Ilustracja artysty statku kosmicznego przechodzącego przez tunel czasoprzestrzenny do odległej galaktyki. Źródło zdjęcia: NASA. Kliknij, aby powiększyć.
Posłuchaj wywiadu: Unlikely Wormholes (4.5 mb)
Lub subskrybuj podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Teraz oglądałem moją część odcinków Star Trek. Jak dobrze to przygotowało mnie do faktycznego naukowego zrozumienia tunelu czasoprzestrzennego?
Dr Stephen Hsu: W Star Trek tak naprawdę nie używają tuneli czasoprzestrzennych, ale być może najlepszym sposobem na science-fiction dla tuneli czasoprzestrzennych był film Contact, oparty na książce Carla Sagana. I właściwie historycznie, kiedy Sagan pisał powieść - Sagan był profesorem astronomii - skontaktował się z ekspertem w zakresie ogólnej teorii względności, facetem o imieniu Kip Thorne, z Caltech, i chciał się upewnić, że sposób, w jaki tunele czasoprzestrzenne były traktowane w Kontaktie, był tak samo bliski naukowej poprawności, jak to możliwe. I to faktycznie pobudziło Thorne'a do przeprowadzenia wielu badań tuneli czasoprzestrzennych. Nasza praca jest w rzeczywistości przedłużeniem rzeczy, które zrobił.
Fraser: Więc gdybyś chciał zbudować tunel czasoprzestrzenny, teoretycznie, co byś zrobił?
Hsu: Musisz mieć bardzo dziwny lub egzotyczny rodzaj materii i ta materia musi mieć bardzo ujemne ciśnienie. Okazuje się, że aby ustabilizować gardło lub rurę tunelu czasoprzestrzennego, potrzebujesz bardzo dziwnej materii, a nasza praca dotyczy tego, jak możliwe byłoby tego rodzaju materia w modelach fizyki cząstek.
Fraser: Powiedzmy, że budujesz łzę w czasoprzestrzeni i wypełniasz ją egzotyczną materią, aby była otwarta, a następnie możesz przesunąć dwa punkty końcowe tunelu czasoprzestrzennego wokół Wszechświata, a one połączyłyby się zarówno w przestrzeni, jak i w czasie.
Hsu: Ale w niektórych opowiadaniach science fiction postulują, że pozostały tylko tunele czasoprzestrzenne z Wielkiego Wybuchu, a my po prostu odkryliśmy jeden i zaczniemy go używać. Ale konstruktywny model jest taki, że ludzie lub jakaś obca cywilizacja, faktycznie budują swoje własne, w takim przypadku dwa końce tunelu czasoprzestrzennego prawdopodobnie są na początku całkiem blisko siebie, ale potem je rozbierasz.
Fraser: Gdzie twoje badania skłoniły cię do przyjrzenia się tunelom czasoprzestrzennym?
Hsu: Badaliśmy podstawowe ograniczenia czegoś zwanego „równaniem stanu materii” - jakie właściwości, takie jak ciśnienie lub gęstość energii, mogą mieć materia. Znaleźliśmy kilka bardzo silnych ograniczeń i okazuje się, że ograniczenia te są bardzo negatywne dla możliwości zbudowania tunelu czasoprzestrzennego.
Fraser: Jaki wpływ będą mieli na tunel czasoprzestrzenny?
Hsu: Aby uzyskać bardzo dziwną egzotyczną materię, o której wspomniałem wcześniej, przy bardzo ujemnym ciśnieniu, okazuje się, że równania pokazują, że kiedy wymuszasz, aby ciśnienie było tak ujemne, zawsze występuje jakiś niestabilny tryb w tej materii, co oznacza, że gdybyś był aby zderzyć się z aparatem, możesz znaleźć egzotyczną materię - która stabilizuje tunel czasoprzestrzenny - po prostu zapada się na kilka zdjęć lub coś w tym rodzaju.
Fraser: Czy chodzi o to, żeby nie uderzać aparatem, czy teoretycznie niemożliwe jest osiągnięcie stabilnego punktu?
Hsu: Powiedziałbym, że teoretycznie niemożliwe jest zbudowanie klasycznej materii, która jest stabilna i może ustabilizować tunel czasoprzestrzenny. Możesz zapytać, no cóż, może po prostu uniknę zderzenia, ale jeśli wyślesz osobę przez tunel czasoprzestrzenny, samo to zapewni nierówność i najprawdopodobniej spowoduje, że całość się rozpadnie.
Fraser: Powiedzmy, że nie chciałeś wysyłać ludzi, po prostu chciałeś jakiegoś sposobu przesyłania informacji - mówienia w czasie.
