Dziwnie ukształtowane tunele czasoprzestrzenne mogą działać lepiej niż sferyczne

Tunele czasoprzestrzenne lub tunele w strukturze czasoprzestrzeni są zaciekle niestabilne. Gdy tylko pojedynczy foton ześlizgnie się w dół tunelu, wormhol zamyka się błyskawicznie. 

Ale co, jeśli problem polegał na tym, że nasze wyimaginowane tunele czasoprzestrzenne nie były wystarczająco dziwne? 

Nowe badanie sugeruje, że sekret stabilnego tunelu czasoprzestrzennego polega na nadaniu im śmiesznego wyglądu. Poprzez ukształtowanie tunelu czasoprzestrzennego tak, aby nie był idealną kulą, możemy utrzymać ten tunel w stanie otwartym wystarczająco długo, aby przejść przez niego. Jedyny haczyk polega na tym, że wspomniany tunel czasoprzestrzenny musiałby być niewiarygodnie mały.

W dół włazu

Tunele czasoprzestrzenne, gdyby istniały, pozwoliłyby ci podróżować z punktu A do bardzo odległego punktu B bez zawracania sobie głowy uciążliwą podróżą z punktu A do punktu B. To skrót. Kod do wszechświata. Widzisz gwiazdę oddaloną o miliony lat świetlnych? Mógłbyś do niego dotrzeć w kilka minut, gdybyś miał tunel czasoprzestrzenny łączący cię z tą gwiazdą.

Nic dziwnego, że to podstawa science fiction.

Ale tunele czasoprzestrzenne nie są tylko wytworami naszej wyobraźni, zaprojektowanymi do wycinania wszystkich nudnych części podróży międzygwiezdnych (czyli większości). Wywodzą się z matematyki ogólnej teorii względności Einsteina, naszego współczesnego zrozumienia działania grawitacji. W tym języku materia i energia zakrzywiają i wypaczają strukturę czasoprzestrzeni. W odpowiedzi zakrzywienie i wypaczenie czasoprzestrzeni informuje o tym, jak się poruszać.

Związane z: 8 sposobów, w jakie możesz zobaczyć teorię względności Einsteina w prawdziwym życiu

Więc jeśli chodzi o tunele czasoprzestrzenne, wystarczy zadać sobie pytanie: czy można zgiąć czasoprzestrzeń w tak zakrzywiony sposób, że składa się ona na siebie, tworząc krótki tunel między dwoma odległymi punktami?? 

Odpowiedź, odkryta w latach siedemdziesiątych, to zaskakujące „tak”. Wormhole są całkowicie możliwe i dozwolone w ramach ogólnej teorii względności.

Jeden haczyk: mają tendencję do rozpadania się natychmiast po utworzeniu.

Klucze do stabilności

Tunele czasoprzestrzenne są tak niestabilne, ponieważ w istocie składają się z dwóch stykających się ze sobą czarnych dziur, połączonych w swoich osobliwościach, tworząc tunel. 

Ale osobliwości to zła wiadomość: są to punkty o nieskończonej gęstości. Otaczają je regiony znane jako horyzont zdarzeń, jednokierunkowe bariery w kosmosie. Jeśli przekroczysz horyzont zdarzeń czarnej dziury, nigdy nie uciekniesz.

Aby rozwiązać ten problem, wejście do wormholu musi znajdować się poza horyzontem zdarzeń. W ten sposób możesz przemierzać tunel czasoprzestrzenny bez zagłębiania się w horyzont zdarzeń i nigdy nie uciekając.

Ale gdy tylko wejdziesz do takiego tunelu czasoprzestrzennego, po prostu jest zbyt dużo masy w pobliżu, a grawitacja twojej obecności zniekształca tunel czasoprzestrzenny, powodując jego zapadnięcie się, zatrzaśnięcie jak nadmiernie rozciągnięta gumka, pozostawiając dwie samotne czarne dziury oddzielone w przestrzeni (i przypuszczalnie fragmenty twojego ciała rozrzucone po obserwowalnym wszechświecie).

Związane z: A co jeśli wpadniesz w czarną dziurę??

Okazuje się, że istnieje sposób na trzymanie wejścia wormholu z dala od horyzontu zdarzeń i utrzymywanie go wystarczająco stabilnie, abyś mógł przez nie podróżować. Jeden haczyk: rozwiązanie wymaga obecności materiału o ujemnej masie. Masa ujemna jest taka sama jak masa normalna, ale ze znakiem minus. A jeśli zbierzesz wystarczającą ilość ujemnej masy w jednym miejscu, możesz użyć jej do otwarcia wormholu.

