27.01.2026. - Червоточин, возможно, и не существует

Червоточин, возможно, и не существует

Червоточины часто представляют как туннели в пространстве или временные переходы через Вселенную. Но это представление основано на неправильном понимании работ физиков Альберта Эйнштейна и Натана Розена.

В 1935 году, изучая поведение частиц в областях с высокой гравитацией, Эйнштейн и Розен ввели то, что они назвали "мостом": математическую связь между двумя идеально симметричными копиями пространства-времени. Он был задуман не как проход для путешествий, а как способ сохранить согласованность между гравитацией и квантовой физикой. Только позже мосты Эйнштейна–Розена стали ассоциироваться с червоточинами, несмотря на то, что они имели мало общего с первоначальной идеей.

Но в новом исследовании, опубликованном в журнале Classical and Quantum Gravity, мы с коллегами показываем, что первоначальный мост Эйнштейна–Розена указывает на нечто гораздо более странное — и фундаментальное — чем червоточина.

Загадка, которую решали Эйнштейн и Розен, была связана не с космическими путешествиями, а с тем, как квантовые поля ведут себя в искривленном пространстве-времени. В такой интерпретации мост Эйнштейна–Розена действует как зеркало в пространстве-времени: соединение между двумя микроскопическими стрелками времени.

Квантовая механика управляет природой в мельчайших масштабах, таких как частицы, в то время как общая теория относительности Эйнштейна применима к гравитации и пространству-времени. Согласование этих двух явлений остается одной из самых сложных задач физики. И, что интересно, наше переосмысление может предложить путь к достижению этой цели.

Наследие, которое неправильно понимают

Интерпретация "червоточины" появилась спустя десятилетия после работ Эйнштейна и Розена, когда физики размышляли о переходе из одной части пространства-времени в другую, особенно заметно это проявилось в исследованиях конца 1980-х годов.

Но тот же анализ также показал, насколько спекулятивной была идея: в рамках общей теории относительности такое путешествие запрещено. Мост разрушается быстрее, чем свет может пересечь его, что делает его непроходимым. Мосты Эйнштейна–Розена, таким образом, нестабильны и ненаблюдаемы — это математические структуры, а не порталы.

Тем не менее, метафора червоточины процветала в популярной культуре и спекулятивной теоретической физике. Идея о том, что черные дыры могут соединять отдаленные области космоса или даже действовать как машины времени, вдохновила бесчисленное множество статей, книг и фильмов.

Однако нет ни наблюдательных свидетельств существования макроскопических червоточин, ни каких-либо убедительных теоретических оснований ожидать их появления в рамках теории Эйнштейна. Хотя для обоснования таких структур были предложены гипотетические расширения физики, такие как экзотические формы материи или модификации общей теории относительности, они остаются непроверенными и в высшей степени гипотетическими.

Две стрелы времени

В нашей недавней работе мы вновь рассматриваем головоломку "Мост Эйнштейна–Розена", используя современную квантовую интерпретацию времени, основанную на идеях, разработанных Шраваном Кумаром и Жуаном Марто.

Большинство фундаментальных законов физики не проводят различия между прошлым и будущим, между левым и правым. Если время или пространство в их уравнениях повернуть вспять, законы остаются в силе. Серьезное отношение к этим симметриям приводит к иной интерпретации моста Эйнштейна–Розена.

Это скорее не туннель в пространстве, а два взаимодополняющих компонента квантового состояния. В одном случае время течет вперед, в другом - назад от своего зеркального отражения.

Эта симметрия не является философским предпочтением. Если исключить бесконечности, квантовая эволюция должна оставаться полной и обратимой на микроскопическом уровне — даже при наличии силы тяжести.

"Мост" выражает тот факт, что для описания целостной физической системы необходимы обе составляющие времени. В обычных ситуациях физики игнорируют обратную составляющую времени, выбирая одну стрелу времени.

