Физики теоретически проанализировали опасность для человека кротовых нор — гипотетических туннелей в пространстве-времени, с помощью которых, в частности, можно перемещаться между удаленными областями Вселенной быстрее (по собственному времени путешественника), чем при движении по какой-либо траектории вне кротовой норы. В рамках одной из моделей с дополнительным измерением оказалось, что устья (то есть концы туннеля) таких объектов размером свыше полутора тысяч километров позволяют человеческому организму выдержать возникающие перегрузки, что разрешает одну из основных проблем подобных путешествий. Текст работы опубликован на arXiv.org.
Кротовыми норами (или червоточинами) физики называют гипотетический вид структур пространства-времени, существование которых на сегодняшний день предсказывает (или не исключает) ряд теоретических моделей. Упрощенно такие объекты можно представлять как туннели, соединяющие две области пространства-времени, причем сами области не обязательно должны быть как-либо связаны помимо кротовой норы — в таком случае нора становится туннелем между различными вселенными.
Особый интерес для ученых представляют проходимые кротовые норы — те, которые живут достаточно долго, чтобы позволить попавшему в устье норы объекту преодолеть весь туннель и оказаться на противоположном его конце. Если такие червоточины действительно существуют, то на их основе, возможно, удастся реализовать перемещения в пространстве с эффективной сверхсветовой (то есть быстрее, чем идущий вне туннеля луч света) скоростью и даже совершать путешествия во времени — подобные идеи исследователи описывали еще в прошлом столетии. Тем не менее важные детали таких путешествий (как, например, способность человека пережить прохождение через туннель) на сегодняшний день по-прежнему остаются слабоизученными.
Хуан Малдасена (Juan Maldacena) и Алексей Милехин (Alexey Milekhin) из Принстонского университета рассмотрели один из возможных типов проходимых кротовых нор и проанализировали его физические свойства с точки зрения перемещения человека в пространстве. В качестве устьев червоточины исследователи использовали обращающиеся друг относительно друга объекты, которые для внешнего наблюдателя (по своему воздействию на окружающее пространство-время) напоминали бы черные дыры, однако изнутри были бы связаны туннелевидным переходом.
Для описания физических свойств червоточины, важных с точки зрения пространственных путешествий, авторы воспользовались моделью Рэндалл-Сундрума (RS2), в которой вводится дополнительное (к известным трем пространственным и одному временному) пятое измерение. Затем при помощи метрики (то есть закона, определяющего пространственно-временные интервалы — аналоги расстояний в обычном пространстве) этой модели физики получали оценки размера устьев кротовой норы, протяженности туннеля, а также времени путешествия через него (которое измеряли бы сам путешественник и наблюдатель снаружи червоточины).
Пользуясь тем, что приливное ускорение, которое будет испытывать путешественник сквозь кротовую нору, обратно пропорционально квадрату размера устья, установив предельно допустимую кратковременную перегрузку на уровне 20g (то есть в двадцать раз больше ускорения свободного падения у поверхности Земли), а также привлекая экспериментальные оценки неизвестных параметров модели Рэндалл-Сундрума, исследователи ограничили допустимые размеры входа в червоточину.
В результате физики установили, что пережить воздействие приливных сил человек способен при размере устья кротовой норы не менее полутора тысяч километров — это сопоставимо с размерами карликовых планет. На преодоление такого туннеля по часам путешественника ушло бы порядка 0,15 секунды, а для внешнего наблюдателя прошло бы свыше девяти тысяч лет. При этом ученые полагали, что расстояние между устьями снаружи червоточины свет может преодолеть гораздо (до тысяч раз) быстрее — это позволило обеспечить стабильность вращающейся (и потому излучающей энергию) системы и гарантировать проходимость туннеля.
Авторы отмечают, что несмотря на потенциальную пригодность кротовых нор для путешествий, некоторые серьезные проблемы остаются нерешенными — в частности, за рамками исследования остались механизмы (в том числе контролируемого) формирования червоточин. Другим важным препятствием являются посторонние частицы — например, фотоны реликтового излучения. Во-первых, при попадании в туннель их энергия будет многократно (на порядки и даже десятки порядков) возрастать, что сделает их опасными для человека, а во-вторых — они могут рассеиваться и терять энергию внутри туннеля и привести к его коллапсу, превратив червоточину в черную дыру.
Кроме того, исследователи напоминают о пользе кротовых нор с более компактными (микрометровыми) устьями — несмотря на большие приливные силы, такие объекты, разнесенные на достаточно большие расстояния (сопоставимые, например, с размерами Солнечной системы), могли бы помочь в передаче информации.
За последнее время мы рассказывали и о других результатах теоретиков, которые связаны с исследованием кротовых нор. Так, в октябре 2019 года ученые оценили эффекты от прохождения через такой туннель физических полей и предложили механизм самопроизвольного возникновения проходимой кротовой норы.
Николай Мартыненко