Физики смоделировали столкновение двух кротовых нор Эллиса — Бронникова

Кротовые норы — гипотетические туннели в пространстве-времени. В компьютерной модели двух таких объектов площадь общего горизонта в одном случае сократилась примерно на 28%.

Физик Никита Широков из Московского физико-технического института и инженер машинного обучения Илья Начевский из Высшей школы экономики впервые подробно смоделировали в трёх измерениях столкновение двух кротовых нор Эллиса — Бронникова. Модели показали несколько необычных сценариев: норы могут отталкиваться, разлетаться после сближения или оказаться внутри формирующейся чёрной дыры.

Кротовые норы обычно связывают с научной фантастикой, где они позволяют мгновенно перемещаться между далёкими областями космоса. Сама идея возникла из физической теории. По общей теории относительности Эйнштейна гравитация искривляет пространство-время, и математически возможна конфигурация, при которой две удалённые области соединяются туннелем. Существуют ли такие объекты в реальной Вселенной, пока неизвестно.

Мост Эйнштейна — Розена нельзя использовать для перемещения. Проходимые модели, включая кротовые норы Эллиса — Бронникова, существуют. В них туннель удерживается открытым гипотетическим фантомным скалярным полем с отрицательной энергией, которое препятствует схлопыванию горловины. Но проходимость не означает устойчивость: небольшое возмущение может схлопнуть горловину с образованием чёрной дыры или вызвать неконтролируемое расширение, которое называют инфляцией.

Исследователи меняли начальное расстояние между норами, траектории их движения и свойства фантомных полей. В одних моделях норы сближались, взаимодействовали и разлетались, а горловины резко расширялись. В других объекты двигались навстречу друг другу, и вместо объединения вокруг них возникал общий видимый горизонт, напоминающий горизонт событий чёрной дыры. Внутри него формировалась чёрная дыра.

Затем горизонт начинал уменьшаться: фантомное поле попадало в схлопывающуюся область, и площадь горизонта сокращалась. В одной из моделей она уменьшилась примерно на 28%. Это поведение резко отличается от привычных представлений о чёрных дырах.

Это расходится с теоремой Стивена Хокинга 1971 года, по которой при определённых условиях площадь горизонта событий чёрной дыры не может уменьшаться. Однако, по словам авторов, прямого противоречия нет: в моделировании рассматривался видимый горизонт, а не горизонт событий, и фантомное поле не удовлетворяет предпосылкам теоремы.

Главная практическая ценность работы — возможность заметить такие события по гравитационным волнам. Учёные уже зарегистрировали более сотни гравитационно-волновых событий, большинство из которых связывают со столкновениями чёрных дыр. При сближении двух массивных чёрных дыр сигнал постепенно усиливается по частоте и интенсивности, и его называют «чирпом». Встречи кротовых нор в модели давали короткие и резкие всплески. Их форма зависела от траекторий: одни возникали при сближении, другие — при пролёте на небольшом расстоянии. Некоторые мощные всплески появлялись даже без общего видимого горизонта.

Отсутствие «чирпа» само по себе не доказывает участие кротовых нор: короткие всплески способны давать и чёрные дыры. Сигнал GW190521, зарегистрированный в 2019 году, исследовали в том числе как возможное проявление экзотических процессов. Новое моделирование с ним не связано, и говорить, что его породили кротовые норы, нет оснований.

Есть и серьёзная проблема. Если кротовые норы возникли в ранней Вселенной, их гравитационные волны должны были сильно растянуться, и частоты оказались бы ниже диапазона ЛИГО и планируемой космической обсерватории ЛИЗА. Чтобы сигналы можно было зарегистрировать, норы должны были сформироваться позже, но механизма такого появления физики пока не знают. Результаты не доказывают существование кротовых нор и не означают, что их столкновения уже наблюдали: работа показывает возможное поведение математической модели. Исследование пока не прошло независимое рецензирование и доступно на сервере предварительных публикаций arXiv.

Поиск