Кротовые норы в космосе: возможен ли путь как в «Интерстелларе»

Что называют кротовой норой

Кротовая нора и червоточина — два русских названия одного гипотетического объекта. Его геометрия связывает области пространства-времени через горловину. Два входа могут быть далеко друг от друга при движении обычным внешним маршрутом, но соединяться более коротким внутренним путём.

Общая теория относительности связывает геометрию с распределением энергии, импульса и давления. Можно сначала задать форму горловины, а затем вычислить, какие свойства должны быть у поддерживающего её вещества. Другой путь — выбрать поля и вещество и проверить, возникает ли нужное решение. Успешный расчёт показывает согласованность предпосылок и уравнений. Для космического объекта ещё требуется физический способ появления и существования.

Почему её рисуют как согнутый лист

На популярной картинке две точки лежат на листе бумаги. Лист складывают, и между точками появляется перемычка. Такая схема позволяет сравнить длину двух путей. Она показывает двумерное сечение пространства, которое для наглядности нарисовано в дополнительном измерении. Из этого рисунка нельзя заключить, что рядом с Землёй существует наружное пространство, в которое достаточно вылететь.

В трёх пространственных измерениях вход сферически симметричной модели имеет форму сферы. То, что увидит камера, зависит от путей света возле горловины и сквозь неё. Лучи могут приносить искажённые, повторяющиеся изображения окружающего неба и другой стороны. Поэтому внешний вид удобнее рассчитывать, прослеживая лучи назад от камеры, чем угадывать по рисунку трубы.

Чем червоточина отличается от чёрной дыры

Для чёрной дыры определяющая граница — горизонт событий. Изнутри него свет не может достичь далёкого внешнего наблюдателя. У проходимой червоточины маршрут должен позволять сигналу или путешественнику пройти горловину и выйти с другой стороны. В классических простых моделях для этого требуется отсутствие горизонта на пути. Два компактных объекта могут похожим образом искажать свет, сохраняя совершенно разную внутреннюю геометрию.

Мост Эйнштейна — Розена связан с геометрией невращающейся чёрной дыры. В его идеализированном описании есть две внешние области, но между ними нет проходимого маршрута для светового сигнала или корабля. Удобный переход требует иной геометрии.

Что требуется для безопасного прохода

В модели проходимость означает, что путешественник способен добраться от одного входа до другого за конечное время. Для пилотируемого полёта к этому добавляются размер горловины, допустимое ускорение и приливные силы. Последние возникают, когда гравитационное воздействие заметно различается между головой и ногами человека или разными частями корабля. Даже широкий вход ничего не говорит об этих условиях без расчёта всего маршрута.

Нужно также проверить, как горловина отреагирует на возмущения. Попавшее вещество, излучение и изменение поддерживающих полей могут менять геометрию. Статическое решение описывает состояние, но его устойчивость — отдельная задача.

Зачем в расчётах нужна экзотическая энергия

Удерживать классическую горловину открытой трудно из-за того, как гравитация влияет на сходящиеся световые лучи. В моделях Морриса — Торна необходимы необычные соотношения плотности энергии и радиального натяжения. Они нарушают энергетические условия, которым подчиняются привычные классические формы вещества. Термин «экзотическая материя» в таком контексте обозначает эти свойства в уравнениях, а способ получить подходящий источник ещё требуется обосновать.

Квантовые поля допускают ситуации с отрицательной плотностью энергии относительно выбранного вакуумного состояния. Но её величина, длительность и пространственное распределение связаны ограничениями. Форд и Роман применили такие ограничения к статическим червоточинам и получили серьёзные трудности для макроскопических горловин. Результат зависит от рассматриваемого поля и применимости приближения. Нельзя произвольно взять нужное количество отрицательной энергии и подставить его в проект.

Есть ли модели с известными квантовыми полями

В работе Малдасены, Милехина и Попова описана проходимая червоточина в четырёх измерениях с электромагнитным полем и заряженными безмассовыми фермионами. Квантовый вклад этих частиц даёт отрицательную энергию казимировского типа, которая поддерживает решение. Это пример того, как конкретная физическая модель уточняет общее слово «экзотическая». Он позволяет обсуждать источник энергии и геометрию совместно.

Описанная червоточина длинная и сохраняет причинность во внешнем пространстве. Проходимость сама по себе не гарантирует выигрыша во времени относительно внешнего маршрута. Для каждой конструкции нужно сравнивать длины и времена, проверять допустимый размер и устойчивость.

