Особлива відносність. Це було дослідником космічних дослідників, футуристів та авторів наукової фантастики з тих пір, як Альберт Ейнштейн вперше запропонував це в 1905 році. Для тих із нас, хто мріє, щоб люди одного дня стали міжзоряним видом, цей науковий факт схожий на мокру ковдру. На щастя, було запропоновано кілька теоретичних концепцій, які вказують на те, що подорож швидше, ніж світло (FTL) все-таки може бути можливим.
Популярний приклад - ідея про червоточину: умоглядна структура, яка пов'язує дві віддалені точки в просторі часу, які б давали можливість міжзоряним космічним подорожам. Нещодавно команда вчених «Ліги плюща» провела дослідження, яке показало, як «прохідні черв’якові канавки» можуть бути реальністю. Погана новина полягає в тому, що їх результати свідчать про те, що ці червоточини - це не зовсім ярлики, і вони можуть бути космічним еквівалентом "пройти довгий шлях"!
Спочатку теорія червоточин пропонувалася як можливе рішення польових рівнянь теорії загальної відносності Ейнштейна (ГР). Незабаром після того, як Ейнштейн опублікував цю теорію в 1915 році, німецькі фізики Карл Шварцшильд знайшли можливе рішення, яке передбачало б не лише чорні діри, а й коридори, що їх з'єднували.
На жаль, Шварцшильд виявив, що будь-яка червоточина, що з'єднує дві чорні діри, завалиться занадто швидко, щоб щось перетнулося з одного кінця на інший. Єдиний спосіб їх переходу був би, якби їх стабілізували існування екзотичної речовини з негативною щільністю енергії. Даніель Джефферс, доцент Томас Д. Кабот з Гарвардського університету, мав інший досвід.
Як він описав свій аналіз під час квітневої зустрічі Американського фізичного товариства у Денвері, штат Колорадо, у 2019 році:
«Перспектива змінних конфігурацій червоточини давно є джерелом захоплення. Я опишу перші приклади, які узгоджуються в УФ-повній теорії сили тяжіння, в якій немає ніякої екзотики. Конфігурація передбачає прямий зв'язок між двома кінцями червотокової канавки. Я також обговорюю її наслідки для квантової інформації в силі тяжіння, парадокс інформації про чорну діру та її відношення до квантової телепортації ».
Для цього дослідження Джафферіс вивчив роботу, виконану Ейнштейном та Натаном Розеном у 1935 році. Прагнучи розширити роботу Шваршшильда та інших вчених, які шукають рішення GR, вони запропонували можливе існування "мостів" між двома віддаленими точками в космічний час (відомий як "мости Ейнштейна - Розен" або "червоточини"), який теоретично міг би дозволяти матерії та предметам проходити між ними.
До 2013 року цю теорію використовували фізики-теоретики Леонард Сускінд і Хуан Мальдасена як можливе рішення для ГР та «квантового сплутування». Ця теорія, відома як гіпотеза ER = EPR, припускає, що глибокі отвори є тим, чому стан елементарних частинок може заплутатися в стані партнера, навіть якщо вони розділені мільярдами світлових років.
Саме звідси Джафферіс розробив свою теорію, постулюючи, що глибокі отвори справді можуть пройти легкі частинки (ака. Фотони). Щоб перевірити це, Джафферіс провів аналіз за допомогою Пінг Гао та Арона Уолла (аспірант Гарвардського університету та науковий співробітник університету Стенфордського університету відповідно).
Вони виявили, що, хоча теоретично можливо, ялиневе світло перемістити червоточину, вони не є саме космічним ярликом, на який ми всі сподівалися. Як пояснив Джеффіріс в прес-заяві AIP, "для проходження цих червоточин потрібно довше, ніж безпосередньо, тому вони не дуже корисні для космічних подорожей".
В основному результати їх аналізу показали, що прямий зв'язок між чорними дірами коротший, ніж у з'єднання з червоточиною. Хоча це, звичайно, звучить як погана новина для людей, які хвилюються перспективою міжзоряного (і міжгалактичного) подорожі одного дня, хороша новина полягає в тому, що ця теорія дає деяке нове розуміння царини квантової механіки.
"Справжній імпорт цієї роботи пов'язаний з проблемою інформації про чорну діру та зв'язком між гравітацією та квантовою механікою", - сказав Джаферіс. "Проблема", яку він називає, відома як парадокс "Чорної діри" - те, з чим боролися астрофізики з 1975 року, коли Стівен Хокінг виявив, що чорні діри мають температуру і повільно протікають випромінювання (ака. Випромінювання Хокінга).
Цей парадокс стосується того, як чорні діри здатні зберігати будь-яку інформацію, що потрапляє в них. Незважаючи на те, що будь-яка речовина, що потрапляє на їх поверхню, стискається до точки сингулярності, квантове стан речовини під час її стиснення зберігається завдяки розширенню часу (воно з часом застигає).
Але якщо чорні діри втрачають масу у вигляді випромінювання і з часом випаровуються, ця інформація з часом буде втрачена. Розвиваючи теорію, завдяки якій світло може подорожувати через чорну діру, це дослідження могло б стати засобом вирішення цього парадоксу. Замість випромінювання з чорних дір, що представляє собою втрату масової енергії, можливо, радіація Хокінга насправді надходить з іншого регіону космічного часу.
Це також може допомогти вченим, які намагаються розробити теорію, що поєднує гравітацію з квантовою механікою (також квантова гравітація або «теорія всього»). Це пов’язано з тим, що Джафферіс використовував інструменти квантової теорії поля, щоб постулювати існування прохідних чорних дір, тим самим усуваючи потребу в екзотичних частинках і негативній масі (які здаються невідповідними квантовій гравітації). Як пояснив Джеффіріс:
"Він дає причинно-наслідковий зон регіонів, які в іншому випадку опинилися б за горизонтом, вікно для досвіду спостерігача всередині простору, доступного ззовні. Я думаю, що це навчить нас глибоким речам про відповідність вимірювання / гравітації, квантову гравітацію і навіть, можливо, новий спосіб сформувати квантову механіку ».
Як завжди, прориви в теоретичній фізиці можуть бути двогранним мечем, даючи однією рукою і забираючи другою. Тож, хоча це дослідження, можливо, кинуло більше холодної води на мрію про подорожі FTL, це може дуже допомогти нам розкрити деякі глибші таємниці Всесвіту. Хто знає? Можливо, деякі з цих знань дозволять нам знайти шлях до цього каменя спотикання, відомого як Особлива відносність!
