Kosmos  / News

Tunelem czasoprzestrzennym na drugą stronę galaktyki w sekundę. Jedna z teorii mówi, że to możliwe

2701 interakcji
dołącz do dyskusji

Tunele czasoprzestrzenne to jeden z tych elementów literatury sci-fi, który na głowę bije czarne dziury. Dzięki takiemu tunelowi teoretyczny podróżnik międzygwiezdny czy też wręcz międzygalaktyczny nie przekraczając prędkości światła mógłby pokonywać potężne odległości między różnymi punktami we wszechświecie.

Zbyt dobre, aby było prawdziwe

Opracowana przez Alberta Einsteina ogólna teoria względności wskazuje, że nie mogą istnieć czarne dziury przez które można byłoby przelecieć. A mimo to najnowsze badania wskazują, że opisywane za pomocą fizyki kwantowej takie tunele już istnieć mogą. Jedyny problem jest taki, że za ich pomocą podróż trwałaby dłużej niż normalnie, a same tunele byłyby mikroskopijnych rozmiarów.

15 sierpnia na portalu preprintów naukowych pojawił się artykuł naukowy pt. „Humanly traversable wormholes” autorstwa Juana Macdaceny oraz Aleksieja Milekina z Princeton University. W swoim artykule autorzy wskazują, że teoretycznie mogą istnieć procesy fizyczne wykraczające poza Model Standardowy, które umożliwiają istnienie tuneli czasoprzestrzennych na tyle dużych, aby ludzie bezpiecznie mogli przez nie podróżować w inne miejsca w przestrzeni.

Skąd w ogóle ten pomysł?

Po raz pierwszy istnienie tuneli czasoprzestrzennych zaproponował niemiecki fizyk i astronom Karl Schwarzschild, którego rozwiązania równań pola Einsteina jako pierwsze wskazywały na możliwość istnienia czarnych dziur. Metryka Schwarzschilda wskazywała także na istnienie „nieskończonych czarnych dziur”, które stanowiły połączenia między różnymi punktami w przestrzeni. Problem jednak w tym, że owe mosty Einsteina-Rosena (tunele czasoprzestrzenne Schwarzschilda) nie są na tyle stabilne, aby cokolwiek mogło przez nie przelecieć.

To co z tymi podróżami przez tunele czasoprzestrzenne?

Maldacena i Milekhin piszą w swoim artykule, że tunele czasoprzestrzenne, przez które można podróżować, wymagają szczególnych warunków. Wśród nich znajduje się chociażby istnienie ujemnej energii. Zgoda, istnienie ujemnej energii nie jest możliwe w fizyce klasycznej, ale już w fizyce kwantowej jest możliwe. Jako przykład podają tutaj zjawisko Casimira, gdzie pola kwantowe wytwarzają ujemną energię, przemieszczając się po okręgach.

Efekt ten jest zazwyczaj niewielki, bo kwantowy. Jednak uświadomiliśmy sobie, że może on stać się większy dla czarnych dziur o dużym ładunku magnetycznym. Można tego dokonać wykorzystując szczególnie właściwości naładowanych elektrycznie, bezmasowych fermionów (cząstek takich jak elektron ale o zerowej masie). W przypadku magnetycznie naładowanej czarnej dziury przemieszczają się one wzdłuż linii pola magnetycznego, tak samo jak naładowane cząstki wiatru słonecznego przemieszczają się wzdłuż linii pola magnetycznego Ziemi

– przekonują autorzy.

Sposób, w jaki poruszają się owe bezmasowe cząstki, wskazuje na stałe zmiany energii próżni, co oznacza, że może ona stać się ujemna. Obecność ujemnej energii z kolei może umożliwiać istnienie stabilnych tuneli czasoprzestrzennych, swoistych mostów między różnymi miejscami w czasoprzestrzeni.

Istnienie takich tuneli jest możliwe w oparciu o materię należącą do Modelu Standrardowego. Jedyny problem jest taki, że owe tunele będą mikroskopijnych rozmiarów i będą umożliwiały przemieszczanie się na bardzo małe odległości. Jeżeli jednak zamiast Modelu Standardowego wykorzystamy model Randall-Sundrum II, czyli model 5-wymiarowej zakrzywionej geometrii, to naładowane elektrycznie czarne dziury o średnich rozmiarach mogą generować niezwykle silne oddziaływania pływowe, które umożliwiałyby powstawania tuneli czasoprzestrzennych.

Według Maldaceny i Milekina teoretyczni podróżnicy momentalnie mogliby przelatywać przez tunele czasoprzestrzenne, przynajmniej z ich perspektywy. Obserwator znajdujący się w większej odległości znacznie dłużej, widziałby wlatujący w tunel statek. Akurat taki dysonans doskonale zgada się z ogólną teorią względności.

Dla astronauty przelatującego przez tunel czasoprzestrzenny pokonanie odległości 10 000 lat świetlnych zajęłoby 1 sekundę. Dla obserwatora pozostającego poza tunelem przelatujący statek potrzebowałby około 10 000 lat. Warto także zauważyć, że do przelotu nie potrzeba żadnego paliwa, bowiem to grawitacja przyspiesza i hamuje statek kosmiczny w tym scenariuszu.

Powrót do rzeczywistości

Choć to wszystko brzmi bardzo zachęcająco, to jest tu kilka istotnych haczyków. Po pierwsze, takie tunele czasoprzestrzenne trzeba by było samodzielnie stworzyć, wykorzystując do tego masę ujemną, bowiem nie istnieje żaden znany mechanizm jej naturalnego powstawania. W teorii jest to możliwe, ale do tego potrzeba odpowiedniej konfiguracji czasoprzestrzeni. Jeżeli i czasoprzestrzeń by nam sprzyjała, to musielibyśmy operować takimi rozmiarami i masami, że jak na razie pozostaje to daleko poza możliwościami ludzkości.

Aha, jeszcze jeden element. Podróże przez tunele czasoprzestrzenne będą bezpieczne tylko wtedy kiedy przestrzeń będzie zimna i płaska… a taka nie jest nigdzie poza modelem Randall-Sundrum II.

Zważając na to, że statki wlatujące w tunel będą przyspieszane grawitacyjnie, to nawet obecność kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła będzie stanowiła poważne ryzyko.

Niemniej jednak Maldacena i Miekin podkreślają, że celem ich badania było wykazanie, że przynajmniej w teorii tunele czasoprzestrzenne, przez które można przelecieć, są możliwe jako skutek oddziaływania między ogólną teorią względności a fizyką kwantową.

Krótko mówiąc: nie, tunele czasoprzestrzenne nie są przyszłością turystyki kosmicznej, a przynajmniej nie w najbliższej przyszłości. Być może cywilizacje typu II czy typu III na skali Kardaszewa mogłyby o tym myśleć. Nasza cywilizacja póki co rozwinęła się do poziomu 0,75, więc jeszcze dużo przed nami.

Niemniej jednak samo wykazanie, że tunele czasoprzestrzenne nie są niemożliwe, jest ekscytującym odkryciem.

przeczytaj następny tekst