Περί Ατόμων και Συμπάντων (#16):
«Σκουληκότρυπες: Γέφυρες μεταξύ 2 κόσμων...»
(επιμέλεια: Βαγγέλης Αυξωνίδης)
«Σκουληκότρυπες: Γέφυρες μεταξύ 2 κόσμων...»
(επιμέλεια: Βαγγέλης Αυξωνίδης)
Η σκουληκότρυπα, ή γέφυρα Αϊνστάιν-Ρόζεν, είναι ένα υποθετικό τοπολογικό φαινόμενο, το οποίο θα μπορούσε να ενώσει δύο ξεχωριστά σημεία στον χωροχρόνο, θα μπορούσε να ενώσει εξαιρετικά μακρινές αποστάσεις, όπως δισεκατομμύρια έτη φωτός, ή και κοντινές αποστάσεις, μερικά μέτρα διαφορά, θα μπορούσε να φέρει σε επαφή δύο διαφορετικά σύμπαντα, και στην θεωρία δύο διαφορετικά σημεία στον χρόνο. Η σκουληκότρυπα μοιάζει σαν ένα τούνελ με δύο άκρες, ή καθεμία σε διαφορετικό σημείο στον χώρο.
Οι σκουληκότρυπες μελετήθηκαν από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν και τον μαθητή του Νάθαν Ρόζεν το 1935.( Ωστόσο ο Ludwig Flamm τις πρότεινε για πρώτη φορά το 1916.) Στο μοντέλο αυτό η ιδιομορφία στο κέντρο μίας μαύρης τρύπας είναι συνδεδεμένη με μία άλλη ιδιομορφία, η οποία μας οδηγεί σε ένα θεωρητικό αντικείμενο, την λευκή τρύπα.
Εδώ θέλω να κάνω μια παρένθεση και να υπενθυμίσω τι είναι η λευκή τρύπα. Ενώ μία μαύρη τρύπα "ρουφάει" ύλη προς τα μέσα, μία λευκή τρύπα "απωθεί" την ύλη προς τα έξω. Μαθηματικά, μία λευκή τρύπα είναι μαύρη τρύπα με αντίστροφο χρόνο. Επειδή κανένας δεν έχει γίνει μάρτυρας μίας λευκής οπής, είναι πιθανών να μην υπάρχουν, αλλά επιτρέπονται από τις εξισώσεις της γενικής θεωρίας της Σχετικότητας.
Ένα αντικείμενο, λοιπόν, το οποίο πέφτει μέσα σε μία μαύρη τρύπα θα μπορούσε να ταξιδέψει μέσω της σκουληκότρυπας και να βγει έξω από την λευκή τρύπα, στην άλλη πλευρά, σε ένα διαφορετικό σημείο του χώρου. Ο Αϊνστάιν, βέβαια, έδειξε ότι υπάρχουν δύο ελαττώματα στην χρήση των σκουληκοτρύπων για ταξίδι στον χρόνο.
Εδώ θέλω να κάνω μια παρένθεση και να υπενθυμίσω τι είναι η λευκή τρύπα. Ενώ μία μαύρη τρύπα "ρουφάει" ύλη προς τα μέσα, μία λευκή τρύπα "απωθεί" την ύλη προς τα έξω. Μαθηματικά, μία λευκή τρύπα είναι μαύρη τρύπα με αντίστροφο χρόνο. Επειδή κανένας δεν έχει γίνει μάρτυρας μίας λευκής οπής, είναι πιθανών να μην υπάρχουν, αλλά επιτρέπονται από τις εξισώσεις της γενικής θεωρίας της Σχετικότητας.
Ένα αντικείμενο, λοιπόν, το οποίο πέφτει μέσα σε μία μαύρη τρύπα θα μπορούσε να ταξιδέψει μέσω της σκουληκότρυπας και να βγει έξω από την λευκή τρύπα, στην άλλη πλευρά, σε ένα διαφορετικό σημείο του χώρου. Ο Αϊνστάιν, βέβαια, έδειξε ότι υπάρχουν δύο ελαττώματα στην χρήση των σκουληκοτρύπων για ταξίδι στον χρόνο.
- Μία σκουληκότρυπα είναι τόσο ασταθής, οπότε θα κατέρρεε προς την ίδια.
