Време за четене: 6 минути
Можем ли да пътуваме през черна дупка, за да вземем пряк път към друга галактика?
Откакто пътуване през червеева дупка беше представено за първи път през 2001 г.: Космическа одисея преди 50 години, идеята за тях завладя общественото въображение. И не е чудно: те са най-добрата форма на космическо пътуване: начин за прескачане през галактики за миг.
Но докато червеевите дупки са се превърнали в основна част от научната фантастика, сред учените те са източник на безкрайно разочарование. Не защото идеята е нелепа, а защото не е. Удивителният факт е, че червейните дупки са естествено следствие от съвременните теории за гравитацията и са изследвани от самия Айнщайн преди повече от 80 години. Оттогава изследователите се опитват да разберат дали такава странна теоретична възможност може да бъде реалност.
И сега те направиха голям пробив – такъв, който използва дълбоките връзки между природата на пространството и времето и законите на субатомния свят. Резултатът е ново разбиране за това, какво точно е необходимо, за да се направи истинска червеева дупка.
Айнщайн за първи път изследва свойствата на червеевите дупки със своя колега Нейтън Розен през 1935 г., използвайки своята теория за гравитацията, известна като Обща теория на относителността. Те откриха, че това, което сега наричаме черна дупка, може да бъде свързано с друга чрез подобно на тръба „гърло“. Наричан сега мостът на Айнщайн-Розен, това изглежда отвори пътя за преки пътища през пространството и времето, навлизане в черна дупка в една част на Вселената и излизане от друга може би на милиони светлинни години, но без да отнема милиони години за да го направи – като по този начин ефективно пътува по-бързо от скоростта на светлината.
Това беше зашеметяваща идея, но в началото на 60-те години на миналия век й беше нанесен сериозен удар от Джон Уилър, брилянтният американски физик, който пръв измисли термините „черна дупка“ и „червейна дупка“. Заедно с колегата си теоретик Робърт Фулър, той показа, че мостът Айнщайн-Розен ще се срути почти веднага щом се формира. Както обяснява д-р Даниел Джаферис, доцент по физика в Харвардския университет: „Можем да скочим от противоположни страни и да се срещнем в свързаната вътрешност, но тогава и двамата ще бъдем обречени.“
Джаферис е един от елитната група теоретици по целия свят, които търсят начини за избягване на този проблем. От години най-обещаващата идея е мостът да се поддържа с помощта на вид „екзотична материя“ с отрицателна енергия. Както подсказва името му, това е доста странно нещо – толкова странно, че е в състояние да наруши нормалните правила на гравитацията. Докато обикновената материя винаги генерира гравитационно привличане, отрицателната енергия, произведена от тази екзотична материя, генерира антигравитационно отблъскване. Удивително е, че такава енергия е известна. През 90-те години астрономите откриха, че цялата Вселена се разширява под антигравитационния ефект на така наречената „тъмна енергия“. Има само един проблем – точният произход на тъмната енергия все още не е известен. Същото важи и за екзотичните материи – никой няма представа как да създаде това нещо, камо ли да го използва, за да държи дупката отворена достатъчно дълго, за да прелети през нея.
Червеят се обърна
Но сега дебатът за такива така наречени проходими червееви дупки взе радикален нов обрат. Той следва откриването на нов начин за запазване на моста непокътнат въз основа на изненадваща връзка между червееви дупки и квантовата теория (законите на субатомния свят). Той се появи по време на опити за решаване на проблем, който обсебва някои от най-големите теоретици на нашето време, включително покойния Стивън Хокинг: какво се случва с обекти, които попадат в черна дупка?
Всички знаят, че няма как да избягате от черна дупка, след като влезете в нея: привличането на гравитацията е твърде силно дори за светлината да избегне лапите си. И все пак Хокинг прочуто показа, че черната дупка не съществува вечно, но в крайна сметка избухва в изблик на интензивна радиация, без да оставя следа от всичко, което е попаднало в нея.
Проблемът е, че това противоречи на един от ключовите принципи на квантовата теория, който гласи, че информацията никога не може да бъде унищожена. Черните дупки обаче изглеждат доста способни да унищожат напълно информацията за това, което са консумирали. Това е прословутия „информационен парадокс на черната дупка“ и намеква за голяма празнина в нашето разбиране за това как работи Вселената.
Десетилетия наред Хокинг и много други се опитваха да разрешат парадокса без успех. Но сега има нарастващо вълнение, че отговорът е намерен. И това се крие в способността на червеевите дупки да осигуряват изход от черните дупки. Казано по-просто, теоретиците смятат, че предполагаемата неизбежна граница на черна дупка – така нареченият хоризонт на събитията – е осеяна с малки дупки на червеи, които позволяват на информацията да изтича, заедно с радиацията, която Хокинг показа, че унищожава черните дупки. Това от своя страна доведе до нови прозрения за природата на дупките от червеи и дали те могат да бъдат прекосени.
