A féreglyukak nem léteznek – de valami sokkal durvábbat találtunk helyettük

Ha megkérdezünk egy átlagembert, mi az a féreglyuk, szinte biztosan egy kozmikus alagutat fog leírni: egy rövidebb utat a téridő szövetén ke...

Ha megkérdezünk egy átlagembert, mi az a féreglyuk, szinte biztosan egy kozmikus alagutat fog leírni: egy rövidebb utat a téridő szövetén keresztül, amelyen át űrhajók száguldhatnak távoli galaxisokba, vagy vakmerő utazók térhetnek vissza a múltba.

Ez a kép azonban, bármennyire is izgalmas, egy mélyreható félreértésen alapul. Albert Einstein és Nathan Rosen, amikor 1935-ben papírra vetették híres egyenleteiket, nem egy csillagközi autópálya tervrajzát készítették el. Az általuk "hídnak" nevezett struktúra valami sokkal alapvetőbbet, sokkal furcsábbat és – a legújabb kutatások fényében – sokkal sorsfordítóbbat sejtet az univerzum működéséről, mint bármelyik hollywoodi kasszasiker.

Az Einstein–Rosen-híd születésekor nem a térutazás, hanem a fizika egységének megőrzése volt a cél. A két fizikus azt vizsgálta, miként viselkednek a részecskék a rendkívüli gravitációjú régiókban. Megoldásuk egy matematikai kapcsot hozott létre a téridő két, egymással tökéletesen szimmetrikus másolata között. Ez a híd azonban eredetileg nem átjárónak készült; egyfajta elméleti kényszerzubbony volt, amely áthidalni volt hivatott a szakadékot az általános relativitáselmélet gravitációja és a kvantumfizika mikroszkopikus világa között.

Csak évtizedekkel később, a 20. század második felében ragadt rá a "féreglyuk" elnevezés, és ezzel együtt egy olyan jelentésréteg, amelynek kevés köze volt az eredeti koncepcióhoz. A legfrissebb kutatások pedig most arra mutatnak rá, hogy ez a híd valójában nem a tér két pontját köti össze, hanem az idő két ellentétes irányát.

Ahhoz, hogy megértsük, miért nem utazhatunk át ezeken a hidakon, vissza kell térnünk az alapokhoz. Az általános relativitáselmélet keretein belül az Einstein–Rosen-híd egy instabil képződmény. A számítások szerint egy ilyen híd gyorsabban "csípődik össze" és omlik össze önmagába, mint ahogy bármilyen fénysebességgel haladó jel vagy objektum átérhetne rajta. Ez egy matematikai struktúra, egy elméleti határfelület, nem pedig egy fizikai kapu.

Noha a popkultúra és a spekulatív fizika évtizedeken át táplálta a reményt, hogy a fekete lyukak belseje távoli világokba vezethet, a valóságban nincs semmilyen megfigyelési bizonyítékunk makroszkopikus féreglyukak létezésére. Létezésükhöz olyan egzotikus anyagformákra vagy a gravitáció olyan módosításaira lenne szükség, amelyeket eddig soha nem láttunk. A féreglyuk tehát, mint közlekedési eszköz, valószínűleg csak a képzeletünk szüleménye.

Azonban ott, ahol a sci-fi álma véget ér, egy sokkal izgalmasabb tudományos valóság kezdődik. Az Einstein–Rosen-híd valódi rejtélye ugyanis nem a térbeli távolságok áthidalásában rejlik, hanem abban, ahogy a kvantummezők görbült téridőben viselkednek. Az új kutatások, amelyek Sravan Kumar és João Marto elméleteire építenek, a hidat egyfajta "kozmikus tükörként" értelmezik.

Ahhoz, hogy ezt felfogjuk, el kell felejtenünk azt a hétköznapi tapasztalatunkat, hogy az idő csak egy irányba, a jövő felé folyik. A fizika legalapvetőbb törvényei ugyanis furcsa módon vakok az idő irányára. Az egyenletek ugyanúgy működnek előrefele, mint hátrafelé. Ha megcseréljük a múltat és a jövőt, vagy a bal és a jobb oldalt, a természet törvényei érvényesek maradnak.

Ebben az új értelmezésben az Einstein–Rosen-híd nem egy alagút, hanem egy kvantumállapot két komplementer összetevőjének találkozása. Az egyik oldalon az idő előre halad, a tükrözött, másik oldalon pedig visszafelé folyik. Ez a kettősség nem csupán filozófiai játék: a kvantummechanika megköveteli, hogy a fizikai folyamatok mikroszkopikus szinten teljesek és visszafordíthatóak maradjanak, még a gravitáció jelenlétében is.

Amikor mi, hétköznapi megfigyelők ránézünk a világra, általában figyelmen kívül hagyjuk az idő visszafelé mutató összetevőjét, mivel a saját skálánkon csak egyetlen "időnyilat" tapasztalunk. Ám a fekete lyukak közelében, vagy egy táguló és összehúzódó univerzum határán mindkét irányt be kell emelnünk az egyenletekbe a konzisztencia érdekében. Itt válik az Einstein–Rosen-híd nélkülözhetetlenné: ez a híd fejezi ki, hogy a teljes fizikai rendszer leírásához mindkét időirányra szükség van.