- Όποιο αντικείμενο κατευθύνεται προς μία μαύρη τρύπα, θα διαλύονταν από τις ισχυρότατες βαρυτικές δυνάμεις μέσα στην μαύρη τρύπα, οπότε ποτέ δεν θα έβγαινε στην άλλη πλευρά.
Ο Stephen Hawking, υποστήριξε την σκέψη του Αϊνστάιν, και υπέθεσε ότι ενώ οι σκουληκότρυπες μπορούν να δημιουργηθούν, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το χρονικό ταξίδι. Ακόμη και η εξωτική ύλη που σταθεροποιεί την σκουληκότρυπα ενάντια στις αστάθειες της, υποστήριξε, αν εισαχθεί ένα τέτοιο σωματίδιο ή ακόμη και ένα φωτόνιο μέσα σε αυτή θα την αποσταθεροποιήσει αρκετά γρήγορα ώστε να αποτρέψει τη χρήση της. Αυτό το θέμα είναι γνωστό ως η υπόθεση χρονικής προστασίας. Σύμφωνα με αυτήν την υπόθεση, τα κβαντικά αποτελέσματα θα συνωμοτήσουν ώστε να αποτρέψουν αποτελεσματικά το χρονικό ταξίδι ακόμα και όταν μοιάζει ότι μπορεί να γίνει με την κλασσική φυσική.
Από την άλλη μεριά, ο θεωρητικός φυσικός John Wheeler υποστήριξε ότι είναι πιθανών οι σκουληκότρυπες να δημιουργούνται αυθόρμητα και μετά να εξαφανίζονται, σύμφωνα με την υπόθεση Quantum Foam.( Η υπόθεση αυτή υποστηρίζει, ότι εικονικά σωματίδια, κάπως παράξενα, εμφανίζονται και εξαφανίζονται συνέχεια.)
Δυστυχώς, ο Wheeler κατέληξε στο γεγονός ότι αυτές οι αυτοσχέδιες σκουληκότρυπες είναι απίστευτα μικροσκοπικές, εμφανίζονται στο μήκος Πλάνκ (Planck length). Αυτό το μήκος είναι περίπου 10-33cm μακρύ. Με άλλα λόγια, οι σκουληκότρυπες θα ήταν τόσο μικρές, όπου θα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να τις εντοπίσουμε.
Ας υποθέσουμε όμως, ότι μπορούμε να εντοπίσουμε αυτές τις μικροσκοπικές σκουληκότρυπες, οι οποίες εμφανίζονται. Ίσως μπορούμε να τις κάνουμε μεγαλύτερες. Και για να τις κάνουμε μεγαλύτερες χρειαζόμαστε ένα περίεργο υλικό, την εξωτική ύλη.
"Ο κανόνας τις συνηθισμένης ύλης στο σύμπαν είναι ότι έχει θετική ενεργειακή πυκνότητα και θετική πίεση," λέει ο Eric Davis, ερευνητής στο Ινστιτούτο Ανώτατων Σπουδών στο Austin. "Η εξωτική ύλη είναι κάπως διαφορετική. Έχει αρνητική ενεργειακή πυκνότητα και αρνητική πίεση. Μπορείς να έχει μία ομάδα ύλης με αρνητική ενεργειακή πυκνότητα, αλλά θετική πίεση, ή και το ανάποδο."
Οι αρνητικές ιδιότητες της εξωτικής ύλης, ίσως μεταθέσουν τα άκρα μιας σκουληκότρυπας προς τα έξω, κάνοντάς την αρκετά μεγάλη-και αρκετά ασταθή- για έναν άνθρωπο ή ένα διαστημόπλοιο. Ωστόσο, η εξωτική ύλη δεν είναι εύκολα να δημιουργηθεί. Στην πραγματικότητα υπάρχει μόνο στην θεωρία. Δεν γνωρίζουμε πως μοιάζει, και δεν ξέρουμε από που να την βρούμε.
Από την άλλη μεριά, ο θεωρητικός φυσικός John Wheeler υποστήριξε ότι είναι πιθανών οι σκουληκότρυπες να δημιουργούνται αυθόρμητα και μετά να εξαφανίζονται, σύμφωνα με την υπόθεση Quantum Foam.( Η υπόθεση αυτή υποστηρίζει, ότι εικονικά σωματίδια, κάπως παράξενα, εμφανίζονται και εξαφανίζονται συνέχεια.)
