Возможно, червоточин не существует: физики обнаружили нечто странное о времени и Большом взрыве

В 1935 году Альберт Эйнштейн и Натана Розен предложили идею математической связи между двумя идеально симметричными копиями пространства-времени. Эту связь начали называть мостом Эйнштейна-Розена. Но это явление изначально не предназначалось для описания очень быстрых перемещений по Вселенной. Идея была предложена для поддержания согласованности между гравитацией и квантовой физикой. Позже мосты Эйнштейна-Розена стали ассоциировать с червоточинами или кротовыми норами, несмотря на то, что они мало связаны с первоначальной идеей двух физиков. Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Classical and Quantum Gravity, показали, что первоначальный мост Эйнштейна-Розена указывает на нечто гораздо более странное и более фундаментальное, чем червоточина, пишет The Conversation.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Загадка, которую решали Эйнштейн и Розен, никогда не касалась космических путешествий, а была связана с тем, как квантовые поля ведут себя в искривленном пространстве-времени. В этом случае мост Эйнштейна-Розена действует как зеркало в пространстве-времени, то есть это связь между двумя осями времени.

Квантовая механика описывает Вселенную в самых малых масштабах, таких как частицы, в то время как теория общей относительности Эйнштейна применима к гравитации и самому пространству-времени. Согласование этих теорий остается одной из самых сложных задач физики. Но авторы исследования считают, что их новая интерпретация мостов Эйнштейна-Розена может предложить путь к решению этой проблемы.

Неверное понимание мостов Эйнштейна-Розена

Интерпретация мостов Эйнштейна-Розена, как червоточин, появилась в 80-х годах прошлого века, когда физики размышляли о быстром перемещении из одной части пространства-времени в другую. И все же в рамках общей теории относительности такое путешествие запрещено. Мост обрывается быстрее, чем свет мог бы его пересечь, что делает червоточину непроходимой. То есть мост Эйнштейна-Розена не является порталом в другую часть Вселенной, считают авторы исследования, а лишь математической структурой.

Тем не менее, идея о червоточинах, как о порталах в пространстве продолжает процветать и сейчас. Некоторые физики-теоретики предполагают, что такие проходы существуют. Хотя общая теория относительности говорит нам, что для того, чтобы червоточина была проходимой, она должна быть заполнена экзотической материей с отрицательной плотностью энергии. Но нет никаких наблюдательных доказательств существования червоточин.

Две оси времени

В исследовании авторы возвращаются к загадке моста Эйнштейна-Розена, используя современную квантовую интерпретацию времени. Большинство фундаментальных законов физики не различают прошлое и будущее, если речь идет о времени, или лево и право, если речь идет о пространстве. Если в уравнениях время или пространство обращены вспять, законы остаются в силе.

По словам ученых, вместо туннеля в пространстве мост Эйнштейна-Розена можно понимать, как два взаимодополняющих компонента квантового состояния. В одном время идет вперед, а в другом — назад от своего зеркально отраженного положения.

После исключения бесконечностей квантовая эволюция должна оставаться полной и обратимой на микроскопическом уровне, даже в присутствии гравитации. В этом случае мост выражает тот факт, что для описания полной физической системы необходимы две оси времени. В обычных ситуациях физики выбирают только одну.

Но вблизи черных дыр или в расширяющихся и сжимающихся вселенных оба направления времени должны быть включены для того, чтобы было полное квантовое описание. Именно здесь естественным образом возникают мосты Эйнштейна-Розена, считают физики.

Решение информационного парадокса черной дыры

На микроскопическом уровне мост позволяет информации проходить через то, что называется горизонтом событий черной дыры. Это точка невозврата, когда ничто, даже свет, не может покинуть черную дыру. Информация не исчезает, она продолжает развиваться, но в противоположном, зеркальном направлении времени.

Эта концепция предлагает решение знаменитого информационного парадокса черной дыры. В 1974 году физик Стивен Хокинг показал, что черные дыры выпускают излучение (оно стало позже известно, как излучение Хокинга) и в конечном итоге испаряются. Но при этом происходит уничтожение всей информации о том, что попало в черную дыру. Но это противоречит квантовому принципу, согласно которому квантовая эволюция должна сохранять информацию.

Парадокс возникает только в том случае, если описывать горизонт событий черной дыры с помощью одной односторонней оси времени, экстраполированной до бесконечности.

Если полное квантовое описание включает оба направления времени, информация не теряется, считают физики. Информация покидает привычное нам направление времени и вновь появляется в обратном направлении времени.

Эхо предыдущей Вселенной

Новое исследование также предполагает более интригующую возможность. Физики считают, что Большой взрыв мог не быть абсолютным началом для нашей Вселенной, а это был "отскок", то есть квантовый переход между двумя обращенными во времени фазами космической эволюции.

В таком случае черные дыры могли бы выступать в качестве мостов не только между направлением времени, но и между различными космологическими эпохами.

Наша Вселенная могла бы быть внутренней частью черной дыры, образовавшейся в другой Вселенной. Она могла образоваться в результате коллапса замкнутой области пространства-времени, отскока и начала расширения, превратившись во Вселенную, которую мы видим сейчас.

Если эта гипотеза верна, то ее можно проверить с помощью обнаружения крошечных черных дыр, которые могли возникнуть еще до Большого взрыва, пережить переход и появиться в нашей расширяющейся Вселенной. Физики считают, что темная материя, которая составляет большую часть массы нашей Вселенной, на самом деле может состоять из таких черных дыр.

В данном случае Большой взрыв развился из условий предшествующего сжатия. Поэтому червоточины не нужны, ведь мост является связью во времени, а не в пространстве и Большой взрыв становится переходом, а не началом.

Новая интерпретация мостов Эйнштейна-Розена не предполагает коротких путей через галактики, путешествий во времени и наличия червоточин или гиперпространства. Она предлагает последовательную квантовую картину гравитации, в которой пространство-время воплощает баланс между противоположными направлениями времени, и где наша Вселенная, возможно, имела свою историю до Большого взрыва.

Эта гипотеза, как говорят физики, не опровергает общую теорию относительности Эйнштейна или квантовую физику, а дополняет их.

Фокус уже писал, о чем предупреждал физик Стивен Хокинг и какие он сделал самые известные открытия.

Также Фокус писал о том, что внутри Урана и Нептуна вода превращается в нечто совершенно неожиданное.