Защо червеевата дупка би приличала на сфера, а не на тунел? Анализ на портала към друга вселена от гледната точка на физиката

Научната фантастика ни е дала един от най-завладяващите образи: космически кораб, който се гмурка в трептящ вихър – портал към друга галактика. Този „тунел“ през тъканта на пространство-времето, известен като червеева дупка, е станал символ на мигновеното междузвездно пътуване. Но какво би било, ако добавим, че това изображение вероятно няма нищо общо с реалността?

Ако червеевите дупки съществуваха, те нямаше да изглеждат като дупки или тунели, а като… сфери. Спокойни, вероятно изкривяващи светлината сфери, носещи се в пространството. Това твърдение, основано на изчисления от общата теория на относителността, преобръща общоприетата ни представа. Нека разберем защо главният „транспортен възел“ на Вселената е толкова различен от това, което виждаме в киното, и защо пътуването през него си остава, уви, сюжет за трагична пиеса.

От листа хартия до триизмерната сфера

За да разберем откъде идва формата на сферата, трябва да започнем с основите. Какво е червеева дупка във физиката? Това е хипотетичен „мост на Айнщайн-Розен“ – пряк път, свързващ две много отдалечени точки в пространство-времето.

Класическата аналогия, която физиците обичат, е с лист хартия. Представете си, че нашата Вселена е двуизмерна като този лист. За да стигнете от едната точка на листа до другата, трябва да изминете дълъг път по повърхността му. Но ако сгънем листа така, че точките да се допират, и ги пробием с молив, ще създадем мигновен преход. Това пробиване е аналог на червеевата дупка.

Каква е уловката? Ние не живеем върху плосък лист хартия, а в триизмерно пространство. И „дупката“ на този хипотетичен тунел в нашия свят ще има не две, а три измерения. Двуизмерният кръг върху хартията в триизмерното пространство се превръща в сфера. Следователно, летейки към червеевата дупка, ще видите не зееща дупка, а обект, подобен на сфера. От гледна точка на физиката пътуването през нея би било като да бъдете засмукани в един балон и след това изхвърлени от друг.

Освен това тази сфера би могла да има невероятни оптични свойства. Светлината от звездите от „другата страна“ би преминала през червеевата дупка и бихте могли да видите в тази сфера изкривен образ на някоя далечна галактика, сякаш гледате в космическа кристална топка.

Проблемът със стабилността: екзотичното гориво за звездните портали

Звучи интригуващо. Но преди да сте събрали багажа си за междугалактическо пътешествие, си струва да научите за основния проблем, който отнася червейните дупки в категорията „спекулативна физика“. Те са нестабилни.

Според изчисленията всяка червеева дупка, създадена от обикновената материя, ще се разруши по-бързо, отколкото дори фотон светлина може да премине през нея. За да се запази този „тунел“ отворен, е необходимо нещо съвсем невероятно – една екзотична материя.

Това не е просто рядък или неизвестен химичен елемент. Това е хипотетично вещество с отрицателна енергийна плътност. Нека се спрем малко по-подробно. Цялата позната ни материя има положителна маса и създава гравитационно привличане. Въпросната екзотична материя, от друга страна, трябва да проявява „антигравитация“ – сила на отблъскване, която ще разкъсва стените на червеевата дупка отвътре, като предотвратява нейното срутване.

До момента няма доказателства, че такава материя съществува. С други думи, ако беше възможно да се създаде такова състояние на материята, червеевата дупка би била възможна. Но повечето физици са съгласни, че самата идея, че такава материя съществува, е много съмнителна. Дори и да я открием, изпращането на кораб или човек през портала – тромб с обикновена, положителна енергия – би могло да наруши деликатния баланс и да предизвика колапс.

Трагедия с космически размери

Да си представим за момент, че наистина съществува стабилна червеева дупка. Може би тя свързва две черни дупки в различни вселени. Тази идея е породила красива и тъжна метафора, която понякога се нарича в научната общност „космическата версия на Ромео и Жулиета“.

Представете си влюбени, които живеят в различни вселени. Единственият им шанс да се срещнат е да скочат в черни дупки, които по щастливо стечение на обстоятелствата са свързани с мост на Айнщайн-Розен. Те се устремяват един към друг през този космически коридор. Но финалът е предизвестен и трагичен.

Черните дупки, които служат за входове, имат чудовищна гравитация. Приближавайки се към сингулярността – точката с безкрайна плътност в центъра – всеки обект ще бъде разтегнат и разкъсан на атоми. Този процес се нарича от физиците с мрачна ирония „спагетиране“. Така че дори мостът да съществува, входовете му са смъртоносен капан. Една обречена любовна история, разиграваща се в космически мащаб.

Защо физиците се нуждаят от невъзможни обекти?

Ако червейните дупки са толкова хипотетични и пълни с парадокси, защо учените продължават да ги изучават? Въпросът е, че подобни „екзотични сценарии“ са идеален полигон за проверка границите на нашите знания.

Червеевите дупки се намират в пресечната точка на две от най-великите теории на XX век: общата теория на относителността, която описва гравитацията и пространството в голям мащаб, и квантовата механика, която управлява света на субатомните частици. Тези две теории работят отлично в своите области, но все още не могат да бъдат обединени в една обща „теория на всичко“.

Като изучават екстремните обекти, като например червеевите дупки или черните дупки, физиците се опитват да открият точките, в които тези теории се сблъскват. Това им помага да намерят пътя към по-задълбоченото разбиране на реалността. Както казват самите изследователи, те изследват тези сценарии не защото се надяват да открият червеева дупка някъде наблизо, а защото това им помага „да видят как всички парчета от пъзела се съчетават“.

Следователно червеевата дупка е не толкова реален обект за пътуване, колкото интелектуален инструмент, символ на неограничените и странни възможности, които нашата вселена допуска. И макар че едва ли някога ще влезем в огледалната топка, плаваща сред звездите, мисълта за нея още днес разширява хоризонтите на нашето познание.