Можливо, червоточин не існує: фізики виявили щось дивне про час і Великий вибух

У 1935 році Альберт Ейнштейн і Натана Розен запропонували ідею математичного зв'язку між двома ідеально симетричними копіями простору-часу. Цей зв'язок почали називати мостом Ейнштейна-Розена. Але це явище спочатку не призначалося для опису дуже швидких переміщень Всесвітом. Ідея була запропонована для підтримання узгодженості між гравітацією і квантовою фізикою. Пізніше мости Ейнштейна-Розена стали асоціювати з червоточинами або кротячими норами, незважаючи на те, що вони мало пов'язані з початковою ідеєю двох фізиків. Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Classical and Quantum Gravity, показали, що первісний міст Ейнштейна-Розена вказує на щось набагато дивніше і більш фундаментальне, ніж червоточина, пише The Conversation.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Загадка, яку вирішували Ейнштейн і Розен, ніколи не стосувалася космічних подорожей, а була пов'язана з тим, як квантові поля поводяться у викривленому просторі-часі. У цьому випадку міст Ейнштейна-Розена діє як дзеркало в просторі-часі, тобто це зв'язок між двома осями часу.

Квантова механіка описує Всесвіт у найменших масштабах, як-от частинки, тоді як теорія загальної відносності Ейнштейна може бути застосована до гравітації і самого простору-часу. Узгодження цих теорій залишається одним із найскладніших завдань фізики. Але автори дослідження вважають, що їхня нова інтерпретація мостів Ейнштейна-Розена може запропонувати шлях до вирішення цієї проблеми.

Неправильне розуміння мостів Ейнштейна-Розена

Інтерпретація мостів Ейнштейна-Розена, як червоточин, з'явилася у 80-х роках минулого століття, коли фізики розмірковували про швидке переміщення з однієї частини простору-часу в іншу. І все ж у рамках загальної теорії відносності така подорож заборонена. Міст обривається швидше, ніж світло могло б його перетнути, що робить червоточину непрохідною. Тобто міст Ейнштейна-Розена не є порталом в іншу частину Всесвіту, вважають автори дослідження, а лише математичною структурою.

Проте ідея про червоточини, як про портали в просторі, продовжує процвітати і зараз. Деякі фізики-теоретики припускають, що такі проходи існують. Хоча загальна теорія відносності говорить нам, що для того, щоб червоточина була прохідною, вона має бути заповнена екзотичною матерією з від'ємною щільністю енергії. Але немає жодних спостережних доказів існування червоточин.

Дві осі часу

У дослідженні автори повертаються до загадки мосту Ейнштейна-Розена, використовуючи сучасну квантову інтерпретацію часу. Більшість фундаментальних законів фізики не розрізняють минуле і майбутнє, якщо йдеться про час, або ліво і право, якщо йдеться про простір. Якщо в рівняннях час або простір обернені назад, закони залишаються чинними.

За словами вчених, замість тунелю в просторі міст Ейнштейна-Розена можна розуміти, як два компоненти квантового стану, які взаємодоповнюють один одного. В одному час іде вперед, а в іншому — назад від свого дзеркально відбитого положення.

Після виключення нескінченностей квантова еволюція має залишатися повною і оборотною на мікроскопічному рівні, навіть у присутності гравітації. У цьому випадку міст виражає той факт, що для опису повної фізичної системи необхідні дві осі часу. У звичайних ситуаціях фізики вибирають тільки одну.

Але поблизу чорних дір або у всесвітах, що розширюються і стискаються, обидва напрямки часу мають бути включені для того, щоб був повний квантовий опис. Саме тут природним чином виникають мости Ейнштейна-Розена, вважають фізики.

Розв'язання інформаційного парадоксу чорної діри

На мікроскопічному рівні міст дозволяє інформації проходити через те, що називається горизонтом подій чорної діри. Це точка неповернення, коли ніщо, навіть світло, не може покинути чорну діру. Інформація не зникає, вона продовжує розвиватися, але в протилежному, дзеркальному напрямку часу.

Ця концепція пропонує рішення знаменитого інформаційного парадоксу чорної діри. У 1974 році фізик Стівен Гокінг показав, що чорні діри випускають випромінювання (воно стало пізніше відомим, як випромінювання Гокінга) і зрештою випаровуються. Але при цьому відбувається знищення всієї інформації про те, що потрапило в чорну діру. Але це суперечить квантовому принципу, згідно з яким квантова еволюція повинна зберігати інформацію.

Парадокс виникає тільки в тому разі, якщо описувати горизонт подій чорної діри за допомогою однієї односторонньої осі часу, екстрапольованої до нескінченності.

Якщо повний квантовий опис включає обидва напрямки часу, інформація не втрачається, вважають фізики. Інформація залишає звичний нам напрямок часу і знову з'являється у зворотному напрямку часу.

Відлуння попереднього Всесвіту

Нове дослідження також припускає більш інтригуючу можливість. Фізики вважають, що Великий вибух міг не бути абсолютним початком для нашого Всесвіту, а це був "відскік", тобто квантовий перехід між двома оберненими в часі фазами космічної еволюції.

У такому разі чорні діри могли б виступати як мости не тільки між напрямком часу, а й між різними космологічними епохами.

Наш Всесвіт міг би бути внутрішньою частиною чорної діри, що утворилася в іншому Всесвіті. Вона могла утворитися внаслідок колапсу замкнутої області простору-часу, відскоку і початку розширення, перетворившись на Всесвіт, який ми бачимо зараз.

Якщо ця гіпотеза правильна, то її можна перевірити за допомогою виявлення крихітних чорних дір, які могли виникнути ще до Великого вибуху, пережити перехід і з'явитися в нашому Всесвіті, що розширюється. Фізики вважають, що темна матерія, яка становить більшу частину маси нашого Всесвіту, насправді може складатися з таких чорних дір.

У цьому випадку Великий вибух розвинувся з умов попереднього стиснення. Тому червоточини не потрібні, адже міст є зв'язком у часі, а не в просторі і Великий вибух стає переходом, а не початком.

Нова інтерпретація мостів Ейнштейна-Розена не припускає коротких шляхів через галактики, подорожей у часі та наявності червоточин чи гіперпростору. Вона пропонує послідовну квантову картину гравітації, в якій простір-час втілює баланс між протилежними напрямками часу, і де наш Всесвіт, можливо, мав свою історію до Великого вибуху.

Ця гіпотеза, як кажуть фізики, не спростовує загальну теорію відносності Ейнштейна або квантову фізику, а доповнює їх.

Фокус уже писав, про що попереджав фізик Стівен Гокінг і які він зробив найвідоміші відкриття.

Також Фокус писав про те, що всередині Урана і Нептуна вода перетворюється на щось зовсім несподіване.