзотической материей с отрицательной плотностью энергии, создающей сильное гравитационное отталкивание и препятствующей схлопыванию туннеля.

К подобным частицам экзотической материи чаще всего относят тахионы. Тахионы – это гипотетические частицы, которые движутся быстрее скорости света. Для того чтобы такие частицы не нарушали ОТО предполагается, что масса тахионов является отрицательной.

В настоящее время нет достоверных экспериментальных подтверждений существования тахионов в лабораторных экспериментах или астрономических наблюдениях. Физики могут похвастаться лишь “псевдоотрицательной“ массой электронов и атомов, которые получают при высокой плотности электрических полей, особой поляризации лазерных лучей или сверхнизких температурах. В последнем случае эксперименты проводились с конденсатом Бозе – Эйнштейна, агрегатным состоянием вещества, основу которого составляют бозоны, охлаждённые до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли кельвина). В таком сильно охлаждённом состоянии достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях, и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. За получение конденсата Бозе-Эйншейна в 2001 году была вручена Нобелевская премия по физике.

Конденсат Бозе-Эйншейна

Впрочем, ряд специалистов предполагают, что тахионами могут являться нейтрино. Эти элементарные частицы обладают ненулевой массой, что было доказано с помощью обнаружения нейтринных осцилляций. Последнее открытие даже удостоилось Нобелевской премии по физике за 2015 год. С другой стороны точное значение массы нейтрино до сих пор определить не удалось. Ряд экспериментов по измерению скорости нейтрино показали, что их скорость может незначительно превышать скорость света. Эти данные постоянно подвергаются сомнению, но в 2014 году вышла новая работа по этому поводу.

Теория струн

Фундаментальная структура Вселенной по теории струн

Параллельно некоторые теоретики предполагают, что в ранней Вселенной могли сформироваться особые образования (космические струны) с отрицательной массой. Длина реликтовых космических струн может достигать как минимум несколько десятков парсек при толщине меньше диаметра атома при средней плотности 1022 грамм на см3. Существует несколько работ о том, что подобные образования наблюдались в событиях гравитационного линзирования света далеких квазаров. В целом же теория струн в настоящее время является наиболее вероятным кандидатом на “теорию всего“ или единую теорию поля, которая объединяет теорию относительности и квантовую теорию поля. Согласно ей все элементарные частицы представляют собой колеблющиеся нити энергии длиной около 10-33 метра, что сравнимо с планковской длиной (минимальным возможным размером объекта во Вселенной).

Теория единого поля предполагает, что в пространственно-временных измерениях существуют ячейки с минимальной длиной и временем. Минимальная длина должна быть равна планковской длине (примерно 1,6·10−35 метров).

Комплексное n-мерное пространство Калаби-Яу

В то же время наблюдения удаленных гамма-всплесков говорят о том, что если зернистость пространства существует, то размер этих зерен не больше 10−48 метров. Кроме того БАК не смог подтвердить некоторые следствия теории струн, что стало серьезным аргументом ошибочности этой фундаментальной теории современной физики.

Квантовая запутанность

Потенциально большим значением на пути к созданию единой теории поля и пространственно-временных туннелей является обнаружение в 2014 году теоретической связи между квантовой запутанностью и кротовыми норами. В новой теоретической работе было показано, что создание пространственно-временного туннеля возможно не только между двумя массивными черными дырами, но и между двумя квантово запутанными кварками.

Квантовая запутанность

Квантовая запутанность – это явление в квантовой механике, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми. Такая взаимозависимость сохраняется, даже если эти объекты разнесены в пространстве за пределы любых известных взаимодействий. Измерение параметра одной частицы приводит к мгновенному (выше скорости света) прекращению запутанного состояния другой, что находится в логическом противоречии с принципом локальности (при этом теория относительности не нарушается и информация не передаётся).

