Физики выдвинули теоретическую модель, в рамках которой возможно появление двух черных дыр с отождествленными горизонтами, то есть проходимой кротовой норы. Такой туннель в пространстве-времени гипотетически может возникнуть самостоятельно, но вероятность уменьшается с увеличением горловин и расстояний между входами. Однако возможность его существования в нашей Вселенной не доказана, а путешествие через такую кротовую нору не будет быстрее, чем в обход, то есть не сможет обеспечить даже кажущееся превышение скорости света, пишут авторы в журнале Classical and Quantum Gravity.
Общая теория относительности предсказывает существование черных дыр — объектов с экстремальной гравитацией, содержащих сингулярность в центре, не позволяющую покинуть ее окрестность никаким телам. Теоретики давно выдвинули идею о возможности существования кротовых нор, также называемых червоточинами. Такие объекты могут для внешнего наблюдателя выглядеть как черные дыры, но внутри них находится не сингулярность, а топологически нетривиальное искривление пространства.
В классической физике, разделом которой является общая теория относительности, невозможно существование проходимых кротовых нор. Это следствие принципа топологической цензуры, который утверждает, что в случае справедливости изотропного условия энергодоминантности (Null energy condition, NEC) любая причинная кривая, начинающаяся и заканчивающаяся на бесконечности, может быть сведена к тривиальной.
Изотропное условие энергодоминантности утверждает, что тензор энергии-импульса («источник» гравитации в ОТО, объединяющий энергию и поток энергии и импульсов всех полей материи) удовлетворяет соотношению Tabkakb ≥ 0, где k обозначает любой светоподобный вектор. Применительно к нашей расширяющейся Вселенной NEC означает, что плотность энергии падает со временем. Долгое время считалось, что теории с нарушением NEC неминуемо содержат неприемлемые неустойчивости и не могут быть непротиворечивыми.
Тем не менее, теоретики уже продемонстрировали, что рассмотрение задачи в контексте квантовой теории поля может приводить к иным выводам. В частности, благодаря ее эффектам возможно кратковременное возникновение ситуации, которую можно эффективно описать при помощи материи с отрицательной плотностью энергии. Вещество с такими свойствами может нарушать NEC и при этом не вызывать неразрешимых теоретических проблем.
Физики-теоретики из США и Великобритании под руководством Дяньдяня Вана (Diandian Wang) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре описали возможный механизм возникновения проходимых кротовых нор, существование которых поддерживается за счет эффектов квантовой теории поля.
Теоретическую возможность существования таких объектов ученые уже рассматривали, но в новой работе излагается схема, по которой они могли бы возникнуть. Ранее считалось, что в таком процессе квантового тунеллирования появятся удаляющиеся с большой скоростью горловины, а проходимость кротовой норы становится все менее вероятной при большом расстоянии между входами. Однако Ван и коллеги показали, что возможна иная ситуация.
Авторы рассматривают разрыв космической струны, в результате которого возникает пара точечных частиц. Они показывают, что возможно существование такой фоновой метрики пространства-времени, в которой частицы появятся на конечном расстоянии и при этом будут обладать сколь угодно малыми относительными ускорениями. Согласно оценкам авторов, возникающий туннель может быть устойчив в течение долгого времени, для малых размеров вплоть до сравнимого с текущим возрастом Вселенной.
При этом необходимо отметить, что физики для простоты рассмотрели появление частиц, а не черных дыр с отождествленными горизонтами, хотя по их утверждению замена объектов не должна приводить к существенным изменениям вдали от горизонтов. Еще одним обстоятельством является то, что подходящие для возникновения кротовых нор условия удалось найти лишь в конкретных вариантах фоновой метрики, все из которых близки к антидеситтеровскому пространству, обладающему всюду отрицательной кривизной, что не соответствует окружающей нас Вселенной.