Át tudnánk-e jutni egy másik világba fekete lyukakon keresztül?

Művészi ábra arról, amint egy csillagot beszippant a fekete lyuk

Azóta, hogy 1968-ban a 2001:Űrodüsszeia című legendássá vált sci-fi filmben először ábrázoltak egy féregjáraton át megtett csillagközi utazást, a fantasztikus ötlet sokak képzeletét megmozgatta.

Amíg a 2001: Űrodüsszeia bemutatója után a féregjárat lett a sci-fi műfaj egyik jelentős motívuma, addig a tudósok közt a frusztráció forrásává vált. Elsősorban nem is azért, mert az ötlet nevetséges, hanem mert ebben a sci-fi szerű formájában nem létezik. Talán meglepőnek tűnhet, hogy a féregjárat a jelenlegi gravitációs elméletek természetes következménye, amit már Einstein is vizsgált 80 éve.

Az 1968-ban bemutatott 2001 : Űrodüsszeia című tudományos-fantasztikus film ábrázolt először féreglyuk segítségével végrehajtott csillagközi utazást Forrás: AFP/Photo12

Azóta próbálják megfejteni a kutatók, hogy mindez vajon lehetséges-e a valóságban is? 2019-ben nagy áttörést értek el a tér és az idő természete valamint a szubatomi világ törvényei közti kapcsolatok elemzésével. Az elemzés alapján egy olyan új hipotézist állítottak fel, amely teoretikusan megmutatja, hogyan lehetne végrehajtani egy téridő-ugrást fekete lyukak segítségével.

A téridő bűvös hídja, amely azonnal összeomlik

Albert Einstein és Nathan Rosen teoretikusan már 1935-ben bebizonyították az egyirányú féreglyukak, a „téridő hídjainak" lehetőségét, az általános relativitáselméletből kiindulva. Azt találták, hogy elméletileg a fekete lyuk egy csőszerű „torkon" keresztül - ez a híres Einstein-Rosen híd -, egy másikhoz kapcsolódhat. Úgy tűnik, mintha az Einstein-Rosen híd egyfajta lerövidített út lenne a téridőn át.

Albert Einstein és Nathan Rosen. Ők vetették fel először a féreglyukak létezésének elméleti lehetőségét Forrás: Wikimedia Commons

E hipotézis szerint, ha valaki belépne egy fekete lyuk eseményhorizonton túli területére az univerzum egy adott pontján, talán sok százezer vagy millió fényévvel arrébb jönne ki, de anélkül, hogy százezernyi vagy milliónyi év telt volna el,

így gyakorlatilag a fénysebességnél gyorsabban utazott a téridő két pontja között.

Az 1960-as években azonban John Wheeler - ő alkotta meg egyébként a fekete lyuk és a féregjárat kifejezést - Robet Fullerr-rel együtt kimutatta, hogy az Einstein-Rosen híd rendkívül instabil képződmény, amely azonnal összeomlik, szinte abban a pillanatban, amikor létre jön.

John Archibald Wheeler, a híres elméleti fizikus mutatta ki, hogy a féreglyukak rendkívül instabil képződmények lehetnek Forrás: Twitter/Sandia National Labs

Évekig az volt a legígéretesebb ötlet, hogy az Einstein-Rosen hidat az úgynevezett egzotikus anyagot használva lehetne fenntartani. Ez egy olyan furcsa anyag, ami képes megtörni a gravitáció általános törvényszerűségeit. Míg a „rendes" anyag mindig gravitációs erőt generál, a negatív energia, amit az egzotikus anyag produkál, antigravitációs taszítást eredményez. Ilyen energia nem csak elméletben, hanem a valóságban is létezik.

A sötét energia művészi megközelítésben Forrás: SKA Organisation/Swinburne Astronomy

Az 1990-es években a csillagászok felfedezték, hogy az egész univerzum a sötét energia hatására tágul.

Csak az a probléma, hogy ennek az antigravitációs hatásnak és a sötét energiának még ismeretlen a pontos eredete.

Ugyanez a helyzet az egzotikus anyaggal is. Jelenleg senkinek sincs ötlete arra, miként lehetne létrehozni ilyen anyagot, arra pedig végképp nincsen elképzelés, hogy hogyan lehetne nyitva tartani ezzel a féregjáratot elég hosszú ideig ahhoz, hogy keresztülrepüljünk rajta.

Tátongó rés az univerzumról szerzett tudásunkban

De most egy radikális teoretikus felismerés történt: az, hogy az Einstein-Rosen híd fennmaradjon, a féregjárat és a kvantumelmélet kapcsolatán alapszik. Ez akkor merült fel, amikor próbálták megoldani azt a problémát, hogy mi történik azokkal az objektumokkal, amelyeket beszippant egy fekete lyuk, amiből nincs menekvés.

Stephen Hawking kimutatta, hogy az anyag elfajult állapota, a fekete lyuk sem tart örökké, hanem élete végén egy intenzív sugárzás-kitörésben megsemmisül, semmilyen nyomot sem hagyva maga után.

Művészi ábra arról, amint egy csillagot beszippant a fekete lyuk Forrás: ESO/M. Kornmesser

A probléma csak az, hogy ez ellentmond az egyik fő kvantumteória elvnek, amely azt állítja, hogy az információ sose semmisülhet meg.

Azonban úgy tűnik, a fekete lyukak képesek végleg törölni azokat az információkat, amiket „elfogyasztottak",

ez a híres fekete lyuk paradoxon. És ez arra utal, hogy nagy rés tátong az univerzumról szerzett eddigi tudásunkban. Hawking és sokan mások évtizedeken át próbálták feloldani ezt a paradoxont, de sikertelenül.

