Фізики щойно з’ясували, як червоточини можуть уможливити подорожі в часі

Фізики-теоретики мають багато спільного з юристами. І ті, й інші витрачають багато часу на пошук лазівок і невідповідностей у правилах, які можна якось використати.

Валерій П. Фролов і Андрій Зельников з Альбертського університету в Канаді та Павел Кртоуш з Карлового університету в Празі, ймовірно, не змогли б врятувати вас від штрафу за порушення правил дорожнього руху, але вони, можливо, виявили достатньо лазівок у законах фізики, щоб відправити вас назад у часі і переконатися, що ви не перевищили швидкість через шкільну зону в першу чергу.

Короткі шляхи крізь простір-час, відомі як червоточини, не є загальновизнаними особливостями космосу. Але протягом більшої частини століття вчені задавалися питанням, чи можуть нитки основи і викривлення, визначені теорією відносності, передбачати шляхи для квантових пульсацій – або навіть цілих частинок – вирватися за межі своєї локалізації.

За найфантастичнішими припущеннями, така реконфігурація тканини Всесвіту дозволила б масам розміром з людину долати світлові роки, перетинати галактики за одну мить, або, можливо, переміщатися в часі так само швидко, як можна було б пересуватися по кухні.

Принаймні, вправи, які досліджують більш екзотичну сторону поведінки простору-часу, могли б спрямувати спекуляції на таємничу точку зустрічі квантової фізики і загальної теорії відносності.

Червоточини – це, по суті, трохи більше, ніж просто фігури. У повсякденному житті ми звикли мати справу з одновимірними лініями, двовимірними малюнками та тривимірними об’єктами. Деякі з них ми можемо інтуїтивно скласти, зліпити та проколоти.

Фізика дозволяє нам досліджувати ці зміни в ситуаціях, які ми не можемо дослідити інтуїтивно. На найдрібніших рівнях квантові ефекти дають відстаням і часу певну свободу маневру.

У набагато більших масштабах простір-час може стискатися і розширюватися по відношенню до гравітації так, що це неможливо оцінити без цілої купи рівнянь, які допоможуть вам у цьому. Наприклад, якщо запхати достатню масу в одне місце (зручно ігноруючи будь-який заряд, який вона може мати, або якщо вона обертається), простір-час вигнеться так, що у нього з’являться дві зовнішні поверхні. Що їх з’єднує? Червоточина, звісно.

Матерія не зможе рухатися через цю математичну структуру, хоча деякі підозрілі об’єкти по обидва боки, які опиняться в ній, залишаться пов’язаними.

Протягом десятиліть тривав пошук сценаріїв – як можливих, так і суто теоретичних – які могли б дозволити квантовим ефектам і навіть цілим частинкам подорожувати крізь екзотичні форми простору-часу неушкодженими.

Пропозиція Фролова, Кртоуша і Зельникова щодо викривлення часу включає так звану кільцеву червоточину, вперше описану в 2016 році фізиком-теоретиком Кембриджського університету Гарі Гіббонсом і фізиком Турського університету Михайлом Волковим.

На відміну від сферичних викривлень простору-часу, які ми можемо приписати чорним дірам, кільцева червоточина, запропонована Гіббонсом і Волковим, з’єднує ділянки Всесвіту (або різні всесвіти, якщо на те пішло), які ми називаємо пласкими.

Розглядаючи взаємодію електричних і магнітних полів, що називається обертанням дуальності, і застосовуючи деякі перетворення вибору, кільцеподібні маси можуть створювати деякі цікаві викривлення в тому, що в іншому випадку було б пласким простором-часом.

І вуаля! Дірка у Всесвіті, яка з’єднує вас з… ну, десь не поруч.

Фролов, Кртоуш і Зельников взяли цю діру і прогнали її через різні сценарії. Наприклад, який вплив на кільце може мати інша, нерухома маса? А що, якщо вхідне кільце і вихідне кільце знаходяться в одному всесвіті?

Рішення, які вони знайшли, включали в себе так звану замкнену криву, подібну до часової. Так само, як це звучить, вона описує об’єкт або промінь світла, який рухається вздовж лінії, повертаючись у ту саму точку, що й раніше. Не лише у просторі, а й у часі.

Перш ніж пакувати валізи для парадоксальної подорожі в майбутнє і назад, багато перешкод можуть легко завадити такій петлі. Покійний фізик Стівен Гокінг точно так вважав.

Але хто знає? З правильним космічним адвокатом ми, можливо, зможемо оскаржити наш вирок про подорож у майбутнє в один кінець за допомогою масивної пари кілець.

Це дослідження доступне на сервері препринтів arXiv і було прийняте до публікації у Physical Review D.