Tunele czasoprzestrzenne - ziewające bramy, które mogłyby teoretycznie łączyć odległe punkty w czasoprzestrzeni - są zwykle zilustrowane jako ziejące studnie grawitacyjne połączone wąskim tunelem.
Ale ich dokładny kształt nie był znany.
Teraz jednak fizyk w Rosji opracował metodę pomiaru kształtu symetrycznych tuneli czasoprzestrzennych - nawet jeśli nie udowodniono ich istnienia - w oparciu o sposób, w jaki obiekty mogą wpływać na światło i grawitację.
Teoretycznie tunele czasoprzestrzenne lub czterowymiarowe portale w czasoprzestrzeni mogą działać w ten sposób: z jednej strony nieodparty pociąg czarnej dziury wciągnąłby materię do tunelu połączonego na drugim końcu z „białą dziurą”, „który wyplułby materię w miejscu odległym od miejsca pochodzenia materiału w przestrzeni i czasie, zgodnie z siostrzaną stroną Live Science, Space.com. Chociaż naukowcy zaobserwowali ślady czarnych dziur we wszechświecie, białych dziur nigdy nie znaleziono.
Tunele czasoprzestrzenne (i sugerowana przez nich możliwość podróży międzygwiezdnych) pozostają zatem niesprawdzone, chociaż teoria ogólnej teorii względności Alberta Einsteina pozostawia miejsce na istnienie obiektów.
Jednak chociaż tunele czasoprzestrzenne mogą istnieć lub nie, naukowcy wiedzą wiele o zachowaniu światła i fal grawitacyjnych. Te ostatnie to zmarszczki w czasoprzestrzeni, które wirują wokół masywnych obiektów, takich jak czarne dziury.
Według nowego badania jedną z właściwości tunelu czasoprzestrzennego, którą można zaobserwować, choć pośrednio, jest przesunięcie ku czerwieni w świetle w pobliżu obiektu. (Przesunięcie ku czerwieni to zmniejszenie częstotliwości fal świetlnych, które oddalają się od obiektu, co powoduje przesunięcie do czerwonej części widma.)
Jeśli wiesz, jak światło wokół potencjalnego tunelu czasoprzestrzennego jest przesunięte na czerwono, możesz użyć częstotliwości fal grawitacyjnych lub częstotliwości drgań, aby przewidzieć kształt symetrycznego tunelu czasoprzestrzennego, powiedział autor badań Roman Konoplya. Jest profesorem nadzwyczajnym w Instytucie Grawitacji i Kosmologii na Uniwersytecie Przyjaźni Narodów w Rosji (RUDN).
Zazwyczaj badacze pracują w drugą stronę, patrząc na geometrię znanych kształtów, aby obliczyć, jak zachowują się światło i grawitacja, Konoplya powiedział Live Science w e-mailu.
Konoplya powiedziała, że będzie kilka metod sprawdzania przesunięcia ku czerwieni w pobliżu potencjalnego tunelu czasoprzestrzennego. Można by użyć soczewkowania grawitacyjnego lub wyginania promieni świetlnych, gdy przechodzą one przez masywne obiekty - na przykład tunele czasoprzestrzenne. Soczewki mierzy się pod względem wpływu na słabe światło pochodzące z odległych gwiazd (lub na jaśniejsze światło z pobliskiej gwiazdy „jeśli będziemy bardzo, bardzo szczęśliwi” - powiedziała Konoplya). Wyjaśnił, że inna metoda mierzy promieniowanie elektromagnetyczne w pobliżu tunelu czasoprzestrzennego, ponieważ przyciąga ono więcej materii.
Pomyśl o równaniu w ten sposób: jeśli uderzysz w bęben, zachowanie fal dźwiękowych wytwarzanych przez wibrację napiętej skóry może ujawnić kształt bębna, Jolyon Bloomfield, wykładowca w dziale fizyki w Massachusetts Institute of Technology, powiedział Live Nauka.
„Wszystkie różne częstotliwości - to mówi o różnych trybach wibracji tej napiętej skóry” - powiedział Bloomfield. Tymczasem szczyty i doliny tych wibracji stopniowo zanikają w czasie, co pokazuje, w jaki sposób tryby są „tłumione”. Te dwa informacje razem mogą pomóc ci zdefiniować kształt bębna, powiedział Bloomfield.
„To, co robi ten papier, jest w pewnym sensie tym samym dla tunelu czasoprzestrzennego. Jeśli rzeczywiście jesteśmy w stanie„ słuchać ”spadających częstotliwości oscylacji tunelu czasoprzestrzennego z wystarczającą precyzją, możemy wywnioskować kształt tunelu czasoprzestrzennego na podstawie spektrum częstotliwości i jak szybko się rozpadają ”- wyjaśnił.
W swoim równaniu Konoplya wziął wartości przesunięcia czerwonego tunelu czasoprzestrzennego, a następnie zastosował mechanikę kwantową lub fizykę małych cząstek subatomowych, aby oszacować, w jaki sposób fale grawitacyjne w czasoprzestrzeni wpłyną na fale elektromagnetyczne tunelu czasoprzestrzennego. Stamtąd skonstruował równanie, aby obliczyć geometryczny kształt i masę tunelu czasoprzestrzennego, podał w badaniu.
Technologia pomiaru fal grawitacyjnych istnieje dopiero od 2015 r., Wraz z wprowadzeniem laserowego interferometru Obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO). Teraz naukowcy starają się dostroić pomiary LIGO, ponieważ lepsze dane mogłyby pomóc naukowcom w końcu ustalić, czy we wszechświecie istnieje egzotyczna materia - materia zbudowana z bloków konstrukcyjnych w przeciwieństwie do normalnych cząstek atomowych. Bloomfield powiedział Live Science, że materiał ten może wspierać obiekty takie jak tunele czasoprzestrzenne.
Na razie przynajmniej tunele czasoprzestrzenne są tylko teoretyczne, więc równanie Konoplyi nie reprezentuje żadnych rzeczywistych pomiarów w świecie rzeczywistym, napisał w e-mailu. A detektory takie jak LIGO mierzą tylko jedną częstotliwość fal grawitacyjnych, podczas gdy do przewidzenia kształtu tunelu czasoprzestrzennego potrzeba kilku częstotliwości, powiedziała Konoplya.
„Z tak ubogich danych nie można uzyskać wystarczającej ilości informacji dla tak złożonej rzeczy, jak geometria zwartego obiektu”, napisała Konoplya w e-mailu.
Przyszłe badania mogą dostarczyć jeszcze bardziej szczegółowego obrazu kształtu i właściwości tunelu czasoprzestrzennego, powiedziała Konoplya.
„Nasze wyniki można również zastosować do obracających się tuneli czasoprzestrzennych, pod warunkiem że są one wystarczająco symetryczne” - dodał.
Odkrycia zostały opublikowane online 10 września w czasopiśmie Physics Letters B.