Stephen Hawking sem tudta megoldani a híres fekete lyuk paradoxont Forrás: Heavy.com

Most azonban úgy tűnik, hogy megvan a válasz; a féregjáratok ugyanis képesek kifelé vezető utat biztosítani a fekete lyukból. Egyszerűen fogalmazva: az eseményhorizont kis féregjáratokkal van átlyuggatva,

ami lehetővé teszi, hogy az információ kiszivárogjon a sugárzással együtt,

amelyről Hawking kimutatta, hogy lerombolja a fekete lyukat. Ez viszont bepillantást nyújt a féregjárat természetébe, és abba is, hogy vajon átjárható-e.

Kísértetiesen távolható fekete lyukak, mint a téridő kapui

Mostanáig az antianyag negatív energiája volt az egyetlen ismert elméleti metódus a féregjárat átjárhatóságának a fenntartására, vagyis arra, hogy a híd ne omoljon össze. Jafferis azt mondja, hogy a kvantumhatás lehetővé tesz némi negatív energiát. De régóta gyanították, hogy az, ami egy átjárható féregjárat fenntartásához szükséges, fizikailag lehetetlen.

Albert Einstein alkotta meg az általános relativitáselméletet, illetve a téridő fogalmát Forrás:Popper Foto/Getty Images

Jafferis és két kollégája, Dr. Ping Gao és Dr. Aron Wall úgy vélik, hogy felfedeztek ehhez egy másik forrást. Egy közvetlen interakció az átjárhatatlan féregjárat két vége közt, pontosabban a két fekete lyuk közt ugyanis negatív energiához vezethet, és az így keletkezett antigravitációs hatás megakadályozza a híd összeomlását, vagyis, a féregjárat átjárhatóvá válik.

Két bespirálozó, egymással kapcsolatba kerülő fekete lyuk művészi megjelenítése Forrás: ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav)/Mark Myers

Amikor Jafferis és kollégái azt mondják, „közvetlen interakció", ez alatt azt értik, hogy a féregjárat száját formáló két fekete lyuk valós, rendes téren keresztül hat egymásra. „Az egymás Hawking-sugárzását fogyasztó bináris fekete lyuk rendszerek jó példák erre, mert a sugárzás fogyasztása a közvetlen kapcsolat "- mondja Jafferis.

Tehát, elméleti megfontolások alapján valóban létezhet az átjárható féregjárat.

Jafferis szerint elvileg nem lenne kizárt átküldeni egy embert ezen a folyosón, de van néhány nagy probléma, amit még meg kell oldani. A fekete lyukak nem csak a nagy csillagok összeomlott maradványaiból való standard típusok kell hogy legyenek, hanem maximálisan összekapcsoltnak is kell lenniük.

Nem tudni, hogy vajon mi lehet a fekete lyuk eseményhorizontján túl Forrás: Wikimedia Commons/XMM-Newton, ESA, NASA

Ez a fajta interakció a kvantumösszefonódásra, vagy ahogyan Einstein nevezte, a kísérteties távolhatásra utal. (Ezt a távolhatást olyan nagy cégek is vizsgálják, mint a Google, hogy ultragyors kvantumszámítógépet hozzanak létre.) Mégis, amíg laboratóriumi körülmények között relatíve könnyen összekapcsolhatunk szubatomi részecskéket kvantumösszefonódással, arra természetesen még senkinek sincs ötlete, hogyan lehetne ehhez hasonlót fekete lyukakkal csinálni.

Már megvannak az eszközök a féregjáratok felfedezésére

Mégis, két fekete lyuk közt elméletben létre jöhet a közvetlen interakció, ami - szintén csak teoretikusan - lehetővé tenné az így keletkező féreglyukon át történő téridő-ugrást.Jelenleg egy valós féregjárat felfedezése illetve megfigyelése áll a kutatások fókuszában. Az egyik legfontosabb feladat azt megfejteni, hogy mi a különbség a normál fekete lyuk és az olyan fekete lyuk között, ami a féregjáratok kapuja.

Szimuláció egy féregjáratról Forrás: Davide and Paolo Salucci

Rajibul Shaikh, az indiai Mumbaiban lévő Tata Institute of Fundamental Research elméleti fizikusa szerint a választ azokban a finom differenciákban kell keresni, ahogy a fekete lyukak a környezetükre hatnak, különös tekintettel a fekete lyukak közelében elhaladó fény viselkedésére.

Ahogy Einstein előre jelezte az általános relativitáselméletben, a fény a gravitációs mezőben meggörbül.

A fekete lyukak intenzív gravitációja hihetetlen forróságot, a körülöttük spirálmozgást végző anyagból pedig ragyogó akkréciós korongot hoznak létre maguk körül.

Illusztráció egy fekete lyuk körüli akkrációs korongról Forrás: Science Photo Library via AFP

A másként láthatatlan fekete lyuk úgy fedi fel a jelenlétét, hogy koromsötét árnyékként vetül a fényes akkréciós korongra. Ennek az árnyéknak a formájából lehet arra következtetni,

hogy a fekete lyuk rendelkezhet-e féregjárattal, vagy sem.

Fontos hangsúlyozni, hogy az ezzel kapcsolatos kutatások még messze nem tekinthetők lezártnak, de a csillagászoknak már megvannak az eszközeik ahhoz, hogy érzékeljék azokat a hatásokat, amelyek előre jelzik a féregjáratokat.

Jelenet a 2001: Űrodüsszeia című Stanley Kubrick filmből, amely először vetette fel a téridő-ugrást féreglyukak segítségével Forrás: MGM

A jelenlegi ismereteink szerint csak az átjárható féreglyukak tennének lehetővé olyan nagy ugrásokat térben és időben, aminek a leküzdése egyébként lehetetlennek tűnik.