Lehetségesek a téridőben a féreglyuk alagutak, ahogy azt Einstein megjósolta

A fekete lyukak kutatásának első napjaiban, még mielőtt ezt a nevet kapták volna, a fizikusok még nem tudták, léteznek-e ezek a bizarr objek...

A fekete lyukak kutatásának első napjaiban, még mielőtt ezt a nevet kapták volna, a fizikusok még nem tudták, léteznek-e ezek a bizarr objektumok a való világban.

Furcsa fordulatot jelentett volna abban a bonyolult matematikában, amelyet az akkor még fiatal általános relativitáselméletben használtak, amely a gravitációt írja le.

Az évek során azonban egyre több bizonyíték gyűlt össze arra vonatkozóan, hogy a fekete lyukak nagyon is valóságosak, sőt itt is léteznek a mi galaxisunkban.

Ma az általános relativitáselmélet egy másik furcsa jóslata a féreglyukak, azon fantasztikus hangzású alagutaknak a létezése, melyek a világegyetem másik oldalára vezetnek.

Vajon valóságosak? És ha tényleg léteznek a kozmoszunkban, remélhetjük-e mi emberek, hogy felhasználhatjuk őket a közlekedéshez? Az 1935-ös jóslat után a kutatások arra a következtetésre jutottak, hogy nincsenek féregjáratok, és valószínűleg nem a valóság részei.

Ám a legújabb eredmények arra utalnak, hogy mégiscsak elképzelhetőek, és a működésük könnyebb lehet, mint a fizikusok régóta gondolják.

A féreglyuk eredeti ötletét Albert Einstein és Nathan Rosen fizikusok vetették fel. Tanulmányozták azokat a furcsa egyenleteket, amelyekről ma már tudjuk, hogy a tér megkerülhetetlen zsebeit, a fekete lyukakat írják le, és feltették a kérdést, hogy mit is képviselnek valójában.

Einstein és Rosen felfedezték, hogy legalábbis elméletileg a fekete lyuk felülete hídként működhet, amely összekapcsolódik a tér egy másik részével. Az út olyan lehet, mintha eltűnnénk a kád lefolyójában, ám ahelyett, hogy elakadnánk a csövekben, egy másik kádban bukkannánk fel, ami olyan, mint az első.

A későbbi munka kibővítette ezt az elképzelést, de két kitartó dolog komoly kihívást jelentett, amelyek megakadályozták a könnyen észrevehető, emberileg használható féregjáratok kialakulását: a törékenység és az apróság.

Először kiderült, hogy az általános relativitáselmélet esetén az alagutat bezárja a féreglyukon áthaladó normál anyag gravitációs vonzereje. A stabil féreglyuk létrehozásához valamiféle extra, atipikus összetevőre van szükség, amely a lyuk nyitva tartása érdekében működik, amelyet a kutatók "egzotikus" anyagnak neveznek.

Másodszor, azok a féreglyukat létrehozó folyamatok, amelyeket a tudósok tanulmányoztak, olyan hatásokra támaszkodnak, amelyek megakadályozhatják a makroszkopikus utazók bejutását.

A kihívás az, hogy a féreglyukat létrehozó folyamat és az azt stabilizáló egzotikus anyag nem távolodhat el túlságosan a megszokott fizikától.

Az "egzotikus" nem azt jelenti, hogy a fizikusok bármilyen dolgot megálmodhatnak, ami papíron működik. De eddig a megszokott fizika csak mikroszkopikus féreglyukakat adott.

Úgy tűnik, hogy egy nagyobb féreglyukhoz olyan folyamatra vagy anyagtípusra van szükség, amely egyszerre szokatlan és hihető. "Ez a finomsága," - mondja Brianna Grado-White, a Brandeis Egyetem fizikusa és féreglyuk kutatója.

2017 végén történt egy áttörés, amikor Ping Gao és Daniel Jafferis, a Harvard Egyetem fizikusai, valamint Aron Wall, a Princeton-i Institute for Advanced Study kutatója felfedezték a nyitott féregjáratok kvantumösszefonódással való rögzítésének módját, ami egyfajta távolsági kapcsolat a kvantum entitások között.

Az összefonódás sajátos jellege lehetővé teszi a féreglyukak stabilitásához szükséges egzotikus összetevők biztosítását. És mivel az összefonódás a kvantumfizika standard jellemzője, viszonylag könnyű létrehozni.

"Ez valóban egy szép elméleti ötlet," - mondja Nabil Iqbal, az angliai Durham Egyetem fizikusa, aki nem vett részt a kutatásban. Bár a módszer segít stabilizálni a féreglyukakat, mégis csak mikroszkópikus anyagokat képes szállítani. De ez az új megközelítés olyan munkafolyamatot inspirált, amely az összefonódás trükköt különböző anyagokkal használja a nagyobb, hosszabb ideig tartó lyukak reményében.

Az egyik könnyen elképzelhető ötlet Iqbal és Durham Egyetemi kollégája, Simon Ross tanulmányából származik. Ketten megpróbálták kideríteni, hogy sikerülhet-e a Gao-Jafferis-Wall módszerrel nagy féreglyukat előállítaniuk.

"Úgy gondoltuk, hogy sci-fi szempontból érdekes lenne meghúzni a határokat, és megnézni, létezhet-e ez a dolog," - mondja Iqbal. Munkájuk megmutatta, hogy a fekete lyukat körülvevő mágneses mezőkön belüli különleges zavarok elméletileg hogyan hozhatnak létre stabil féregjáratokat. Sajnos a hatás még mindig csak mikroszkopikus féreglyukakat képez, és Iqbal szerint nagyon valószínűtlen, hogy a helyzet a valóságban is bekövetkezne.

Iqbal és Ross munkája rávilágít a féreglyuk létrehozásának kényes részére, ami egy olyan reális folyamat megtalálása, amelyhez nem kell valami hozzáadott dolog a megszokott fizika határain túlról. Juan Maldacena, a Haladó Tanulmányok Intézetének fizikusa, aki még 2013-ban javasolta a féreglyukak és az összefonódás közötti kapcsolatokat, és munkatársa, Alexey Milekhin a Princetoni Egyetemről olyan módszert talált, amely nagy lyukakat eredményezhet.

Megközelítésük lényege az, hogy a rejtélyes sötét anyagnak, amely kitölti univerzumunkat, meghatározott módon kell viselkednie, és előfordulhat, hogy egy ilyen világegyetemben élünk.

A féreglyukak kutata tovább folyik. Egyelőre semmi sem tűnik valószínűnek a mesterségesen létrehozott, ember méretű féreglyuk gépet illetően, de az eredmények mégis előrelépést mutatnak. "Megtudtuk, hogy olyan féregjáratokat hozhatunk létre, amelyek nyitva maradnak egyszerű kvantumhatások segítségével," - mondja Grado-White. "Nagyon sokáig nem gondoltuk, hogy ezeket a dolgokat meg lehet valósítani - kiderült, hogy képesek vagyunk rá." (1)

(1) - https://www.scientificamerican.com/article/