Кристан Дженсен из университета Виктории (Канада) и Андреас Карч из университета Вашингтона (США), описали квантово запутанную пару, состоящую из кварка и антикварка, которые мчатся прочь друг от друга с околосветовыми скоростями, что делает невозможной передачу сигналов от одного к другому. Исследователи полагают, что трехмерное пространство, в котором движутся кварки — это гипотетическая грань четырехмерного мира. В 3D-пространстве квантово запутанные частицы соединены своего рода «струной». А в 4D-пространстве эта «струна» становится кротовой норой.

Джулиан Соннер из Массачусетского технологического института (США) представил квантово-запутанную пару кварк-антикварк, рождающуюся в сильном электрическом поле, которое разлучает противоположно заряженные частицы, заставляя их ускоренно двигаться в разных направлениях. Соннер также пришел к выводу, что частицы, квантово запутанные в трехмерном пространстве, будут соединены кротовой норой в четырехмерном пространстве. При расчетах физики использовали так называемый голографический принцип — концепцию, согласно которой вся физика n-мерного мира в полной мере отражается на его «гранях» с количеством измерений (n-1). При таком “проецировании“квантовая теория, учитывающая эффекты гравитации в четырехмерном пространстве, эквивалентна квантовой теории «без гравитации» в трехмерном. Другими словами, черные дыры в 4D-пространстве и кротовая нора между ними математически эквивалентны их трехмерной голографической проекции.

Перспективы гравитационно-волновой и нейтринной астрономии

Теоретическая модель рождения нашей Вселенной

Наибольшими перспективами в изучении свойств материи на самом микроскопическом и высокоэнергетическом уровне для лучшего понимания квантовой гравитации обладает гравитационно-волновая и нейтринная астрономия за счет того что она изучает волны и частицы с наибольшей проникающей способностью. Так если микроволновое реликтовое излучение Вселенной образовалось через 380 тысяч лет после Большого взрыва, то реликтовые нейтрино в первые несколько секунд, а реликтовые гравитационные волны всего через 10-32 секунд! Кроме того большими перспективами обладают регистрации подобных излучений и частиц с горизонта событий черных дыр или у катастрофических событий (слияния нейтронных звезд и черных дыр, коллапсов массивных звезд).

С другой стороны активно развиваются традиционные астрометрические обсерватории, которые сейчас охватывают весь электромагнитный спектр. Подобные обсерватории могут обнаружить неожиданные объекты или явления в ранней Вселенной (первые межзвездные облака, звезды и галактики), в случаях гравитационного линзирования или во время наблюдений экстремальных объектов (черных дыр и нейтронных звезд). Астрономия продолжает являться наиболее эффективным направлением современной физики, так как способна изучать материю в экстремальных условиях, которые не доступны в земных лабораториях и ускорителях. В частности, существующие астрономические наблюдения в электромагнитном диапазоне привели к открытию загадочной темной материи и энергии, которые на данный момент не способна описать Стандартная модель (современная физическая теория, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех известных элементарных частиц). Другими примерами важности астрономических наблюдений в истории физики являются открытия аномального движения Меркурия, астрометрического смещения света звезд рядом с диском Солнца, а так же двойных нейтронных звезд. Эти открытия стали мотивом для создания и проверки теории относительности, а так же позволили предсказать существование гравитационных волн.

Кадр из фильма “Интерстеллар”

Пространственно-временные туннели или кротовые норы являются в научной фантастике самым популярным способом перемещения к другим звездам. Можно назвать наиболее популярные фильмы на эту тему: “Интерстеллар” (2014), “Контакт” (1997), “Сквозь горизонт” (1997), франшиза “Звездные войны” (1977-2017 годы). Первым начал широко использовать термины “черная дыра” и “кротовая дыра” американский физик Джон Уилер (1911-2008 годы). Советско-российский радиоастроном Николай Кардашев первым выдвинул идею, что черные дыры в центрах галактик являются входами в кротовые норы.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *