Космічні подорожі через тунелі.
Чи стануть колись можливими космічні подорожі з використанням просторово-часових тунелів?
Улюблений для наукової фантастики метод дослідження Всесвіту, представлений нещодавно у фільмі «Інтерстеллар», не буде легким.
Будучи допитливим за своєю природою виглядом, люди вже давно мріють про подорожі в найдальші глибини Всесвіту. Саме це є головною темою нового епічного науково-фантастичного фільму «Інтерстеллар» (Interstellar), за сюжетом якого Метью Макконахі (McConaughey) та Енн Хетеуей (Anne Hathaway) прямують у ті місця, куди і ми самі сподіваємось колись потрапити. Є лише одна невелика заковика, пов'язана з подорожжю у далекому космосі.
Всесвіт величезний. Крім своїх колосальних розмірів, вона ще й сильно розосереджена; будь-які сусідні планети, зірки або галактики видалені на величезні відстані, що викликають тужливі почуття. Так, наприклад, Проксима Ценвавра, найближча до Землі зірка, знаходиться на відстані 4,22 світлових років. Якби космічний апарат Voyager, що володіє найвищою швидкістю, спробував досягти поверхні зірки Проксима Центавра, то цьому крихітному зонду знадобилося б для цього 80 000 років.
І як нам тепер дослідити Всесвіт, щоб на це не треба було витрачати життя тисяч поколінь? Серед численних концепцій, розроблених вченими, один спосіб продовжує залишатися особливо популярним, насамперед у галузі наукової фантастики — йдеться про можливість зрізати шлях з використанням теоретичних тунелів, що отримали назву кротові нори (wormholes).
Теоретично кротові нори є з'єднання, що мають форму тунелю, що складаються з простору-часу і забезпечують більш короткий шлях міжзначно віддаленими один від одного частинами Всесвіту. Ідея полягає в тому, що під час космічних подорожей можуть бути використані подібні тунелі, що дозволяють зробити їхню тривалість значно коротшою, ніж тисячі років. У численних книгах, телевізійних шоу та художніх фільмах використовується концепція «кротових нір» стосовно подорожей у глибокий космос — від містичного та напханого інопланетянами польоту доктора Еллі Ерроуея (Arroway) у фільмі «Контакт» (Contact) до кротових тунелів недослідженій ділянці галактики Гамма Квадрант (Gamma Quadrent) у космічній епопеї «Зоряний шлях: Глибокий космос 9» (Star Trek: Deep Space Nine).
Подібний сюжетний хід використано й у стрічці «Інтерстеллар». У цьому фільмі група астронавтів здійснює подорож через нещодавно відкриту кротову нору, що пов'язує між собою віддалені одна від одної ділянки простору-часу, і робиться це для того, щоб знайти новий світ, який людина могла б назвати своїм будинком. Звучить неймовірно — начебто реалізувалися всі наші фантазії щодо космічних подорожей. Але чи можливо це насправді? Чи зможуть люди одного прекрасного дня, використовуючи кротові нори, здійснити подорож до іншої галактики і навіть далі?
Наука говорить про те, що це малоймовірно, але можливо. Однак для того, щоб отримати можливість пройти такою норою, нам потрібно виконати численні умови, а ще потрібно буде зрозуміти, звідки беруться подібні секретні проходи.
Що таке кротова нора?
На початок 1900-х років у науці панувала теорія гравітації Ньютона. Його ідея полягала в тому, що всі об'єкти у Всесвіті — включаючи вас і мене — мають внутрішню силу, здатну притягати.інші об'єкти. Чим більше об'єкт, тим більше гравітаційне тяжіння, що діє. Це пояснює, чому ми «тримаємося» на Землі замість того, щоб полетіти в космічний простір.
Однак у 1915 році Альберт Ейнштейн піддав ґрунтовній критиці цю гіпотезу. Він припустив, що гравітація, насправді, є результатом викривлення в просторі-часі (простір-час є злиттям простору і часу в єдине ціле). По суті, саме існування предмета деформує розташовані навколо нього простір і час, створюючи відбиток у всесвіті.
І саме ця деформація простору-часу викликає ефект гравітації. «Припустимо, є ви і якась інша маса. Ви спотворюєте простір-час навколо вас, а інша маса спотворює простір-час навколо себе, і ви обоє потрапляєте в гравітаційний колодязь один одного», - каже Річард Холман (Richard Holman), професор фізики Університету Карнегі-Меллон.
