Космос и астрономия 15 януари 2026 г. · 0 коментара
Можем ли да пътуваме на огромни разстояния през червеева дупка? Кредит за изображение: НАСА
Червеевите дупки може да са част от научната фантастика, но съществуват ли изобщо в реалния свят и ако не, защо не?
Енрике Газтанага: Червеевите дупки често се представят като тунели през пространството или времето – преки пътища през вселената. Но този образ се основава на неразбиране на работата на физиците Алберт Айнщайн и Нейтън Розен.
През 1935 г., докато изучават поведението на частиците в области на екстремна гравитация, Айнщайн и Розен въвеждат това, което те наричат „мост“: математическа връзка между две съвършено симетрични копия на пространство-времето. Не е предназначен като проход за пътуване, а като начин за поддържане на съответствие между гравитацията и квантовата физика. Едва по-късно мостовете на Айнщайн-Розен се свързват с червееви дупки, въпреки че нямат много общо с първоначалната идея.
Но в нови изследвания, моите колеги и аз показваме, че оригиналният мост Айнщайн-Розен сочи към нещо много по-странно – и по-фундаментално – от червеева дупка.
Пъзелът, който Айнщайн и Розен решават, никога не е бил за космическото пътуване, а за това как квантовите полета се държат в изкривено пространство-време. Тълкуван по този начин, мостът Айнщайн-Розен действа като огледало в пространство-времето: връзка между две микроскопични стрели на времето.
Квантовата механика управлява природата в най-малките мащаби като частиците, докато теорията на Айнщайн за общата теория на относителността се прилага за гравитацията и пространство-времето. Съвместяването на двете остава едно от най-големите предизвикателства пред физиката. И вълнуващо, нашата нова интерпретация може да предложи път към това.
Криворазбрано наследство
Тълкуването на „червеева дупка“ се появи десетилетия след работата на Айнщайн и Розен, когато физиците спекулираха за преминаване от едната страна на пространство-времето в другата, най-вече в изследванията от края на 80-те години.
Но същите тези анализи също показаха ясно колко спекулативна е идеята: в рамките на общата теория на относителността такова пътуване е забранено. Мостът се прищипва по-бързо, отколкото светлината може да премине през него, което го прави непроходим. Следователно мостовете на Айнщайн-Розен са нестабилни и ненаблюдаеми – математически структури, а не портали.
Въпреки това метафората за дупката-червей процъфтява в популярната култура и спекулативната теоретична физика. Идеята, че черните дупки могат да свързват отдалечени региони на космоса – или дори да действат като машини на времето – вдъхнови безброй статии, книги и филми.
И все пак няма наблюдателни доказателства за макроскопични червееви дупки, нито някаква убедителна теоретична причина да ги очакваме в рамките на теорията на Айнщайн. Въпреки че спекулативните разширения на физиката – като екзотични форми на материя или модификации на общата теория на относителността – са предложени в подкрепа на такива структури, те остават непроверени и силно предполагаеми.
Две стрели на времето
Нашата скорошна работа преразглежда пъзела на моста Айнщайн-Розен, използвайки модерна квантова интерпретация на времето, надграждайки идеи, разработени от Сраван Кумар и Жоао Марто.
Повечето фундаментални закони на физиката не правят разлика между минало и бъдеще или между ляво и дясно. Ако времето или пространството са обърнати в техните уравнения, законите остават валидни. Приемането на тези симетрии сериозно води до различно тълкуване на моста Айнщайн-Розен.
Вместо тунел през пространството, той може да се разбира като два допълващи се компонента на квантово състояние. В единия времето тече напред; в другия тече назад от огледално отразената си позиция.
Тази симетрия не е философско предпочитание. След като безкрайностите бъдат изключени, квантовата еволюция трябва да остане пълна и обратима на микроскопично ниво – дори в присъствието на гравитация.
„Мостът“ изразява факта, че и двата компонента на времето са необходими за описание на пълна физическа система. В обикновени ситуации физиците пренебрегват обърнатия във времето компонент, като избират една стрелка на времето.
