Mégis létezhetnek átjárható féreglyukak

Einstein és Rosen úgy vélték, hogy a fekete lyukak egyirányú féregjárat kapuk lehetnek

Lehetséges, hogy mégsem a fantasztikum világába, hanem a távoli jövő realitásai közé tartozik a "2001: Űrodüsszeia" című ikonikus sci-fi filmben megjelenített, féreglyukon keresztül történt csillagközi utazás? Egy most publikált elmélet arra a következtetésre jutott, hogy hipotetikusan igen, mert téves az az általánosan elfogadott axióma, miszerint az univerzum két távoli, görbületmentes pontját összekötő féreglyukak csak rendkívül rövid ideig létező képződmények, amelyek olyan gyorsan omlanak össze, hogy ezeken még a fény sem tud áthaladni.

A téridő titokzatos hídjai

Egy friss hipotézis ellentmond azoknak a korábbi előrejelzéseknek, hogy a féreglyukak, a téridő e hipotetikus képződményei, mihelyt létrejönnek, azonnal össze is omlanának. Pascal Korian, a lyoni Ecole Normale Supérieure elméleti fizikusa egy merőben új megközelítéssel vizsgálta meg azt a lehetőséget, hogy létezhetnek-e a téridő két pontját tartósan is összekötő féregjáratok.

Einstein és Rosen úgy vélték, hogy a fekete lyukak egyirányú féregjáratkapuk lehetnek Forrás: ESA

A világhírű elméleti fizikus, Albert Einstein, valamint a Princeton Egyetem másik neves professzora, Nathan Rosen már 1935-ben bebizonyították a „téridő hídjainak", vagyis az egyirányú féreglyukak létezésének lehetőségét.

A féreglyukak létezése a világegyetem kialakulásának az elméletéből vezethető le.

Albert Einstein és Nathan Rosen Forrás: Wkimedia Commons /Princeton University

Az univerzumot létrehozó ősrobbanás, a „Nagy Bumm" utáni 10⁴¹ másodpercben, az úgynevezett Planck-időben, amikor a négy alapvető kölcsönhatás, vagyis az erős, az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatás, valamint a gravitáció még nem különült el egymástól, a világegyetem egyfajta felfújódó, turbulens állapotú habra emlékeztetett, az ebben lévő buborékokat pedig kvantummechanikai bizonytalanságok uralták.

A táguló univerzum modellje az ősrobbanástól napjainkig Forrás: NASA

Szemléletesebben; a korai univerzum egy olyan négydimenziós gömbhöz hasonlított, ahol a kialakuló féreglyukak a gömbfelszín különböző pontjait kötötték össze, kitüremkedések formájában. Az ebből levezetett hipotézis szerint a világegyetem olyan buborékokból áll, ahol e buborékok felszínét önmagával és más buborékokkal is a féreglyukak kötik össze.

A semmiből előugró és a semmibe vesző féregjáratok

Albert Einstein és Nathan Rosen a féreglyukak kialakulását az általános relativitáselméletben megjósolt (azóta bizonyítottan létező) fekete lyukakhoz kötötte. Az ő megközelítésükben a fekete lyuk magja, a szingularitás úgy viselkedik, mint a féreglyuk egyik oldala. (A gravitációs szingularitás, ami a fekete lyukak jellemzője, azt jelenti, hogy a gravitációs mezőt leíró modellben a koordináta-rendszertől függetlenül végtelen mennyiségek jelennek meg.)

Egy fekete lyuk illusztrációja Forrás: Afp

Az egyirányú féreglyuk ebben az értelmezésben

egy olyan vékony csőszerű képződmény, ami képes összekötni az univerzum két távoli pontját.

Ha viszont a féreglyuk mindkét oldala egy helyen található, akkor nem a térben, hanem az időben keletkezik kapcsolat. (Az általános relativitáselmélet teoretikusan nem zárja ki azt, hogy az időben visszafelé is lehessen haladni.)

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

A vákuumot kitöltő úgynevezett kvantumhabban féreglyukak ugorhatnak elő, majd tűnhetnek el a semmiben. A féreglyukak teoretikusan tehát bárhol felbukkanhatnak az einsteini univerzum téridejében.

Einstein-Rosen híd – lehetséges eszköz a fénysebességnél gyorsabb utazáshoz?

Az egyik legizgalmasabb kérdés, hogy vajon mennyi ideig maradhatnak fenn ezek a különleges téridő- kapuk? Elméletben az Einstein-Rosen hidak, vagyis az egyirányú féreglyukak úgy képesek összekötni a téridő két pontját, hogyha ezeken valaki át tudna haladni,

a tér akár sok százezer vagy millió fényév távolságban lévő másik pontján lépne ki anélkül, hogy több százezer vagy több millió év telt volna el eközben.

