WikiSort.ru - Космос

Крото́вая нора́, также «крото́ви́на» или «червото́чина» (последнее является дословным переводом англ. wormhole) — гипотетическая топологическая особенность пространства-времени, представляющая собой в каждый момент времени «туннель» в пространстве. Эти области могут быть как связаны и помимо кротовой норы, представляя собой области единого пространства (см. пример на рисунке), так и полностью разъединены, представляя собой отдельные пространства, связанные между собой только посредством кротовой норы.

Кротовые норы в общей теории относительности

Общая теория относительности (ОТО) допускает существование таких туннелей, хотя для существования проходимой кротовой норы необходимо, чтобы она была заполнена экзотической материей с отрицательной плотностью энергии^[1], создающей сильное гравитационное отталкивание и препятствующей схлопыванию норы. Решения типа кротовых нор возникают в различных вариантах квантовой гравитации, хотя до полного исследования вопроса ещё очень далеко.

Область вблизи самого узкого участка кротовины называется «горловиной». Кротовые норы делятся на «внутримировые» (англ. intra-universe) и «межмировые» (англ. inter-universe), в зависимости от того, можно ли соединить её входы кривой, не пересекающей горловину.

Различают также проходимые (англ. traversable) и непроходимые кротовины. К последним относятся те туннели, которые коллапсируют слишком быстро для того, чтобы наблюдатель или сигнал (имеющие скорость не выше световой) успели добраться от одного входа до другого. Классический пример непроходимой кротовины — мост Эйнштейна — Розена в максимально расширенном пространстве Шварцшильда, а проходимой — кротовины Морриса — Торна.

Проходимая внутримировая кротовая нора даёт гипотетическую возможность путешествий во времени^{[источник не указан 479 дней]}, если, например, один из её входов движется относительно другого, или если он находится в сильном гравитационном поле, где течение времени замедляется. Также кротовые норы гипотетически могут создавать возможность для межзвёздных путешествий, и в этом качестве кротовины нередко встречаются в научной фантастике.

Кротовые норы и экзотическая материя

Для того, чтобы понять, для чего требуется экзотическая материя, следует рассмотреть входящий сигнал светового фронта, передвигающегося вдоль геодезических, которые пересекают червоточину и вновь расширяются с другой стороны. Расширение идёт с отрицательного на положительное. Так как узкая часть червоточины имеет конечный размер, то не ожидается расширяющего развития, по крайней мере, в непосредственной близости от этой области. Согласно оптической теореме Рейчаудхури (англ.)русск. это требует нарушения усреднённого нулевого состояния энергии (англ.)русск.. Квантовые эффекты, такие, как эффект Казимира, не могут нарушать усреднённое нулевое состояние энергии в любой окрестности пространства с нулевой кривизной^[2], но расчёты в полуклассической гравитации (англ.)русск. предполагают, что квантовые эффекты могут нарушить это условие в искривлённом пространстве-времени^[3]. Несмотря на это, было предположение, что квантовые эффекты не могут нарушать ахрональную версию усреднённого нулевого энергетического условия^[4], но нарушения, тем не менее, были найдены^[5], в связи с этим остаётся открытой возможность, что квантовые эффекты могут быть использованы для поддержки червоточины.

Метрики кротовых нор

Теории метрик кротовых нор описывают геометрию пространства-времени кротовой норы и служат теоретическими моделями для путешествий во времени. Например, метрика проходимой кротовой норы может иметь следующий вид:

${\displaystyle ds^{2}=-c^{2}dt^{2}+dl^{2}+(k^{2}+l^{2})(d\theta ^{2}+\sin ^{2}\theta \,d\phi ^{2}).}$

Один из типов метрики непроходимой кротовой норы является решением Шварцшильда:

${\displaystyle ds^{2}=-c^{2}\left(1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}\right)dt^{2}+{\frac {dr^{2}}{1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}}}+r^{2}(d\theta ^{2}+\sin ^{2}\theta \,d\phi ^{2}).}$

Кротовые норы и квантовая запутанность

В статье, опубликованной в немецком журнале Fortschritte der Physik в 2013 году, Малдасена и Сасскинд заявили, что червоточина — технически мост Эйнштейна-Розена, или ЭР — является пространственно-временным эквивалентом квантовой запутанности. Это позволило разрешить проблему файервола.^[6][7]

