Lehetségesek az átjárható féreglyukak bizonyos gravitációs feltételek mellett
João Rosa, a portugáliai Aveiro Egyetem fizikusa egy stabil, átjárható féregjáratot próbál virtuálisan “megépíteni”, olyat, amelyen biztonságosan át lehet kelni anélkül, hogy az elméleti átjáró összeomlana vagy csapdába ejtené a benne tartózkodót. És nemrég rájött, hogy ez valóban lehetséges, de csak akkor, ha a gravitációról alkotott elképzeléseinket finomítjuk.
A féreglyukakat megtévesztően könnyű megépíteni – papíron. Einstein általános relativitáselméletében a gravitáció határozza meg az anyag és az energia, valamint a tér és az idő közötti kapcsolatot. A féreglyuk építésének trükkje az, hogy meg kell találni az anyag és az energia olyan konfigurációját, amely lehetővé teszi egy alagút kialakítását – a féreglyuk kutatásban általában “toroknak” nevezik -, amely a tér két távoli pontját áthidalja.
Elvileg ez a torok olyan hosszú vagy rövid lehet, amilyennek szeretnénk, de a legérdekesebb féreglyukak akkor keletkeznek, amikor a torok sokkal rövidebb, mint a két pont közötti normál távolság, így a féreglyuk kényelmes rövidítésnek bizonyul. Ezen kívül a féreglyukak időgépként is működhetnek, a jövőbe vagy a múltba küldhetnek, attól függően, hogyan építették fel őket.
Egy ilyen szeszélyes rövidítés ötlete évtizedek óta foglalkoztatja a tudósok és a sci-fi írók fantáziáját.
“A lehetőség, hogy más csillagokat (vagy akár más galaxisokat) látogassunk meg, esetleg idegen civilizációkat találjunk, és a múltba való visszalépés lehetősége, illetve az, hogy ne kelljen várni a jövőre, már régóta része az emberi képzeletnek és fantáziának, és a féreglyukak (viszonylag) egyszerű és egységes megoldást kínálnak mindkét problémára” – mondta Rosa.
De az általános relativitáselmélet által meghatározott kritériumok alapján épített féreglyukaknak van egy nagy problémájuk: valójában nem átjárhatóak. Az ilyen féreglyukak bejáratai eseményhorizontok mögött rejtőznek, amelyek egyirányú akadályok a térben. Ez azt jelenti, hogy ha belépnénk a féreglyukba, soha nem tudnánk kilépni.
A másik probléma az, hogy elképesztően instabilak. Abban a pillanatban, hogy akár egyetlen foton is belép a torokba, az egész féreglyuk összeomlik, mielőtt az a fényrészecske ki tudna szökni.
Az általános relativitáselmélet ezen problémáinak megoldásához és a féregjárat stabilizálásához a kozmikus utazónak egy hihetetlenül egzotikus összetevőből kell kialakítania a féregjáratot, az anyag egy olyan formájából, amely negatív energiával vagy negatív tömeggel rendelkezik. A negatív tömeg (más néven egzotikus anyag) pontosan az, aminek hangzik: Ha valami negatív 10 fontot nyom, akkor annak negatív tömege van. A tudósok még sehol sem figyeltek meg negatív tömeget a világegyetemben. A negatív energia valamivel elérhetőbb, ami nem más, mint egy olyan állapot, amikor egy adott helyen az energia negatív a környezetéhez képest, de ez csak mikroszkopikus, kvantum léptékben érhető el.
“Ennek az anyagnak a jelenléte alapvető fontosságú, mivel megakadályozza, hogy a féreglyuk torka rázáruljon az utazóra, de egyben problémás is” – magyarázta Rosa. “Negatív átlagos energiasűrűséget mutat, ami a világegyetemben rendkívül ritka tulajdonsága az anyagnak, és csak nagyon speciális helyzetekben figyelhető meg kvantumszinten.”
Mivel az ilyen anyag nagyon ritka, a mi világegyetemünkben lehetetlennek tűnik egy egész féregjárat építése az egzotikus anyagból.
Azonban a relativitáselmélet képtelen leírni a fekete lyukak középpontjait, a világegyetem legkorábbi pillanatait, valamint a közte és a kvantumfizika közötti kapcsolatot. Tehát talán egy új, továbbfejlesztett gravitációs elmélet lehetővé tenné a féreglyukak létezését. Rosa épp ezt vizsgálta egy új tanulmányában, amelyet július 29-én tett közzé online az arXiv folyóiratban, ami azt jelenti, hogy a tanulmányt még nem bírálták el a szakmabeli kollégák.
Rosa a gravitáció egy módosított formáját alkalmazta, amelyet általánosított hibrid metrikus-Palatini-gravitációnak neveznek. Ez a gravitációs elmélet az általános relativitáselméletre épül, de nagyobb rugalmasságot enged az anyag és az energia, valamint a tér és az idő közötti kapcsolatokban.
Korábbi kutatások azt találták, hogy a gravitáció e módosított elméletében lehetségesek az átjárható féreglyukak, de ezekhez még mindig negatív energiára van szükség a féreglyuk torkán kívül. Rosa úgy találta, hogy a féreglyukak bejáratát kettős, vékony, szabályos anyagból készült héjakkal rétegezve a féreglyuk negatív energia nélkül is átjárhatóvá válik.
“Az történik, hogy ezek a gravitációs hatások, amelyek a féregjárat átjárhatóságának garantálásához szükségesek, természetes módon következnek be, ha módosítjuk a gravitációt, és az egzotikus anyag [negatív tömegű anyag] már nem szükséges ehhez a célhoz” – magyarázta Rosa. “Most már kísérleti adatokkal és megfigyelésekkel (pl. gravitációs hullámok és a Tejútrendszer középpontja közelében lévő csillagok pályája) kell tesztelni és (remélhetőleg) megerősíteni ezen elméletek érvényességét”
Bár az általános relativitáselmélet eddig megmagyarázta a gravitáció minden mérését (beleértve a gravitációs hullámokat és a fekete lyukak közelségét), a történetnek még nincs vége. A jövőbeli megfigyelések talán találnak egy repedést ebben a tiszteletreméltó elméletben, és ha az általánosított hibrid metrikus-Palatini-gravitáció jobban megmagyarázza a kozmikus megfigyeléseket, akkor az utazásra készített féreglyukak is lehetségesek lehetnek.
De a kérdések ezzel még nem értek véget. A féreglyukak időgépként is működhetnek, így egy működőképes féreglyuk megoldás azt jelentené, hogy lehetséges az időutazás a múltba; ez persze mindenféle nehéz problémát vet fel (mint például az úgynevezett “nagyapa-paradoxon” és az ok-okozati összefüggések kérdései). Ha biztosan tudnánk, hogy létezhetnek átjárható féreglyukak, az nem csak a sci-fi álmainkat váltaná valóra, hanem teljesen felforgatná a fizikáról alkotott elképzeléseinket.
Forrás: LiveScience
