Червоточины — это не порталы: мост Эйнштейна-Розена связывает не пространство, а две стрелы времени
В журнале Classical and Quantum Gravity опубликована работа, предлагающая пересмотр фундаментальных принципов взаимодействия квантовой механики и гравитации. Группа физиков утверждает, что решение проблемы потери информации в черных дырах и объяснение аномалий реликтового излучения кроется не в поиске экзотических частиц, а в корректном учете дискретных симметрий пространства-времени. В центре теории — возвращение к исходной идее мостов Эйнштейна — Розена 1935 года и отказ от привычной линейности времени.
Стандартная формулировка квантовой теории опирается на пространство Минковского, где время рассматривается как глобальный параметр с фиксированным направлением ( t: − ∞ → + ∞ ). Однако в искривленном пространстве-времени наличие горизонта событий нарушает эту структуру. Согласно классическим работам Хокинга, это приводит к тому, что чистое квантовое состояние эволюционирует в смешанное (тепловое), что означает безвозвратную потерю информации и нарушение принципа унитарности — основы квантовой механики.
Авторы нового исследования — Энрике Гастаньяга, К. Сраван Кумар и Жоао Марто — предлагают разрешить этот конфликт через теорию DQFT (Direct-Sum Quantum Field Theory). Они показывают, что восстановление унитарности возможно, если рассматривать пространство-время не как единый континуум, а как структуру, состоящую из сопряженных секторов, связанных дискретными симметриями.
Фундаментальный конфликт: где исчезает информация
Проблема, которую физики безуспешно штурмуют с 1970-х годов — это «Информационный парадокс черных дыр».
В квантовой механике действует принцип унитарности. Он гласит, что квантовая информация неуничтожима: зная текущее состояние системы, мы всегда можем математически восстановить ее прошлое. Эволюция системы предсказуема и обратима.
Однако Общая теория относительности предсказывает существование горизонтов событий — границ, из-за которых не может вырваться даже свет. Стивен Хокинг в 1974 году показал, что черные дыры не полностью черные: они излучают энергию и постепенно испаряются. Проблема в том, что это излучение (согласно стандартным расчетам) хаотично и не несет информации о том, что попало внутрь дыры. Когда дыра исчезает, исчезает и информация. Процесс становится необратимым. Унитарность нарушается.
Для физиков это катастрофа. Нарушение унитарности означает, что фундамент квантовой теории неверен. Десятилетиями ученые пытались спасти ситуацию, придумывая сложные механизмы вроде «голографического принципа» или «файерволов», но все эти решения требовали введения экзотической физики.
Решение: две стрелы времени
Авторы новой работы утверждают: ошибка закралась в то, как мы применяем квантовую теорию к искривленному пространству.
Традиционная квантовая теория поля строится на плоском пространстве, где время течет строго в одном направлении — от прошлого к будущему. Это позволяет определить состояние с положительной энергией. Но вблизи горизонта событий (у черной дыры или в расширяющейся Вселенной) пространство искривляется настолько сильно, что понятие глобального времени теряет смысл.
Исследователи предлагают отказаться от жесткой фиксации одной стрелы времени. Они вводят концепцию, основанную на дискретных симметриях пространства-времени: четности (P) и обращении времени (T).
Согласно их теории DQFT, физическая реальность на квантовом уровне расщепляется на два компонента. Это не параллельные вселенные в научно-фантастическом смысле, а два математических сектора одного и того же физического мира. В одном секторе время течет вперед, в другом (сопряженном по четности) — формально назад.
На горизонте событий эти два сектора «сшиваются». Для внешнего наблюдателя, который видит только одну сторону горизонта, процесс кажется потерей информации. Но если учитывать полную систему (прямую сумму двух секторов), информация сохраняется. То, что исчезает в одном временном потоке, компенсируется состоянием в другом. Унитарность восстанавливается естественным образом, без необходимости придумывать новую физику на планковских масштабах.