Досега единственият известен начин за преминаване през червеева дупка беше да се спре срутването на моста Айнщайн-Розен с помощта на отрицателната енергия на екзотичната материя. „Квантовите ефекти позволяват известна отрицателна енергия“, обяснява Джаферис. „Но отдавна се подозираше, че това, което се изисква за проходима червеева дупка, е физически невъзможно.“
Сега Джаферис и колегите му д-р Пинг Гао и д-р Арон Уол смятат, че са открили друг източник. „Това, което открихме, е, че директното взаимодействие между [черните дупки в] двата края на непреходна червеева дупка може да доведе до отрицателна енергия“, казва Джаферис. Полученият антигравитационен ефект след това спира моста Айнщайн-Розен от срутване, което прави червеевата дупка проходима.
Когато Джаферис и колегите му казват „директно взаимодействие“, те имат предвид, че двете черни дупки, образуващи устията на червеевата дупка, си влияят една на друга в реално, обикновено пространство. „Двойните системи с черни дупки, които взаимно консумират радиацията на Хокинг, са добър пример“, казва Джаферис. „Поглъщането на радиацията е пряката връзка.“
В плетеница
И така, добрата новина е, че проходимите дупки на червеи наистина могат да съществуват. Още по-добре, според Джаферис няма проблем да се изпрати човек през един от тях, поне по принцип. Но, може би не е изненадващо, има някои големи проблеми за преодоляване.
Първо, черните дупки не могат да бъдат просто стандартен тип, образуван от срутените останки от огромни звезди; те трябва да бъдат „максимално оплетени“. Това се отнася до странна квантова връзка, която може да съществува между два обекта, така че всичко, направено на единия, засяга незабавно другия – без значение колко далеч са един от друг.
Подобно на отрицателната енергия, странният феномен на квантовото заплитане наистина съществува. За първи път е открит в лабораторни експерименти преди близо 40 години и сега се изследва от компании като Google за създаване на ултра-бързи квантови компютри. И все пак, докато субатомните частици могат да бъдат заплетени относително лесно в лабораторията, никой няма представа как да направи същото с черните дупки. „Не можем дори да направим незаплетени черни дупки, да не говорим за точно квантово заплетени“, обяснява Джаферис.
И все пак директното взаимодействие между две черни дупки идва с уловка: то забранява всякакви невероятни трикове за пътуване във времето. Но може ли все още да позволява пътуване по-бързо от светлината? Това е труден въпрос, казва Джаферис. Гравитацията, пространството и времето са тясно свързани и това обърква самото понятие за скорост. Според Джаферис, изчисленията, базирани на изследваните досега типове червееви дупки, предполагат, че използването им всъщност би било по-бавно от простото пътуване директно през космоса. Той обаче признава, че подробностите все още не са напълно уточнени. Така че изглежда, че научните факти все още изостават малко от научната фантастика. Законите на природата изглежда настояват, че червейните дупки могат или да извършват невероятни подвизи, но да се срутят за миг, или да бъдат проходими, но безполезни.
Но отново и отново природата поднася големи изненади на теоретиците. Самата възможност за черни дупки беше оспорвана в продължение на десетилетия, а самият Айнщайн отказа да повярва в квантовото заплитане. Възможно ли е някъде във Вселената да лежат естествени червееви дупки, извършващи своите чудеса?
Наука или научна фантастика?
Възможността за наблюдение на червеева дупка в реалния живот сега е в центъра на изследванията на теоретиците, използващи комбинация от математика и компютърни модели. Предизвикателството е да забележите разликата между нормалните черни дупки и тези, които са порталите на червееви дупки. Според Раджибул Шейх, теоретик на гравитацията в Института за фундаментални изследвания Тата в Мумбай, Индия, отговорът може да се крие в фините разлики в начина, по който те влияят на заобикалящата ги среда – и по-специално на поведението на светлината. „Както е предвидено от Общата теория на относителността на Айнщайн, фотоните претърпяват огъване в гравитационно поле“, обяснява той.
Интензивната гравитация на черните дупки създава невероятно горещи, ярки акреционни дискове около тях, образувани от материя, която се спуска спираловидно към гибелта си. Иначе невидимите домакини на тези дискове след това разкриват присъствието си като катранено черна сянка, хвърлена върху тях. Формата на тази сянка може да разкрие кога черната дупка всъщност е нещо още по-странно. Според Шейх издайническите признаци на червеева дупка идват от гравитационния ефект на нейното гърло върху получената сянка.
„Това, което открих, е, че формата на сянката на бавно въртяща се червеева дупка би била много подобна на почти перфектно подобната на диск сянка, хвърлена от бавно въртяща се черна дупка“, обяснява той. „Но по-бързо въртяща се червеева дупка би хвърлила сянка, която е по-изкривена от тази на черна дупка със същото въртене.“
Той подчертава, че изследванията все още са в ход и резултатите досега се основават на специфични видове черни дупки и дупки на червеи. „Няма гаранция, че типът въртящи се червееви дупки, които считах за най-често срещаните.“
Но Шейх посочва, че астрономите вече разполагат със средства за откриване на ефектите, които се предвижда да съществуват около дупките на червеи. Известен като Event Horizon Telescope (EHT), той се състои от глобална мрежа от радио антени, способни да правят изследвания на черни дупки и дупки на червеи. „И вече започна да събира данни“, казва Шейх. Възможно е просто половин век след дебюта си на филмовите екрани пространствено-времевата дупка да се превърне в нещо повече от научна фантастика.