Ale o ile wiemy, materia o ujemnej masie nie istnieje. Nie mamy na to dowodów, a gdyby istniał, naruszyłby wiele praw wszechświata, takich jak bezwładność i zachowanie pędu. Na przykład, jeśli kopniesz piłkę o masie ujemnej, poleci do tyłu. Jeśli umieścisz obiekt o masie ujemnej obok obiektu o masie dodatniej, zamiast przyciągać, odpychają się one, natychmiast przyspieszając od siebie do nieskończoności.

Ponieważ ujemna masa wydaje się być nie do przejścia w kosmosie, na pierwszy rzut oka wygląda na to, że we Wszechświecie prawdopodobnie nie ma również tuneli czasoprzestrzennych.

Kwant pocieszenia

Ale ta historia tuneli czasoprzestrzennych opiera się na matematyce ogólnej teorii względności, która jest, jak powiedziałem, naszym obecnym rozumieniem działania grawitacji.

To znaczy, nasze obecne, niepełne zrozumienie tego, jak działa grawitacja.

Wiemy, że ogólna teoria względności nie opisuje wszystkich oddziaływań grawitacyjnych we Wszechświecie, ponieważ rozpada się, gdy grawitacja staje się bardzo silna w małych skalach (jak, powiedzmy, osobliwości wewnątrz czarnych dziur). Aby rozwiązać te sytuacje, musimy zwrócić się do kwantowej teorii grawitacji, która połączyłaby nasze rozumienie świata cząstek subatomowych z naszym rozumieniem grawitacji na większą skalę. A tego nie mamy, ponieważ za każdym razem, gdy próbujemy poskładać jedną całość, rozpada się to w nonsens.

Mimo to mamy kilka wskazówek na temat tego, jak może działać grawitacja kwantowa, a im więcej się uczymy, tym więcej możemy dowiedzieć się o potencjalnej wykonalności tuneli czasoprzestrzennych. Może się zdarzyć, że nowe i ulepszone zrozumienie grawitacji ujawni, że w ogóle nie potrzebujesz materii o masie ujemnej, a stabilne, przejezdne tunele czasoprzestrzenne są OK.

Para teoretyków z Uniwersytetu w Teheranie w Iranie opublikowała nowe badanie tuneli czasoprzestrzennych w bazie danych preprint arXiv. Zastosowali pewne techniki, które pozwoliły im zbadać, jak mechanika kwantowa może zmienić standardowy ogólny obraz teorii względności. Odkryli, że przejście przez tunele czasoprzestrzenne może być dozwolone bez materii o masie ujemnej, ale tylko wtedy, gdy wejścia zostały nieco rozciągnięte z czystych kul. 

Chociaż wyniki są interesujące, jest jeden haczyk. Te hipotetyczne, przejezdne tunele czasoprzestrzenne są małe. Jak w środku, niezwykle malutki. Tunele czasoprzestrzenne byłyby co najwyżej o 30% większe niż długość Plancka, czyli 1,61 x 10 ^ minus 35 metrów. A to oznacza, że ​​podróżnik nie może być większy. 

Aha, i podróżnik wormholu musi płonąć z prędkością niemalże światła.

Nowe badania, choć ograniczone, otwierają niewielką lukę w wykonalności tuneli czasoprzestrzennych, które można by otworzyć przy dalszych pracach. A potem może twórcy programów telewizyjnych nie będą już musieli przemilczeć żadnych szczegółów technicznych.

Paul M. Sutter jest astrofizykiem w SŁOŃCE Stony Brook and the Flatiron Institute, gospodarz Zapytaj kosmonautę i Space Radio, i autor Twoje miejsce we Wszechświecie.

• Największe znaleziska z czarnej dziury
• Międzygwiezdne podróże kosmiczne: 7 futurystycznych statków kosmicznych do eksploracji kosmosu
• 18 największych nierozwiązanych zagadek w fizyce

Pierwotnie opublikowano w dniu .

OFERTA: Zaoszczędź 45% na „Jak to działa” „Wszystko o kosmosie” i „Wszystko o historii”!

Przez ograniczony czas możesz wykupić cyfrową subskrypcję dowolnego z naszych najlepiej sprzedających się czasopism naukowych za jedyne 2,38 USD miesięcznie lub 45% zniżki od ceny standardowej przez pierwsze trzy miesiące. Zobacz ofertę