Возвращение к мосту Эйнштейна — Розена
Именно здесь на сцену возвращается концепция 1935 года. Эйнштейн и Розен пытались описать элементарные частицы как чисто геометрические объекты — мосты, соединяющие два листа пространства. В популярной культуре это превратилось в «кротовые норы» для путешествий между звездами.
Новая работа переосмысливает этот «мост». Это не физический туннель, через который можно пролететь. Это математическая связь между двумя сопряженными областями пространства-времени.
Авторы показывают, что вблизи гравитационных горизонтов поведение квантовых полей подчиняется динамике так называемого инвертированного гармонического осциллятора. В отличие от обычного маятника, который колеблется вокруг точки покоя, инвертированный осциллятор неустойчив — он стремится уйти от равновесия. Именно эта математическая структура требует наличия четырех областей фазового пространства, связанных симметрией. Мост Эйнштейна — Розена в этой интерпретации становится инструментом, который связывает эти области, обеспечивая целостность физической картины мира.
Доказательства: аномалии в реликтовом излучении
Теоретическая красота ничего не стоит без экспериментального подтверждения. Поэтому исследователи проверили свою теорию на данных реальных наблюдений.
Ученые обратились к реликтовому излучению — тепловому следу Большого взрыва. Стандартная инфляционная модель (описывающая сверхбыстрое расширение ранней Вселенной) предсказывает, что Вселенная должна быть статистически одинаковой во всех направлениях. Флуктуации температуры на карте неба должны быть случайными.
Однако данные спутника Planck (наиболее точная карта ранней Вселенной на сегодня) содержат странные аномалии, которые космологи называют «осями зла» (Axis of Evil) или просто игнорируют как статистический шум. Главная из них — нарушение четности.
Если разложить карту температур реликтового излучения на сферические гармоники (мультиполи), выясняется странная закономерность: нечетные гармоники имеют заметно большую мощность (амплитуду), чем четные. Стандартная физика не может объяснить этот дисбаланс. Вероятность того, что это случайное совпадение, ничтожно мала.
Теория DQFT, напротив, предсказывает этот эффект как неизбежное следствие. Поскольку ранняя Вселенная расширялась экспоненциально, у нее был горизонт событий (горизонт де Ситтера). Следовательно, к ней применимы те же принципы двойной стрелы времени и PT-симметрии.
Авторы провели байесовский анализ (статистический метод оценки вероятности гипотез) и сравнили свою модель со стандартной инфляционной моделью. Результат показателен: модель DQFT описывает наблюдаемые крупномасштабные аномалии в 650 раз лучше, чем общепринятая теория. То, что считалось загадочной ошибкой данных, оказывается отпечатком квантовой природы гравитации на самом большом из возможных масштабов.
Что это меняет в понимании Вселенной
Если выводы Гастаньяги и его коллег верны, это означает что:
- Проблема унитарности решена. Черные дыры и космологические горизонты перестают быть «пожирателями информации». Информационный парадокс, мучивший ученых полвека, разрешается через корректный учет симметрии времени.
- Отсутствие «Мультивселенной». Многие современные теории (например, многомировая интерпретация или некоторые варианты теории струн) требуют существования бесконечного числа параллельных вселенных для объяснения квантовых вероятностей. Новая теория обходится одной Вселенной, но с более сложной внутренней структурой времени.
- Квантовая гравитация ближе, чем казалось. Возможно, для объединения гравитации и квантовой механики нам не нужны новые ускорители частиц размером с галактику. Ключ лежит в пересмотре того, как мы квантуем поля в искривленном пространстве.
Работа завершается конкретным предсказанием: асимметрия четности должна наблюдаться не только в температурных картах, но и в поляризации реликтового излучения, а также в фоне первичных гравитационных волн. Следующее поколение космических обсерваторий, таких как LiteBIRD или европейская миссия LISA, сможет подтвердить или опровергнуть эту теорию окончательно.
Источник:Classical and Quantum Gravity
