A csodák világa: fekete lyukak, féregjáratok, időutazás

Tartalmazhat-e a tér egy tartománya a semminél is kevesebbet? Józan eszünk azt mondatja velünk, hogy ez lehetetlen, hiszen ha minden anyagot és sugárzást eltávolítunk, akkor vákuum, üresség marad vissza. A kvantumfizikusok válasza, ahogy már megszokhattuk, eltér a hétköznapitól. Szerintük a tér valamely tartományában az egységnyi térfogatban levő energia lehet a nullánál kevesebb. A következmények persze igen különösek.

A modern fizikában több területen is felbukkan a negatív energia. Stephen W. Hawking 1974-ben felvetette, hogy a fekete lyukak sugárzás kibocsátásával elpárolognak. A róla elnevezett Hawking-sugárzás révén a fekete lyuk így termikus egyensúlyba kerülhet a környezetével. A fekete lyukba csak befelé áramolhat energia. Kifelé áramló párolgás csak úgy létezhet, ha egyidejűleg negatív energia áramlik be a fekete lyukba. A fekete lyuk körül rendkívüli módon görbül a téridő, ez megzavarja a vákuumfluktuációkat és negatív energia jelenik meg. Ha van negatív energia, akkor a fekete lyukak fizikája és a termodinamika között nincs ellentmondás. (Ezzel kapcsolatban lásd a sorozat korábbi cikkét.)

A negatív energiának komoly szerep jut a feltételezett féreglyukak, féregjáratok körül is. Ezek távoli téridő-tartományokat összekötő alagutak lennének. Az 1980-as években több elméleti fizikus számításai arra mutattak, hogy a féregjáratok olyan nagyok lehetnek, hogy ember vagy űrhajó is mozoghatna bennük. A Földön belépnénk egy ilyen járatba és egy távoli ponton, mondjuk az Androméda-galaxisban szállnánk ki.

A téridő ilyen torzulásai még egy fantasztikus lehetőséget nyithatnak meg. Olyan téridő-buborékot lehet létrehozni, amelynek a belsejében a környezetéhez képest tetszőlegesen nagy sebességgel mozoghatna egy űrhajó. A különleges görbületek mentén megelőzhetnénk a fénysebességgel mozgó tárgyakat. A speciális relativitáselmélet csak a fénnyel azonos úton mozgó tárgyakra mondja ki, hogy nem előzhetik meg a fényt. A-ból B-be mozogva választhatnánk a fényúttól eltérő olyan görbületet, amelyen előbb érhetnénk B-be, mint a fény. Lehetővé válna az időutazás. Hawking bebizonyította, hogy a téridő valamilyen véges tartományában csak úgy lehet időgépet építeni, ha van negatív energia, anélkül nem megy.

A negatív energia léte és hatása a fizika több elfogadott és eddig bevált törvényének ellentmond, például a termodinamika második főtételének. Negatív energianyalábbal lehűthetnénk egy pohár vizet, a kivont pozitív energia pedig motort működtetne. Ez az örökmozgó akkor működőképes, ha megoldható a negatív és a pozitív energia korlátlan szétválasztása.