A féreglyuk tehát - legalább is elméletben -, lehetővé tenné a fénysebességnél sokkal gyorsabb közlekedést a téridő két pontja között, ami elvi lehetőséget biztosítana a csillagközi utazáshoz is.

A csillagközi űrutazás ma még megoldhatatlan problémának tűnik Forrás: Flickr/ Bago Games

Az 1960-as években a Princeton Egyetem elméleti fizikaprofesszora, John Archibald Wheeler, valamint a matematikus Robert Fuller kiszámították, hogy a féreglyukak összeomlása rendkívül gyors folyamat. Az eredmény igen kiábrándítónak bizonyult, mert Wheeler és Fuller számításai szerint a féreglyuk időbeli fennállása annyira rövid, hogy azon még a fény sem képes áthaladni. A másik probléma, hogy a féreglyuk kialakulásához mindig negatív energiára van szükség, mivel a pozitív energia térgörbületet hoz létre.

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

A féreglyukakat fenntartó különleges hatást egzotikus anyagként is emlegetik, csakhogy ennek mibenléte még mindig nem tisztázott. Más megközelítésben viszont az antianyag negatív energiája lehet az egyetlen ismert elméleti metódus a féregjárat átjárhatóságának a fenntartására,

vagyis arra, hogy a híd ne omoljon össze.

Kiszámították, hogy egy nagy méretű és stabil féreglyuk létrehozásához 5·10³⁶ N/m² energiasűrűség szükséges, nagyjából akkora, mint ami egy szupersűrű neutroncsillag magjában uralkodik.

Egy neutroncsillag művészi ábrázolása Forrás: ESO / L. Calçada

A negatív energia kérdésköre valamelyest csak az 1990-es évek derekán tisztázódott, amikor bebizonyosodott, hogy az univerzum az úgynevezett sötét energia hatására tágul gyorsulva, de kérdések még így is maradtak bőven.

Egyáltalán nem olyan instabilak a féreglyukak, mint ahogy eddig feltételezték

Einstein és Rosen a szokásos Schwarzschild-metrikával alkotta meg a féreglyuk elméletét, és a féregjáratok legtöbb elemzése ugyanezt a mérőszámot használja. (A Schwarzschild mérőszám, vagy Schwarzschild-sugár egy teljes energiájú, gömbszimmetrikus fekete lyuk eseményhorizontjának a sugarát jelenti, leegyszerűsítve a szingularitás és az eseményhorizont közötti távolságot.)

A fekete lyukban a szingularitás és az eseményhorizont távolságát a Schwarzschild-sugár fejezi ki Forrás: Wikimedia Commons/XMM-Newton, ESA, NASA

Pascal Korian azonban most valami egészen mással, mégpedig az úgynevezett Eddington-Finkelstein metrikával próbálkozott, döbbenetes eredményre jutva. Koiran úgy találta, hogy az Eddington-Finkelstein metrika segítségével - ami a fekete lyukba beszippantott részecske sorsát vizsgálja - könnyebben nyomon tudja követni egy részecske útját a feltételezett féreglyukon keresztül.

Megállapította, hogy a részecske képes áthaladni az eseményhorizonton,

behatolni a féreglyuk alagútjába, és átjutni a túloldalon, mindezt pedig véges idő alatt.

Egy féreglyuk számítógépes illusztrációja Forrás: Science Photo Library via AFP/ANDRZEJ WOJCICKI/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Mopic

Az Eddington-Finkelstein metrika a pálya egyetlen pontján sem viselkedett rosszul. Ez azt jelenti, hogy az Einstein-Rosen hidak stabil képződmények? A válasz sajnos nem ennyire egyszerű, mert az általános relativitáselmélet csak a gravitáció viselkedéséről beszél, a többi természeti erőről nem. A termodinamika, amely a hő és az energia működésének elmélete, például azt mondja, hogy az úgynevezett fehér lyukak instabilak.

A fekete lyukak az univerzum legtitokzatosabb objektumai közé tartoznak Forrás: Wikimedia Commons

És ha a fizikusok megpróbálnának létrehozni egy fekete lyuk-fehér lyuk kombinációt a valós univerzumban, valódi anyag felhasználásával, más matematikai számítások szerint az energiasűrűség mindent szétszedhetne. ( A fehér lyukak a rejtélyes sötét anyag hipotetikus alkotórészei.) Koiran eredménye azonban ennek ellenére is roppant fontos,

mert rámutat, hogy a féreglyukak korántsem olyan instabilak,

mint amilyennek Einstein és Rosen, illetve Wheeler és Fuller gondolták. Korian formulája azt mutatja, hogy létezhetnek stabil utak a féregjáratokban, ezt pedig az általános relativitáselmélet tökéletesen meg is engedi.

Forrás: LiveScience