Existuje teória za hranicou relativity, ktorá by vám umožnila preletieť červou dierou

(NASA)

Červími dierami sú populárnou funkciou v sci-fi, prostriedkami, pomocou ktorých môžu vesmírne lode cestovať rýchlejšie ako svetlo (FTL) a okamžite sa pohybovať z jedného bodu v časopriestore do druhého.

A zatiaľ čo Všeobecná teória relativity zakazuje existenciu „prechodných červích dier“, nedávny výskum ukázal, že sú skutočne možné v rámci oblasti kvantovej fyziky.

Jedinou nevýhodou je, že by skutočne prechod trvá dlhšie než normálny priestor a/alebo pravdepodobne mikroskopické.



V novej štúdii vykonanej dvojicou vedcov z Ivy League sa existencia fyziky za hranicami Štandardný model môže znamenať, že tam vonku sú červie diery, ktoré sú nielen dostatočne veľké na to, aby sa nimi dalo prejsť, ale sú úplne bezpečné pre ľudí, ktorí sa chcú dostať z bodu A do bodu B.

Štúdia s názvom „ Ľudsky priechodné červie diery “ viedol Juan Maldacena (profesor teoretickej fyziky Carl P. Feinberg z r Inštitút vyššieho štúdia ) a Alexey Milekhin, absolvent astrofyziky na Princetonskej univerzite. Dvojica v minulosti obšírne písala na tému červích dier a toho, ako by mohli byť prostriedkom na bezpečné cestovanie vesmírom.

Teória týkajúca sa červích dier sa objavila na začiatku 20. storočia ako reakcia na Einsteinovu Všeobecná teória relativity . Prvý, kto postuloval ich existenciu, bol Karl Schwarzschild, nemecký fyzik a astronóm, ktorého riešenia Einsteinovej rovnice poľa (Schwarschildova metrika) viedli k prvému teoretickému základu pre existenciu čierne diery .

Dôsledkom Schwarzschildovej metriky bolo to, čo nazýval „večné čierne diery“, čo boli v podstate spojenia medzi rôznymi bodmi v časopriestore. Tieto Schwarzschildove červie diery (aka. Einstein-Rosenove mosty) však neboli stabilné, pretože by sa zrútili príliš rýchlo na to, aby čokoľvek prešlo z jedného konca na druhý.

Ako Maldacena a Milekhin vysvetlili Universe Today prostredníctvom e-mailu, priechodné červie diery vyžadujú špeciálne okolnosti, aby mohli existovať. To zahŕňa existenciu negatívnej energie, ktorá nie je prípustná v klasickej fyzike – ale je možná v oblasti kvantovej fyziky.

Dobrým príkladom toho, ako tvrdia, je Casimirov efekt, kde kvantové polia produkujú negatívnu energiu, pričom sa šíria pozdĺž uzavretého kruhu:

„Tento efekt je však zvyčajne malý, pretože je kvantový. V našom predchádzajúcom článku [' Prechodné červie diery v štyroch rozmeroch '] sme si uvedomili, že tento efekt môže byť značný pre čierne diery s veľkým magnetickým nábojom. Novou myšlienkou bolo využitie špeciálnych vlastností nabitých bezhmotností fermióny (častice ako elektrón, ale s nulovou hmotnosťou). Pre magneticky nabité čierna diera tieto sa pohybujú pozdĺž siločiar magnetického poľa (podobným spôsobom, ako nabité častice slnečného vetra vytvárajú polárne žiary v blízkosti polárnych oblastí Zeme).'

Skutočnosť, že tieto častice sa môžu pohybovať v kruhu tak, že vstúpia do jedného bodu a vynoria sa tam, kde začali v okolitom plochom priestore, znamená, že „energia vákua“ je modifikovaná a môže byť negatívna.

Prítomnosť tejto negatívnej energie môže podporiť existenciu stabilnej červej diery, mosta medzi bodmi v časopriestore, ktorý sa nezrúti skôr, ako bude mať niečo šancu ním prejsť.

Takéto červie diery sú možné na základe hmoty, ktorá je súčasťou Štandardný model časticovej fyziky . Jediným problémom je, že tieto červie diery by museli mať mikroskopickú veľkosť a existovali by len na veľmi malé vzdialenosti.

Pre ľudské cestovanie by červie diery museli byť veľké, čo si vyžaduje použitie fyziky nad rámec štandardného modelu.

Pre Maldacenu a Milekhina prichádza do hry model Randall-Sundrum II (aka. 5-rozmerná teória pokrivenej geometrie). Tento model, pomenovaný po teoretických fyzikoch Lise Randallovej a Ramanovi Sundrumovi, popisuje vesmír z hľadiska piatich dimenzií a pôvodne bol navrhnutý na riešenie problému hierarchie v časticovej fyzike.