Люди, внёсшие вклад в развитие теории

• Джон Арчибальд Уилер. Ввёл в физику само понятие кротовой норы включая её название (wormhole). Развил теорию заряда без заряда, по которой электрического заряда как отдельной субстанции не существует, а то, что мы воспринимаем как заряженные частицы, суть горловины микроскопических кротовин, пронизанных электрическим полем;
• Кип Торн и Майкл Моррис. Привлекли внимание к связи между существованием кротовых нор и нарушением причинности;
• Мэтт Виссер. Опубликовал этапную книгу Lorentzian wormholes: from Einstein to Hawking, в которой подведены итоги развития теории кротовых нор к 1995 г.
• Сергей Сушков. Выдвинул идею самоподдерживающейся кротовой норы, которая удерживается от коллапса поляризацией вакуума, вызванной геометрией этой норы;
• Сергей Красников показал, что пустые кротовые норы, возникшие в ранней Вселенной, могут оставаться проходимыми в течение макроскопического времени за счёт механизма Сушкова;
• Никола́й Семёнович Кардашёв популяризировал идею, что в центре галактик находятся не массивные чёрные дыры, а устья кротовых нор^[8].

См. также

• Сверхсветовое движение
• Экзотическая материя
• Порталы в фантастике
• Телепортация

Примечания

Литература

• DeBenedictis, Andrew and Das, A. On a General Class of Wormhole Geometries (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Dzhunushaliev, Vladimir. Strings in the Einstein's paradigm of matter (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Einstein A., Rosen N. The Particle Problem in the General Theory of Relativity // Phys. Rev. — 1935. — Vol. 48. — P. 73-77.
• Fuller R.W., Wheeler J.A. Causality and Multiply Connected Space-Time // Phys. Rev. — 1962. — Vol. 128, № 2. — P. 919-929.
• Garattini, Remo. How Spacetime Foam modifies the brick wall (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• González-Díaz, Pedro F. Quantum time machine (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• González-Díaz, Pedro F. Ringholes and closed timelike curves (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Khatsymosky, Vladimir M. Towards possibility of self-maintained vacuum traversable wormhole (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Krasnikov, Serguei. Counter example to a quantum inequality (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Krasnikov, Serguei. The quantum inequalities do not forbid spacetime shortcuts (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Li, Li-Xin. Two Open Universes Connected by a Wormhole: Exact Solutions (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Morris M., Thorne K., Yurtsever U. Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition // Physical Review Letters. — 1988. — Vol. 61, No. 13. — P. 1446-1449. — Bibcode: 1988PhRvL..61.1446M.
• Morris M.S.,Thorne K.S. Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity // American Journal of Physics. — 1988. — Vol. 56. — P. 395—412..
• Nandi, Kamal K. and Zhang, Yuan-Zhong. A Quantum Constraint for the Physical Viability of Classical Traversable Lorentzian Wormholes (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Ori, Amos. A new time-machine model with compact vacuum core (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Roman, Thomas, A. Some Thoughts on Energy Conditions and Wormholes (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Teo, Edward. Rotating traversable wormholes (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Visser, Matt. The quantum physics of chronology protection by Matt Visser. (неопр.). arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Visser M. Traversable wormholes: Some simple examples // Phys. Rev. D. — 1989. — Vol. 39, No. 10. — P. 3182-3184. — DOI:10.1103/PhysRevD.39.3182.

Ссылки

• Зима К. Кротовая нора» — коридор времени (неопр.). Телестудия Роскосмоса (12 ноября 2011).
• What exactly is a 'wormhole'? Have wormholes been proven to exist or are they still theoretical? (англ.). Scientific American, a Division of Nature America, Inc (15 September 1997).
• Visser M. Why wormholes?. General Interest Articles (англ.). Victoria University of Wellington, New Zealand (3 October 1996).
• Current theory on wormhole creation. Ideas Based On What We’d Like To Achieve (англ.). NASA.gov.
• Rodrigo E. Questions and Answers about Wormholes (англ.) (2005).
• Müller Th. Visualization of a Morris-Thorne wormhole. Institut für Visualisierung und Interaktive Systeme (англ.). Universität Stuttgart.