Кротовая нора

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Двумерное сечение (опущены время и одна угловая координата) простой кротовой норы, представляющее собой два устья (отверстия), соединённые горловиной, которые открываются в удалённые друг от друга части Вселенной.

Крото́вая нора́, также «крото́вина» 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[править | править вики-текст]

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, 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[править | править вики-текст]

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.) это требует нарушения усреднённого нулевого состояния энергии (англ.). 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.) 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[править | править вики-текст]

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:

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:

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).

Люди, внесшие вклад в развитие теории[править | править вики-текст]

  1. Джон Арчибальд Уилер. Ввел 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;
  2. Кип Торн и Майкл Моррис. Привлекли внимание к связи между существованием кротовых нор и нарушением причинности;
  3. Мэтт Виссер. Опубликовал этапную книгу Lorentzian wormholes: from Einstein to Hawking, в которой подведены итоги развития теории кротовых нор к 1995 г.
  4. Сергей Сушков. Выдвинул идею самоподдерживающейся кротовой норы, которая удерживается от коллапса поляризацией вакуума, вызванной геометрией этой норы;
  5. Сергей Красников показал, что пустые кротовые норы, возникшие в ранней Вселенной, могут оставаться проходимыми в течение макроскопического времени за счет механизма Сушкова;
  6. Никола́й Семёнович Кардашёв популяризировал идею, что в центре галактик находятся не массивные черные дыры, а устья кротовых нор.


Примечания[править | править вики-текст]

  1. Космос-журнал: Кротовая нора
  2. Fewster C.J., Olum K.D., Pfenning M.J. Averaged null energy condition in spacetimes with boundaries // Phys. Rev. D. — 2007. — Vol. 75, No. 2. — DOI:10.1103/PhysRevD.75.025007
  3. Visser M. Gravitational vacuum polarization. II. Energy conditions in the Boulware vacuum // Physical Review D. — Vol. 54, No. 8. — DOI:10.1103/PhysRevD.54.5116
  4. Graham N., Olum K.D. Achronal averaged null energy condition // Physical Review D. — 2007. — Vol. 76, No. 6. — DOI:10.1103/PhysRevD.76.064001
  5. Urban D., Olum K.D. Spacetime averaged null energy condition // Physical Review D. — 2010. — Vol. 81, No. 6. — DOI:10.1103/PhysRevD.81.124004

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]