Но вблизи черных дыр или в расширяющихся и сжимающихся вселенных для непротиворечивого квантового описания необходимо учитывать оба направления. Именно здесь естественным образом возникают мосты Эйнштейна–Розена.

Решение информационного парадокса

На микроскопическом уровне мост позволяет информации проходить через то, что кажется нам горизонтом событий — точкой невозврата. Информация не исчезает, она продолжает развиваться, но в противоположном, зеркальном направлении во времени.

Эта концепция предлагает естественное решение знаменитого информационного парадокса черных дыр. В 1974 году Стивен Хокинг показал, что черные дыры излучают тепло и в конечном итоге могут испаряться, стирая, по—видимому, всю информацию о том, что в них попало, что противоречит квантовому принципу, согласно которому эволюция должна сохранять информацию.

Парадокс возникает только в том случае, если мы настаиваем на описании горизонтов с использованием единственной, односторонней стрелки времени, экстраполированной на бесконечность, - допущения, которого сама квантовая механика не требует.

Если полное квантовое описание включает оба направления времени, то на самом деле ничего не теряется. Информация покидает наше направление во времени и возвращается в обратном направлении. При этом сохраняется полнота и причинно-следственная связь без привлечения новой экзотической физики.

Эти идеи трудно усвоить, потому что мы - макроскопические существа, для которых время течет только в одном направлении. В повседневных масштабах беспорядок, или энтропия, имеет тенденцию к увеличению. Упорядоченное состояние естественным образом превращается в беспорядочное, и никогда наоборот. Это дает нам представление о стреле времени.

Но квантовая механика допускает более тонкое поведение. Интересно, что доказательства существования этой скрытой структуры, возможно, уже существуют. Космический микроволновый фон — остаточное излучение Большого взрыва — демонстрирует небольшую, но устойчивую асимметрию: предпочтение одной пространственной ориентации перед ее зеркальным отображением.

Эта аномалия озадачивала космологов в течение двух десятилетий. Стандартные модели приписывают ей крайне низкую вероятность — если только не учитывать зеркальные квантовые компоненты.

Отголоски предыдущей вселенной?

Эта картина естественным образом указывает на более глубокую возможность. То, что мы называем "Большим взрывом", возможно, было не абсолютным началом, а скачком — квантовым переходом между двумя фазами космической эволюции, обращенными вспять во времени.

В таком сценарии черные дыры могли бы служить мостами не только между направлениями времени, но и между различными космологическими эпохами. Наша вселенная может быть внутренней частью черной дыры, образовавшейся в другом, родительском космосе. Это могло образоваться, когда замкнутая область пространства-времени сжалась, отскочила назад и начала расширяться, как Вселенная, которую мы наблюдаем сегодня.

Если эта картина верна, то это также дает наблюдателям возможность принять решение. Реликты, оставшиеся от фазы, предшествовавшей отскоку, такие как черные дыры меньшего размера, могут пережить переход и вновь появиться в нашей расширяющейся Вселенной. Часть невидимой материи, которую мы относим к темной материи, на самом деле может состоять из таких реликтов.

С этой точки зрения, Большой взрыв произошел в результате предшествующего сжатия. Червоточины не нужны: мост является временным, а не пространственным, и Большой взрыв становится воротами, а не началом.

Это переосмысление мостов Эйнштейна–Розена не предлагает ни коротких путей через галактики, ни путешествий во времени, ни научно-фантастических червоточин или гиперпространства. То, что оно предлагает, гораздо глубже. Это дает последовательную квантовую картину гравитации, в которой пространство—время воплощает баланс между противоположными направлениями времени - и где наша Вселенная, возможно, имела историю до Большого взрыва.

Это не отменяет теорию относительности Эйнштейна или квантовую физику — это дополняет их. Следующая революция в физике, возможно, не приведет нас к ускорению скорости света, но она может показать, что время в глубине микроскопического мира и в изменчивой Вселенной течет в обоих направлениях.

Источник