Саме тут і утворюється зв'язок із кротовими норами. На думку Ейнштейна та його колеги Натана Розена (Nathan Rosen), кротова нора є викривленим простором, який складається таким чином, щоб зв'язати між собою дві різні точки простору-часу. В результаті виникає тунелеподібна структура - вона може бути прямою або викривленою, - яка пов'язує між собою ділянки Всесвіту, що знаходяться на неймовірно великій відстані одна від одної.
З математичної моделі Ейнштейна випливає, що кротові нори повинні існувати, проте поки що ніхто не зміг їх виявити. Фуміо Абе (Fumio Abe), астрофізик з Університету Нагоя, запропонував свій спосіб пошуку великих гравітаційних тунелів (досить великих для космічного корабля) — для цього потрібно спостерігати заяскравість зірки, коли вона проходить перед тунелем. Цей ефект, який отримав назву гравітаційний лензинг (gravitational lensing), повинен змусити яскравість флуктуювати особливим способом.
Проблеми з кротовими норами
Поки що фізики не змогли визначити, яким чином кротові нори можуть виникати у Всесвіті природним чином. Однак фізик-теоретик Джон Вілер заявив про те, що вони можуть спонтанно з'являтися і зникати. Подібні висновки випливають із його гіпотези щодо квантової піни (quantum foam). Запропонована ним ідея полягає в тому, що віртуальні частки постійно виникають і зникають досить дивним чином.
На жаль, Вілер вважає, що подібні імпровізовані кротові нори мають бути вкрай маленькими і виміряти їх можна лише за шкалою Планка. Їхня довжина буде близько 10-33 сантиметрів. Іншими словами, ця кротова нора буде такою маленькою, що її практично неможливо виявити.
Припустимо, однак, що ми змогли виявити крихітні кротові нори в момент їх виникнення, можливо, ми знайдемо спосіб збільшити їх розміри. Для цього нам буде потрібний незвичайний матеріал під назвою екзотична матерія (exotic matter).
«Правило звичайної матерії у Всесвіті полягає в тому, що вона має позитивну енергетичну щільність та позитивний тиск, — зазначає Ерік Девіс (Eric Davis), старший науковий співробітник Інституту перспективних досліджень в Остіні. — Екзотична матерія дещо відрізняється. Ця матерія має негативну енергетичну щільність та/або негативний тиск. Ви може мати шматок матерії з негативною енергією та позитивним тиском і навпаки».
Негативні якості екзотичної матерії можуть натиснути зсередини на стінки ніт і зробити їх досить великими.і досить стабільними — для людини чи космічного корабля. Проблема лише тому, що отримати екзотичну матерію негаразд легко: вона існує лише теоретично; ми не знаємо, як вона виглядає і поки що нам невідомо, де її шукати.
Але припустимо, що ми змогли впоратися навіть із цією проблемою в нашій гіпотетичній побудові. Ми виявили крихітну кротову нору, потім якимось чином отримали певну кількість екзотичної матерії, після чого розширили та стабілізували тунель, зробивши його досить великим для космічного корабля. На думку Холмана, приміщення будь-якого предмета, що не складається з екзотичної матерії, в кротову нору повністю її дестабілізує. Інакше кажучи, входження у кротову нору миттєво призведе до загибелі людини.
Щодо кротових нір існує багато застережень, але ще одне — можливо, ще серйозніше. Кротові нори цілком можуть зв'язати між собою два абсолютно різні простори-часу, тобто точка входу, можливо, буде знаходитися в зовсім іншій епосі. Таким чином, подорож по кротовій норі пов'язана з ризиком опинитися в іншому історичному часі Всесвіту. Деякі фахівці навіть вважають, що кротові нори можуть пов'язувати між собою зовсім різні Всесвіти. Тільки уявіть собі на секунду щось подібне!
Що стосується перспектив використання кротових нір для космічних подорожей, то Девіс налаштований оптимістичніше, ніж Холман. На думку Девіса, для створення власної кротової нори, що функціонує, з нуля потрібно лише приборкати екзотичну матерію. (В даний час він працює над способом створення екзотичної матерії в лабораторії міжнародної організації «Ікарус Інтерстеллар» (Icarus Interstellar). Щодо Холмана, то він є прихильникомбільш реалістичний підхід.
«Якби це справді було можливо — з урахуванням існування всіх екзопланет і зірок, — то, мабуть, хтось інший вже зміг би це зробити, — зазначає Холман. — Наскільки можна судити, дивлячись на вельми пристойну частину Всесвіту, нічого такого ми не помічаємо. Це говорить про те, що нам, найімовірніше, доведеться в наших подорожах піти складнішим шляхом».
Інтерстелар 2014 (Interstellar) - Новий Трейлер
Джерело: Лорен Граш Popular Science, inosmi