Что рассчитали в новой работе октября 2026 года

26 октября в The European Physical Journal C вышла работа Чжао и соавторов о тестовой частице возле симметричной горловины. Геометрия заранее задана, а частицу удерживает внешний потенциал, похожий по форме на потенциал пружины. Авторы исследовали движение на одной стороне червоточины. При определённых энергиях хаотические траектории сосуществовали с упорядоченными. Под хаосом здесь понимается быстрое расхождение первоначально близких траекторий.

Сравнение с расчётами у чёрных дыр выявило различия внутри выбранной постановки. Авторы предлагают развивать их как возможный диагностический признак. Однако работа ещё не вычисляет наблюдаемое телескопом изображение и не проверяет пролёт через горловину. Для этого потребуются следующие модели. Экспериментальных данных в публикации нет.

Почему червоточина в «Интерстелларе» выглядит сферой

Для фильма команда визуальных эффектов вместе с Кипом Торном рассчитывала пути света в выбранной геометрии. Поэтому изображение показывает искривлённый вид другой области неба внутри сферического входа и линзирование вокруг него. Авторы затем описали этот метод в научной статье, где можно менять длину горловины и силу искажения изображения. Кинематографическая форма опирается на расчёт лучей. Вопрос о веществе, которое удерживало бы такой проход, остаётся самостоятельной физической задачей.

Что происходило на квантовом компьютере

В 2022 году группа Джаффериса и соавторов выполнила протокол передачи квантовой информации на процессоре Sycamore. Для специально выбранной малой квантовой системы авторы использовали описание, связанное с динамикой проходимой червоточины. Caltech прямо уточнил, что разрыва в реальном пространстве-времени эксперимент не создал. Информация проходила между частями квантовой системы в лаборатории.

Насколько полно малая модель воспроизводит нужную гравитационную динамику, стало предметом отдельного спора. Кобрин, Шустер и Яо в 2023 году указали на ограничения её поведения и зависимости результата от обучения модели. Этот эпизод показывает, почему выражение «динамика червоточины» нужно читать вместе с описанием измеренной системы. Квантовый протокол проверяет определённые свойства модели и требует собственной проверки интерпретации.

Какие признаки можно искать на небе

Один путь — гравитационное линзирование. Проходя возле компактного объекта, свет фоновой звезды меняет направление, а её видимая яркость — характерную зависимость от времени. В расчёте Абэ для модели Эллиса кривая блеска отличается от кривой для обычной точечной массы. Сравнение таких предсказаний с обзорами звёзд Млечного Пути позволяет проверять конкретные размеры горловин и распространённость объектов. Итог зависит от выбранной геометрии и числа предполагаемых червоточин.

Результат такой проверки может ограничить один класс моделей, не охватывая все математически допустимые варианты. Для положительного заключения потребуется показать, что наблюдаемую картину лучше объясняет определённая червоточина, чем обычная линза, несколько источников света или особенности измерений. Пока подтверждённого объекта с таким набором доказательств нет.

Что могут добавить гравитационные волны

Другой способ проверять внутреннюю геометрию — гравитационные волны от компактных объектов. Расчёты Кардозу, Францина и Пани показали, что ранний затухающий сигнал может оказаться похожим у чёрной дыры и очень компактного объекта с иной внутренней структурой. Различия могут проявляться позднее, в том числе в виде дополнительных отложенных откликов. Чтобы интерпретировать такой отклик, нужно проверить шум, исходную модель и другие объяснения сигнала. Само похожее затухание ещё не определяет устройство горловины.

Позволила бы червоточина путешествовать во времени

В условной конструкции с двумя проходимыми входами часы у них можно рассинхронизировать, например разным движением. Сочетание пути внутри горловины с внешним маршрутом тогда способно создать замкнутую временную траекторию. Это возвращает исследование к причинности и к вопросу, допускают ли физические законы создание и сохранение такой конфигурации. Возможность описать её уравнениями не устанавливает, переживёт ли она квантовые эффекты и возмущения.

Короткий пространственный маршрут и путь в прошлое требуют разного набора условий. Поэтому у каждой новой работы стоит смотреть, что она вычисляет: форму горловины, источник энергии, устойчивость, движение частиц или наблюдаемый свет. Научный результат относится к этому конкретному шагу, а существование подходящего прохода в космосе остаётся открытым вопросом.