Hsu: Nie jest to wykluczone. Okazuje się, że ograniczenia, które wyprowadzamy, dotyczą materii, w której efekty kwantowe są stosunkowo niewielkie. Jeśli masz materię, w której efekty kwantowe są bardzo duże, nadal możesz mieć stabilny tunel czasoprzestrzenny. Sam tunel czasoprzestrzenny byłby rozmazany w sposób kwantowy. Rura tunelu czasoprzestrzennego wahałaby się jak stan kwantowy. To nie przeszkadza w wysłaniu wiadomości w przeszłość; być może będziesz musiał spróbować wysłać wiadomość wiele razy, aby dotarła tam, gdzie chcesz. Ale być może nadal możesz wysłać wiadomość. Wysłanie osoby może być niebezpieczne, jeśli tunel czasoprzestrzenny się waha, ponieważ osoba ta może skończyć w niewłaściwym miejscu lub niewłaściwym czasie.
Fraser: Słyszałem, że zbudowanie tunelu czasoprzestrzennego wymagałoby więcej energii niż cały wszechświat. Czy masz jakieś obliczenia w tym celu?
Hsu: Nasze obliczenia niekoniecznie to pokazują. Potrzeba ogromnej gęstości energii, aby stworzyć tunel czasoprzestrzenny, który jest wystarczająco duży, aby człowiek mógł się przez niego zmieścić. Ale zazwyczaj biorąc pod uwagę tego rodzaju problem, zakładasz, że każda cywilizacja, która próbuje to zrobić, ma dowolnie zaawansowaną technologię. Staramy się zrozumieć, czy istnieje ograniczenie nie wynikające z technologii, ale naprawdę z podstawowych praw fizyki.
Fraser: A dokąd zaprowadzą cię twoje badania? Czy jest coś, czego nadal nie jesteś pewien?
Hsu: Nasz wynik dotyczy głównie klasycznych tuneli czasoprzestrzennych lub tuneli czasoprzestrzennych, których czasoprzestrzeń nie jest bardzo mechaniczna kwantowo, i nadal jesteśmy zainteresowani, czy możemy rozszerzyć nasze wyniki na tunele czasoprzestrzenne, w których czasoprzestrzeń jest rozmyta.
Fraser: Pojawiły się nowe prace nad ciemną energią, w których mówi się, że efekt ciemnej energii wydaje się zachodzić we Wszechświecie, że przyspiesza. Albo istnieje nowa forma energii, której wcześniej nie widziano, albo może to załamanie teorii Einsteina na dużym poziomie. Jeśli niektóre z tych prac zaczną pokazywać, że być może względność Einsteina nie jest w stanie wyjaśnić tego na wyższym poziomie, czy będzie to miało wpływ na klasyczne rozumienie, czym jest tunel czasoprzestrzenny?
Hsu: W kontekście ciemnej energii, ponieważ jest to coś, co wpływa na strukturę Wszechświata na dużą skalę, zachowanie Wszechświata na skale długości megaparseków, zawsze jest możliwe, że ogólna teoria względności jako teoria jest modyfikowana na bardzo duże odległości i ponieważ nie byliśmy w stanie przetestować tego na tych odległościach. Dlatego zawsze jest możliwe, że wnioski wyciągane z teorii względności po prostu nie mają zastosowania. W naszym przypadku skala długości, w której stosujemy ogólną teorię względności, jest wielkości człowieka. Byłoby więc nieco zaskakujące, gdyby ogólna teoria względności rozpadła się już w tych skalach długości, chociaż jest to możliwe.
Fraser: Więc to, co oglądasz, jest mniej istotne. W dalszym ciągu wyjaśnia to całkiem ładnie na taką skalę.
Hsu: Racja, istnieją silniejsze eksperymentalne testy ogólnej teorii względności, a przynajmniej grawitacji Newtona, na skalach długości metrów niż na megaparsekach. Dlatego jesteśmy bardziej pewni, że matematyczne sformułowanie grawitacji, którego używamy, jest prawidłowe.
Fraser: Gdybym chciał dość szybko przejść przez Wszechświat, powinienem zamiast tego spojrzeć na napęd warp, a może po prostu stary, poruszający się w regularnej przestrzeni.
Hsu: Jestem wielkim fanem science fiction, i odkąd byłem dzieckiem, ale jako naukowiec, muszę powiedzieć, że wygląda na to, że nasz Wszechświat nie wydaje się być skonstruowany w bardzo wygodny sposób dla ludzi, aby uzyskać od gwiazdy do gwiazdy. I science fiction, które w końcu pozostajemy blisko naszego Słońca, ale robimy niesamowite rzeczy za pomocą bioinżynierii, technologii informatycznych lub A.I. wydaje się, że jest bardziej prawdopodobne, że uda się je zrealizować dzięki naszym prawom fizycznym niż Star Trek.
