Кротовые норы — не просто порталы из фантастики. Физики используют их как тестовый полигон для самых глубоких законов Вселенной. Новый проект, поддержанный Гильдией «Рубежи науки», впервые детально смоделирует, что происходит с «заброшенной» кротовой норой, лишившейся материи, которая удерживала её открытой.
💫 Что такое кротовая нора и почему она схлопнется?
Кротовые норы — гипотетические «мосты» между удалёнными областями пространства-времени, вытекающие из уравнений Эйнштейна. Но любой такой туннель стремится мгновенно захлопнуться под действием собственного тяготения. Чтобы этого не случилось, нужна экзотическая материя с отрицательной плотностью энергии — своего рода «антигравитация». В реальной Вселенной её пока не обнаружено.
Мы ставим вопрос иначе, чем большинство предыдущих исследований, — поясняет Никита Широков, магистр физики МФТИ, независимый исследователь. — Не «как построить проходимую кротовую нору», а «что случится, если она возникла в квантовой пене на заре Вселенной, эволюционировала до макроскопических масштабов в эпоху инфляции, но сейчас осталась одна, без экзотической материи, поддерживающей ее открытой». Потеряв эту «подпорку», нора обречена. Но вот как именно она погибнет — мы и хотим выяснить.
🚀 Революция в вычислениях: почему физики переходят на GPU
Уравнения Эйнштейна не решаются «ручкой и бумагой». Для них существует отдельное направление — численная относительность. Бум ИИ привёл к стремительному развитию графических процессоров (GPU), которые идеально подходят для распараллеливания сложных математических операций. Современные GPU-кластеры сокращают время расчётов с недель и месяцев до дней.
Если раньше расчет эволюции сливающихся черных дыр на классических суперкомпьютерах с обычными CPU мог занимать долгие недели, то современные GPU-кластеры с видеокартами архитектуры уровня Н100 сокращают время вычислений на порядки. То, что раньше считалось месяцами, теперь считается днями. Это дает огромный простор для численных экспериментов, — отмечает Никита.
В проекте используется кодовая база GRTeclyn (наследница GRChombo), адаптируемая под GPU. Часть работы — научить её просчитывать экстремальную гравитацию, добавляя недостающие физические модули.
💫 Как «нарезать» пространство-время: стадия ADM
Сейчас проект на этапе программирования и первых запусков. В центре внимания — ADM-формализм (по фамилиям физиков Арновитта, Дезера и Мизнера). Вместо описания четырёхмерного пространства-времени целиком его «нарезают» на трёхмерные слои, как кадры киноплёнки.
На данном этапе мы математически задаём самый первый «кадр»: точную геометрию кротовой норы без поддерживающей материи в рамках ADM-формализма. Затем даём ей небольшое асимметричное возмущение и заставляем код просчитывать каждый следующий кадр на GPU. Так мы в динамике видим, как искривляется, рвётся или схлопывается само пространство, — рассказывает Никита.
🔭Можно ли «увидеть» гибель кротовой норы в реальности?
Да — с помощью гравитационно-волновых телескопов (LIGO, Virgo, KAGRA). Если симуляция покажет, что схлопывающаяся нора даёт уникальный паттерн сигнала, этот шаблон передадут астрономам для поиска в реальных данных. Если же сигнал неотличим от шума — это тоже важный результат: он объяснит, почему мы не наблюдаем реликтовые кротовые норы сегодня.
Проект не просто проверяет экзотическую гипотезу. Он оттачивает методы численного моделирования и суперкомпьютерные расчёты на GPU. Даже если кротовые норы останутся теоретической экзотикой, созданные инструменты помогут лучше понимать чёрные дыры, нейтронные звёзды и саму ткань пространства-времени.