Δυστυχώς, ο Wheeler κατέληξε στο γεγονός ότι αυτές οι αυτοσχέδιες σκουληκότρυπες είναι απίστευτα μικροσκοπικές, εμφανίζονται στο μήκος Πλάνκ (Planck length). Αυτό το μήκος είναι περίπου 10-33cm μακρύ. Με άλλα λόγια, οι σκουληκότρυπες θα ήταν τόσο μικρές, όπου θα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να τις εντοπίσουμε.
Ας υποθέσουμε όμως, ότι μπορούμε να εντοπίσουμε αυτές τις μικροσκοπικές σκουληκότρυπες, οι οποίες εμφανίζονται. Ίσως μπορούμε να τις κάνουμε μεγαλύτερες. Και για να τις κάνουμε μεγαλύτερες χρειαζόμαστε ένα περίεργο υλικό, την εξωτική ύλη.
"Ο κανόνας τις συνηθισμένης ύλης στο σύμπαν είναι ότι έχει θετική ενεργειακή πυκνότητα και θετική πίεση," λέει ο Eric Davis, ερευνητής στο Ινστιτούτο Ανώτατων Σπουδών στο Austin. "Η εξωτική ύλη είναι κάπως διαφορετική. Έχει αρνητική ενεργειακή πυκνότητα και αρνητική πίεση. Μπορείς να έχει μία ομάδα ύλης με αρνητική ενεργειακή πυκνότητα, αλλά θετική πίεση, ή και το ανάποδο."
Οι αρνητικές ιδιότητες της εξωτικής ύλης, ίσως μεταθέσουν τα άκρα μιας σκουληκότρυπας προς τα έξω, κάνοντάς την αρκετά μεγάλη-και αρκετά ασταθή- για έναν άνθρωπο ή ένα διαστημόπλοιο. Ωστόσο, η εξωτική ύλη δεν είναι εύκολα να δημιουργηθεί. Στην πραγματικότητα υπάρχει μόνο στην θεωρία. Δεν γνωρίζουμε πως μοιάζει, και δεν ξέρουμε από που να την βρούμε.
Αλλά ας πούμε ότι ξεπερνάμε και αυτό στην υπόθεσή μας. Έχουμε βρει μία μικροσκοπική σκουληκότρυπα, έχουμε με κάποιον τρόπο βρει εξωτική ύλη, και έχουμε μεγεθύνει και σταθεροποιήσει το τούνελ για να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να χωράει ένα διαστημόπλοιο. Ο Richard Holman, διδάκτωρ στο Carnegie Mellon University, εξηγεί ότι είναι δυνατών να βάλουμε οτιδήποτε δεν είναι φτιαγμένο από εξωτική ύλη. Αυτό όμως θα αποσταθεροποιούσε ολοκληρωτικά την σκουληκότρυπα. Με άλλα λόγια, η συμβουλή μου είναι, ποτέ να μην μπεις σε μία σκουληκότρυπα, γιατί αυτό κατευθείαν θα σε σκότωνε! (Αν βέβαια πρώτα βρείς μία.)
Οι σκουληκότρυπες, λοιπόν, είναι υποθετικά αντικείμενά που αγγίζουν τα όρια τις επιστημονικής φαντασίας. Εξάλλου σε αυτήν την σκέψη είναι βασισμένη η ταινία Interstellar του Christopher Nolan. Αποτελούν πόλο έλξης για πολλούς επιστήμονες, και υπόσχονται αρκετά. Η ύπαρξή τους βέβαια θα έφερνε πολλές αναταράξεις! (Ταξίδι πίσω στον χρόνο, βλ. παράδοξο παππού.)
Οι σκουληκότρυπες, λοιπόν, είναι υποθετικά αντικείμενά που αγγίζουν τα όρια τις επιστημονικής φαντασίας. Εξάλλου σε αυτήν την σκέψη είναι βασισμένη η ταινία Interstellar του Christopher Nolan. Αποτελούν πόλο έλξης για πολλούς επιστήμονες, και υπόσχονται αρκετά. Η ύπαρξή τους βέβαια θα έφερνε πολλές αναταράξεις! (Ταξίδι πίσω στον χρόνο, βλ. παράδοξο παππού.)
______________________
Will Wormhole Travel Ever Be Possible?, 26 Oct 2014, Διαθέσιμο στον διαδικτυακό τόπο: http://www.popsci.com/