„Model Randall-Sundrom II bol založený na poznaní, že tento päťrozmerný časopriestor by mohol popisovať aj fyziku pri nižších energiách, než aké zvyčajne skúmame, ale že by unikol detekcii, pretože sa spája s našou hmotou iba prostredníctvom gravitácie. V skutočnosti je jeho fyzika podobná pridávaniu mnohých silne interagujúcich bezhmotných polí k známej fyzike. A z tohto dôvodu môže vyvolať požadovanú negatívnu energiu.“

Zvonku Maldacena a Milekhin dospeli k záveru, že tieto červie diery by sa podobali stredne veľkým nabitým čiernym dieram, ktoré by generovali podobne silné slapové sily, pred ktorými by sa vesmírne lode museli mať na pozore. Tvrdia, že na to by potenciálny cestovateľ potreboval pri prechode stredom červej diery veľmi veľký faktor zosilnenia.

Za predpokladu, že sa to dá urobiť, zostáva otázka, či by tieto červie diery mohli fungovať ako skratka medzi dvoma bodmi v časopriestore? Ako bolo uvedené, predchádzajúci výskum od Daniel Jafferis z Harvardskej univerzity (ktorá zvažovala aj prácu Einsteina a Nathana Rosena) ukázala, že aj keď je to možné, prechod stabilných červích dier by v skutočnosti trval dlhšie ako normálny priestor.

Podľa práce Maldaceny a Milekhina by však prechod ich červích dier z pohľadu cestovateľa nezabral takmer žiadny čas. Z pohľadu outsidera by bol čas cesty oveľa dlhší, čo je v súlade s Všeobecná relativita – kde ľudia cestujúci blízko rýchlosti svetla zažijú dilatáciu času (t. j. čas sa spomalí). Ako povedali Maldacena a Milekhin:

Astronautom, ktorí by prešli červou dierou, by cesta na vzdialenosť 10 000 svetelných rokov (približne 5 000 miliárd míľ alebo 1/10 veľkosti Mliečnej dráhy) trvala iba 1 sekundu ich času. Pozorovateľ, ktorý neprejde cez červiu dieru a zostane vonku, vidí, že to trvá viac ako 10 000 rokov. A to všetko bez použitia paliva, pretože gravitácia zrýchľuje a spomaľuje vesmírnu loď.“

Umelecká ilustrácia kozmickej lode prechádzajúcej cez červiu dieru do vzdialenej galaxie. (NASA)

Ďalším bonusom je, že prechod cez tieto červie diery by sa mohol uskutočniť bez použitia paliva, pretože gravitačná sila samotnej červej diery by vesmírnu loď zrýchlila a spomalila. V scenári vesmírneho prieskumu by pilot musel navigovať slapové sily červej diery, aby umiestnil svoju kozmickú loď presne tak, a potom by nechal prírodu urobiť zvyšok.

O sekundu neskôr sa objavia na druhej strane galaxie!

Aj keď to môže znieť povzbudzujúco pre tých, ktorí si myslia, že červie diery by jedného dňa mohli byť prostriedkom vesmírneho cestovania, práca Maldaceny a Milekhina má aj niektoré významné nevýhody.

Na začiatok zdôrazňujú, že priechodné červie diery by museli byť skonštruované pomocou zápornej hmoty, pretože neexistuje žiadny prijateľný mechanizmus pre prirodzenú tvorbu.

Aj keď je to možné (aspoň teoreticky), potrebné konfigurácie časopriestoru by museli byť prítomné vopred. Napriek tomu je hmotnosť a veľkosť také veľké, že táto úloha presahuje akúkoľvek praktickú technológiu, ktorú môžeme predvídať. Po druhé, tieto červie diery by boli bezpečné iba vtedy, ak by bol priestor studený a plochý, čo nie je prípad modelu Randall Sundrum II.

Navyše, každý objekt, ktorý vstúpi do červej diery, by bol zrýchlený a dokonca aj prítomnosť všadeprítomného žiarenia kozmického pozadia by bola významným nebezpečenstvom.

Maldacena a Milekhin však zdôrazňujú, že ich štúdia bola vykonaná s cieľom ukázať, že priechodné červie diery môžu existovať ako výsledok „jemnej súhry medzi všeobecnou teóriou relativity a kvantovou fyzikou“.

Stručne povedané, červie diery sa pravdepodobne nestanú praktickým spôsobom cestovania vesmírom – prinajmenšom nie akýmkoľvek spôsobom, ktorý je predvídateľný. Možno by neboli za civilizáciou Kardasheva typu II alebo typu III, ale to sú len špekulácie. Napriek tomu je určite povzbudzujúce vedieť, že hlavný prvok sci-fi nie je za hranicou možností!

Tento článok pôvodne publikoval Vesmír dnes . Čítať pôvodný článok .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.