Кротовина

Схематичное изображение «внутримировой» кротовой норы для двумерного пространства

Кротовая нора, также «кротовина» или «червоточина» (последнее является дословным переводом англ. wormhole) — гипотетическая топологическая особенность пространства-времени, представляющая собой в каждый момент времени «туннель» в пространстве. Область вблизи самого узкого участка кротовины называется «горловиной».

Кротовые норы делятся на «внутри-мировые» (англ. intra-universe) и «меж-мировые» (англ. inter-universe) в зависимости от того, можно ли соединить её входы кривой, не пересекающей горловину (на рисунке изображена внутри-мировая кротовая нора).

Различают также проходимые (англ. traversable) и непроходимые кротовины. К последним относятся те туннели, которые коллапсируют слишком быстро для того, чтобы наблюдатель или сигнал (имеющие скорость не выше световой) успели добраться от одного входа до другого. Классический пример непроходимой кротовины — пространство Шварцшильда, а проходимой — кротовины Морриса-Торна.

Общая теория относительности (далее — ОТО) не опровергает существование таких туннелей (хотя и не подтверждает). Для существования проходимой кротовой норы необходимо, чтобы она была заполнена экзотической материей, создающей сильное гравитационное отталкивание и препятствующей схлопыванию норы. Решения типа кротовых нор возникают в различных вариантах квантовой гравитации, хотя до полного исследования вопроса ещё очень далеко.

Проходимая внутри-мировая кротовая нора даёт гипотетическую возможность путешествий во времени, если, например, один из её входов движется относительно другого, или если он находится в сильном гравитационном поле, где течение времени замедляется.

Ненаучное использование термина

Кротовины нередко встречаются в научной фантастике, где они создают возможность межзвёздных путешествий (а иногда и путешествий между вселенными) за приемлемое для человека время.

Часто создатели вымышленных вселенных решают, что путешествие со сверхсветовой скоростью невозможно или что необходимая для этого технология ещё не существует, и тогда кротовины используются в качестве способа, позволяющего людям путешествовать на большие расстояния за короткие промежутки времени. В фантастике часто используется «прыжковый двигатель» для передвижения космических кораблей между двумя фиксированными «точками прыжка», соединяющими звездные системы. Объединение систем в подобную сеть приводит к образованию фиксированной «поверхности» с узловыми точками, которые могут быть полезны для планирования военных кампаний. Точки Алдерсона, которые Ларри Нивен и Джерри Пурнелл использовали в романе «Соринка в глазу бога» (англ. The Mote in God's Eye) и связанных произведениях тоже являются примером кротовины, однако механизм их работы не похож на настоящие кротовины. Дэвид Вебер также использовал подобное устройство в Honorverse и других книгах, например, основанных на вселенной настольной стратегической игры Starfire. Образовавшиеся естественным путём червоточины являются основой для межзвездных путешествий в «Саге о Форкосиганах» Лоис Буджолд.

В научно-фантастических мирах, в которых путешествия со сверхсветовой скоростью возможны, однако ограничены, кротовины также играют важную роль, допуская соединения между регионами, которые иначе были бы недоступны, в течение приемлемого для путешествий срока времени. Несколько примеров появляются в сериалах «Звёздный путь», включая червоточину баджорцев в сериале «Глубокий космос 9».

В романе Карла Сагана «Контакт» и снятом по нему фильме 1997 года с участием Джоди Фостер и Мэттью Макконехи героиня Джоди — Элли — путешествует за тысячи световых лет через несколько кротовин. За время путешествия, которое для Элли длилось 18 часов, на Земле прошла всего доля секунды, что создало впечатление, что она никуда не летала. В свою защиту, Элли ссылается на мост Эйнштейна-Розена и на то, что она перемещалась быстрее света и времени. Анализ ситуации, проведенный Кипом Торном по запросу Сагана, называется Торном исходным толчком для его исследований физики кротовин.

Кротовины играют основную роль в телесериале «На краю Вселенной», где они являются причиной появления Джона Крайтона в иной вселенной, и в сериале «Звёздные врата», где Звёздные врата описаны как генератор червоточины, в которой объекты превращаются в энергию, в форме электромагнитных волн передающуюся через пространство для реконструкции на приёмной стороне. В фантастическом сериале «Скользящие» кротовина (или вихрь, как он обычно называется в сериале) используется для путешествия между параллельными мирами, появляясь один или два раза в каждом эпизоде. В пилотном эпизоде он назывался «мост Эйнштейна — Розена — Подольского».

В игровой вымышленной Вселенной Warhammer 40000 описаны два способа путешествий на большие расстояния за приемлемое для смертного время — первый основан на использовании варп-двигателя и связан с опасностями, подстерегающими путешественника, перемещающегося за счёт погружения в мир демонов, второй основан на использовании уже созданной системы туннелей, пронизывающей галактику, однако технология изготовления врат для прохождения в этот лабиринт давно утеряна.

Прочее

• «Кротовые норы» (англ. Wormholes — Essays and Occasional Writings, 1998) — книга эссе известного английского писателя Джона Фаулза.
• Кротовины используются для создания Межзвездного Содружества в «Саге о Содружестве» Питера Ф. Гамильтона.
• Также кротовины появляются и в сериале «Школа черная дыра».
• В романах «Череп на рукаве» и «Череп в небесах» (фантаст Ник Перумов), естественные «Кротовые норы» присутствовали, однако не были изучены людьми.
• В последних четырех эпизодах Футурамы (Into the Wild Green Yonder 2009) кротовины (wormhole) активно используются не только для перемещений главных героев, но и в качестве элементов гигантской трассы вселенского миниатюрного гольфа.

Литература

• DeBenedictis, Andrew and Das, A. On a General Class of Wormhole Geometries. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Dzhunushaliev, Vladimir Strings in the Einstein's paradigm of matter. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Einstein, Albert and Rosen, Nathan. The Particle Problem in the General Theory of Relativity. Physical Review 48, 73 (1935).
• Fuller, Robert W. and Wheeler, John A.. Causality and Multiply-Connected Space-Time. Physical Review 128, 919 (1962).
• Garattini, Remo How Spacetime Foam modifies the brick wall. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• González-Díaz, Pedro F. Quantum time machine. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• González-Díaz, Pedro F. Ringholes and closed timelike curves. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Khatsymosky, Vladimir M. Towards possibility of self-maintained vacuum traversable wormhole. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Krasnikov, Serguei Counter example to a quantum inequality. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Krasnikov, Serguei The quantum inequalities do not forbid spacetime shortcuts. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Li, Li-Xin Two Open Universes Connected by a Wormhole: Exact Solutions. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Morris, Michael S., Thorne, Kip S., and Yurtsever, Ulvi. Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition. Physical Review Letters 61, 1446—1449 (1988).
• Morris, Michael S. and Thorne, Kip S.. Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity. American Journal of Physics 56, 395—412 (1988).
• Nandi, Kamal K. and Zhang, Yuan-Zhong A Quantum Constraint for the Physical Viability of Classical Traversable Lorentzian Wormholes. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Ori, Amos A new time-machine model with compact vacuum core. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Roman, Thomas, A. Some Thoughts on Energy Conditions and Wormholes. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Teo, Edward Rotating traversable wormholes. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Visser, Matt The quantum physics of chronology protection by Matt Visser.. arXiv eprint server. Проверено 12 августа 2005.
• Visser, Matt. Traversable wormholes: Some simple examples. Physical Review D 39, 3182-3184 (1989).