Különleges relativitás. Az űrkutatók, a futuristák és a tudományos fantasztikus írók zsarnoka óta Albert Einstein először javasolta ezt 1905-ben. Azoknak, akik arról álmodoznak, hogy az emberek egynapos csillagközi fajvá válnak, ez a tudományos tény olyan, mint egy nedves takaró. Szerencsére van néhány elméleti koncepció, amelyeket javasoltak, amelyek jelzik, hogy a Faster-Than-Light (FTL) utazás valamikor továbbra is lehetséges.
Népszerű példa a féreglyuk gondolata: egy spekulatív struktúra, amely a téridőben két távoli pontot összeköt, és amely lehetővé tenné a csillagközi térbeli utazást. Nemrégiben az Ivy League tudósai egy olyan tanulmányt készítettek, amely rámutatott, hogy a „mozgatható féreglyukak” valóban valósággá válhatnak. A rossz hír az, hogy eredményeik azt mutatják, hogy ezek a féreglyukak nem pontosan tartalmaznak hivatkozásokat, és a „hosszú utat” kozmikus megfelelőjének tekinthetik!
Eredetileg a féreglyukak elméletét javasolták Einstein általános relativitáselméletének (GR) terepi egyenleteinek lehetséges megoldására. Nem sokkal azután, hogy Einstein 1915-ben közzétette az elméletet, a német fizikusok, Karl Schwarzschild olyan lehetséges megoldást találtak, amely nemcsak a fekete lyukak, hanem az azokat összekötő folyosók megjóslását is megjósolta.
Sajnos Schwarzschild úgy találta, hogy a két fekete lyukat összekötő féreglyuk túl gyorsan összeomlik, hogy bárki áthaladjon az egyik végéről a másikra. Az átjárhatóság csak akkor lehetséges, ha stabilizálják őket negatív energia sűrűségű egzotikus anyag létezésével. Daniel Jafferis, a Thomas D. Cabot fizika egyetemi docens a Harvard Egyetemen más volt.
Amint az elemzést az Amerikai Fizikai Társaság 2019. áprilisi ülésén, Denverben (Colorado) írta:
„Az átjárható féreglyuk-konfigurációk kilátása már régóta lenyűgöző forrás. Leírom az első példákat, amelyek összhangban vannak az UV-tel kiegészíthető gravitációs elméletben, és nem tartalmaznak egzotikus anyagot. A konfiguráció közvetlen kapcsolatot tartalmaz a féreglyuk két vége között. Megvitatom továbbá annak kvantuminformáció gravitációs információkra gyakorolt hatásait, a fekete lyuk információs paradoxonját és annak kapcsolatát a kvantum-teleportációval. ”
Ennek a tanulmánynak a céljára Jafferis megvizsgálta Einstein és Nathan Rosen 1935-ben végzett munkáját. Schwarszchild és más, a GR-re megoldást kereső tudósok munkájának kibővítése céljából javaslatot tettek „hidak” létezésére két távoli pont között a téridő („Einstein – Rosen hidak” vagy „féreglyukak” néven ismert), amely elméletileg lehetővé teheti az anyag és tárgyak átjutását közöttük.
2013-ra ezt az elméletet az elméleti fizikusok, Leonard Susskind és Juan Maldacena felhasználták a GR és a „kvantum-összefonódás” lehetséges megoldására. ER = EPR sejtésként ismert, ez az elmélet azt sugallja, hogy a féreglyukak miatt az elemi részecskék állapota összekapcsolódhat a partnerével, még akkor is, ha fénymilliárd milliárd elválasztják egymástól.
Innentől kezdve fejlesztette Jafferis elméletét, azt állítva, hogy a féreglyukakat könnyű részecskék (más néven fotonok) áthaladhatják. Ennek kipróbálására Jafferis elemzést végzett Ping Gao és Aron Wall (egy harvardi hallgató és Stanford Egyetem kutatója) közreműködésével.
Azt találták, hogy bár elméletileg lehetséges a fenyőfény áthaladni egy féreglyukon, nem pontosan azok a kozmikus hivatkozások, amiben reménykedtünk. Ahogyan Jafferis egy AIP sajtóközleményében kifejtette: "Ezekbe a féreglyukakba való átjutás hosszabb időt vesz igénybe, mint a közvetlen bejutás, tehát ezek nem nagyon hasznosak az űrutazásban."
Elemzésük eredményei alapvetően azt mutatták, hogy a fekete lyukak közötti közvetlen kapcsolat rövidebb, mint egy féreglyuk-kapcsolat. Noha ez minden bizonnyal rossz hírnek tűnik azoknak az embereknek, akiket valamikor izgat a csillagközi (és a galátaközi) utazás kilátása, a jó hír az, hogy ez az elmélet új betekintést nyújt a kvantummechanika birodalmába.
"Ennek a munkának a valódi jelentőségét a fekete lyukkal kapcsolatos információs probléma, valamint a gravitáció és a kvantummechanika közötti kapcsolatok képezik" - mondta Jafferis. Az ő által említett „problémát” a Black Hole Information Paradox néven ismerték, és ezzel az asztrofizikusok már 1975 óta küzdenek, amikor Stephen Hawking rájött, hogy a fekete lyukak hőmérséklete és lassan szivárognak (más néven Hawking sugárzás).
Ez a paradoxon arra vonatkozik, hogy a fekete lyukak képesek megőrizni minden bennük lévő információt. Bár a felületükre felhalmozódott anyag összetömörülne a szingularitás pontjáig, az anyag kvantumállapota a tömörítés idején az idő dilatációjának köszönhetően megmarad (az idő múlásával megfagy).
De ha a fekete lyukak sugárzás formájában elveszítik a tömeget, és végül elpárolognak, akkor ez az információ elveszik. Egy olyan elmélet kifejlesztésével, amelyen keresztül a fény átjuthat egy fekete lyukon, ez a tanulmány eszköz lehet e paradoxon megoldására. A tömeg-energia veszteséget jelentő fekete lyukakból származó sugárzás helyett az is előfordulhat, hogy a Hawking sugárzás valójában a téridő másik régiójából származik.
Segíthet azoknak a tudósoknak is, akik megpróbálnak kidolgozni egy olyan elméletet, amely a gravitációt kvantummechanikával ötvözi (más néven: kvantum gravitáció vagy „minden elmélete”). Ennek oka az a tény, hogy Jafferis kvantummező-elméleti eszközöket használt az átjárható fekete lyukak létezésének feltételezésére, ily módon megszüntetve az egzotikus részecskék és a negatív tömeg szükségességét (amelyek a kvantum gravitációval ellentéteseknek tűnnek). Ahogy Jafferis kifejtette:
„Olyan régiók okozati szondáját adja meg, amelyek egyébként horizonton mögött lennének, egy ablakot nyújt a megfigyelő tapasztalataihoz egy téridőben, amely kívülről elérhető. Úgy gondolom, hogy mély dolgokat tanít meg nekünk a mérő / gravitációs megfeleltetésről, a kvantum gravitációról, és talán még egy új módszert a kvantummechanika megfogalmazására is. ”
Mint mindig, az áttörés az elméleti fizikában kétélű kard lehet, egyik kezével adva, a másikkal pedig elvetve. Tehát, bár ez a tanulmány valószínűleg több hideg vizet dobott az FTL utazás álmához, ez nagyszerűen segíthetne nekünk a Világegyetem mélyebb rejtélyeinek felszabadításában. Ki tudja? Lehet, hogy ezen ismeretek egy része lehetővé teszi számunkra, hogy megtaláljuk a módját ezen a speciális relativitásnak nevezett botlás körül!