Но в близост до черни дупки или в разширяващи се и свиващи се вселени и двете посоки трябва да бъдат включени за последователно квантово описание. Именно тук естествено възникват мостовете Айнщайн-Розен.
Разрешаване на информационния парадокс
На микроскопично ниво мостът позволява на информацията да премине през това, което ни изглежда като хоризонт на събитията – точка, от която няма връщане. Информацията не изчезва; продължава да се развива, но в обратната, огледална времева посока.
Тази рамка предлага естествено разрешение на известния информационен парадокс на черните дупки. През 1974 г. Стивън Хокинг показа, че черните дупки излъчват топлина и в крайна сметка могат да се изпарят, като очевидно изтриват цялата информация за това, което е попаднало в тях – в противоречие с квантовия принцип, че еволюцията трябва да съхранява информация.
Парадоксът възниква само ако настояваме да опишем хоризонтите с помощта на една единствена, едностранна стрелка на времето, екстраполирано до безкрайност – предположение, което самата квантова механика не изисква.
Ако пълното квантово описание включва и двете времеви посоки, нищо не е наистина загубено. Информацията напуска нашата времева посока и се появява отново по обратната посока. Пълнотата и причинно-следствената връзка са запазени, без да се позовава на екзотична нова физика.
Тези идеи са трудни за разбиране, защото ние сме макроскопични същества, които изпитват само една посока на времето. В ежедневен мащаб безпорядъкът – или ентропията – има тенденция да се увеличава. Силно подреденото състояние естествено се развива в неподредено, никога обратното. Това ни дава стрела на времето.
Но квантовата механика позволява по-фино поведение. Интригуващо е, че доказателства за тази скрита структура може вече да съществуват. Космическият микровълнов фон – последващото сияние на Големия взрив – показва малка, но постоянна асиметрия: предпочитание към една пространствена ориентация пред нейния огледален образ.
Тази аномалия озадачава космолозите от две десетилетия. Стандартните модели му приписват изключително ниска вероятност – освен ако не са включени огледални квантови компоненти.
Ехо от предишна вселена?
Тази картина се свързва естествено с по-дълбока възможност. Това, което наричаме „Големият взрив“, може да не е било абсолютното начало, а отскок – квантов преход между две обърнати във времето фази на космическата еволюция.
При такъв сценарий черните дупки биха могли да действат като мостове не само между времевите посоки, но и между различни космологични епохи. Нашата вселена може да е вътрешността на черна дупка, образувана в друг, родителски космос. Това може да се е образувало, когато затворен регион на пространство-времето се е сринал, отскочил е назад и е започнал да се разширява като вселената, която наблюдаваме днес.
Ако тази картина е правилна, тя също предлага начин за решаване на наблюденията. Реликви от фазата преди отскачане – като по-малки черни дупки – биха могли да оцелеят при прехода и да се появят отново в нашата разширяваща се вселена. Част от невидимата материя, която приписваме на тъмната материя, всъщност може да бъде направена от такива реликви.
Според тази гледна точка Големият взрив се е развил от условия в предходно свиване. Червеевите дупки не са необходими: мостът е времеви, а не пространствен – и Големият взрив се превръща във врата, а не в начало.
Тази нова интерпретация на мостовете Айнщайн-Розен не предлага преки пътища през галактики, няма пътуване във времето и няма научнофантастични дупки или хиперпространство. Това, което предлага, е много по-дълбоко. Той предлага последователна квантова картина на гравитацията, в която пространство-времето олицетворява баланс между противоположните посоки на времето – и където нашата вселена може да е имала история преди Големия взрив.
Тя не отхвърля теорията на относителността или квантовата физика на Айнщайн – тя ги допълва. Следващата революция във физиката може да не ни отведе по-бързо от светлината – но може да разкрие, че времето, дълбоко в микроскопичния свят и в една подскачаща вселена, тече в двете посоки.
Енрике Газтанага, професор по астрофизика в Института по космология и гравитация, Университет на Портсмут
Тази статия е препубликувана от The Conversation под лиценз Creative Commons.
Прочетете оригиналната статия.
Източник: Разговорът | Коментари (0)