Ez a szemléletmód váratlan és elegáns megoldást kínál a modern fizika egyik legnagyobb fejtörőjére: a fekete lyukak információs paradoxonára. Stephen Hawking 1974-ben mutatta meg, hogy a fekete lyukak hőt sugároznak és idővel elpárolognak. A probléma az volt, hogy ez a folyamat látszólag végleg eltörli mindazt az információt, ami valaha a fekete lyukba esett. Ez azonban ellentmond a kvantummechanika egyik alappillérének, miszerint az információ soha nem semmisülhet meg.

A paradoxon azonban csak akkor létezik, ha ragaszkodunk az egyirányú időhöz. Ha elfogadjuk a híd "tükör" természetét, az információ nem tűnik el az eseményhorizonton túl, csupán irányt vált. Kilép a mi időirányunkból, és a tükrözött, ellentétes időirány mentén fejlődik tovább. Így az univerzum teljessége és az ok-okozati összefüggés megmarad, anélkül, hogy bármilyen egzotikus, új fizikai szabályt kellene kitalálnunk.

Persze nehéz ezt elhinni, hiszen mi, makroszkopikus lények, a rendetlenség, az entrópia növekedését látjuk mindenhol. A tojás összetörik, de sosem áll össze magától; a tea kihűl, de sosem melegszik fel a szoba hőjétől. Ez adja nekünk az idő nyilának érzetét. De a kvantumvilág finomabb struktúrákkal dolgozik, és úgy tűnik, ezeknek a rejtett nyomait már most is látjuk az égen.

A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás – az ősrobbanás után visszamaradt derengés – egy apró, de makacs aszimmetriát mutat. Olyan, mintha az univerzum preferálná az egyik irányt a tükörképével szemben. Ez a jelenség évtizedek óta zavarba ejti a kozmológusokat, mert a standard modellek szerint rendkívül valószínűtlen. Kivéve, ha feltételezzük, hogy léteznek ezek a tükrözött kvantum-összetevők, amelyekről az Einstein–Rosen-híd mesél nekünk.

Ez a felismerés egy még merészebb lehetőséghez vezet el minket. Mi van, ha az ősrobbanás nem a mindenség abszolút kezdete volt, hanem egyfajta "visszapattanás"? Ebben a modellben az univerzum egy korábbi fázisban összehúzódott, majd egy kvantumátmenet során tágulni kezdett – ez utóbbi fázisban élünk mi most.

Itt a fekete lyukak nem csupán az időirányok közötti hidak, hanem különböző kozmológiai korszakok közötti átjárók is lehetnek. Előfordulhat, hogy a mi univerzumunk egy másik, szülő-kozmoszban kialakult fekete lyuk belseje. Egy korábbi világ összeomlott, "visszapattant", és az Einstein–Rosen-híd mentén új tágulásba kezdett, létrehozva azt a világot, amit ma ismerünk.

Ha ez a kép helyes, akkor a múltunk emlékei itt lehetnek velünk. A visszapattanás előtti korszakból származó maradványok, például apró fekete lyukak, túlélhették az átmenetet, és ma is ott keringhetnek a táguló világűrben. Sőt, az a titokzatos sötét anyag, amelynek eredetét oly lázasan keresik a csillagászok, talán éppen ezekből a "visszapattanás" előtti relikviákból áll. Ebben a megközelítésben az ősrobbanás nem egy pontszerű robbanás a semmiből, hanem egy kapu egy korábbi állapothoz. A híd pedig nem térbeli, hanem időbeli: egy átmenet a zsugorodás és a tágulás között.

Az Einstein–Rosen-híd rejtélyének ez az új értelmezése tehát nem kínál nekünk gyorsabb utazást a csillagok közé, nem ígér féreglyukakon keresztüli száguldást vagy időutazó turistákat. Amit kínál, az ennél sokkal mélyebb és intellektuálisan kielégítőbb. Egy olyan következetes képet ad a gravitációról és a kvantumvilágról, amelyben a téridő egyensúlyban tartja az idő ellentétes irányait. Nem dönti meg Einstein relativitáselméletét, és nem söpri félre a kvantumfizikát, hanem egyesíti és kiegészíti őket.

Ahogy egyre mélyebbre ásunk a természet titkaiba, rá kell ébrednünk, hogy a valóság sokszor furcsább, mint a képzeletünk szülte történetek. A féreglyukak talán nem léteznek abban a formában, ahogy a filmvásznon látjuk őket, de amit helyettük találtunk, az az egész mindenség szerkezetét megvilágítja.

A fizika következő nagy forradalma nem biztos, hogy képessé tesz minket a fénysebességnél gyorsabb haladásra, de felfedheti előttünk, hogy a világ legalján, a mikroszkopikus rezgések és a visszapattanó univerzumok szintjén az idő nem egy könyörtelen, egyirányú folyó, hanem egy kétirányú áramlás, amelyben a múlt és a jövő örök szimmetriában tükrözi egymást. (1)

(1) - https://theconversation.com/wormholes