Særlig relativitet. Det har været rumfarerne, futuristerne og science fiction-forfatterne, siden Albert Einstein først foreslog det i 1905. For dem af os, der drømmer om, at mennesker en dag bliver en interstellar art, er denne videnskabelige kendsgerning som et vådt tæppe. Heldigvis er der et par teoretiske koncepter, der er blevet foreslået, der tyder på, at hurtigere rejse-end-lys (FTL) rejse muligvis stadig er mulig en dag.
Et populært eksempel er ideen om et ormhul: en spekulativ struktur, der forbinder to fjerne punkter i rumtiden, der ville muliggøre interstellar rumfart. For nylig gennemførte et team af Ivy League-forskere en undersøgelse, der viste, hvordan ”gennemkørselige ormehul” faktisk kunne være en realitet. Den dårlige nyhed er, at deres resultater indikerer, at disse ormehuller ikke nøjagtigt er genveje, og kan være den kosmiske ækvivalent til at ”tage den lange vej”!
Oprindeligt blev teorien om ormehuller foreslået som en mulig løsning på feltligningerne af Einsteins teori om generel relativitet (GR). Kort efter, at Einstein offentliggjorde teorien i 1915, fandt de tyske fysikere Karl Schwarzschild en mulig løsning, der ikke kun forudsagede eksistensen af sorte huller, men af korridorer, der forbinder dem.
Desværre fandt Schwarzschild, at ethvert ormhul, der forbinder to sorte huller, ville kollapse for hurtigt til, at noget kunne krydse fra den ene ende til den anden. Den eneste måde, de kunne være på tværs af, ville være, hvis de blev stabiliseret af eksistensen af eksotiske stoffer med negativ energitæthed. Daniel Jafferis, Thomas D. Cabot, lektor i fysik ved Harvard University, havde en anden opgave.
Da han beskrev sin analyse under mødet i april i 2019 i American Physical Society i Denver, Colorado:
”Udsigten til gennemgåelige ormehulskonfigurationer har længe været en kilde til fascination. Jeg vil beskrive de første eksempler, der er konsistente i en UV-kompletérbar teori om tyngdekraft, der ikke involverer noget eksotisk stof. Konfigurationen involverer en direkte forbindelse mellem ormhullets to ender. Jeg vil også diskutere dens konsekvenser for kvanteinformation i tyngdekraften, informationsparadokset med sorte huler og dets forhold til kvanteteleportering. ”
Med henblik på denne undersøgelse undersøgte Jafferis det arbejde, der blev udført af Einstein og Nathan Rosen i 1935. I betragtning af at udvide arbejdet hos Schwarszchild og andre forskere, der søgte løsninger på GR, foreslog de den mulige eksistens af "broer" mellem to fjerne punkter i rumtid (kendt som "Einstein – Rosen-broer" eller "ormehuller"), der teoretisk kunne gøre det muligt for materie og genstande at passere mellem dem.
I 2013 blev denne teori brugt af teoretiske fysikere Leonard Susskind og Juan Maldacena som en mulig opløsning for GR og “kvanteforvikling”. Denne teori, der er kendt som ER = EPR-antagelsen, antyder, at ormehuller er grunden til, at en elementær partikeltilstand kan blive sammenfiltret med partnerens, selvom de adskilles af milliarder af lysår.
Det var herfra, at Jafferis udviklede sin teori ved at postulere, at ormehul faktisk kunne krydses af lette partikler (alias fotoner). For at teste dette gennemførte Jafferis en analyse med hjælp fra henholdsvis Ping Gao og Aron Wall (henholdsvis en Harvard-kandidatstuderende og forsker fra Stanford University).
Hvad de fandt, var, at selvom det teoretisk er muligt granlys at krydse et ormehul, er de ikke nøjagtigt den kosmiske genvej, som vi alle håbede på, at de skulle være. Som Jafferis forklarede i en AIP-pressemeddelelse: "Det tager længere tid at komme gennem disse ormehuller end at gå direkte, så de er ikke særlig nyttige til rumrejser."
Grundlæggende viste resultaterne af deres analyse, at en direkte forbindelse mellem sorte huller er kortere end en ormhullsforbindelse. Selvom dette helt sikkert lyder som dårlige nyheder for mennesker, der er begejstrede over udsigten til interstellar (og intergalaktisk) rejser en dag, er den gode nyhed, at denne teori giver en vis ny indsigt i kvantemekanikens område.
”Den virkelige import af dette arbejde er i forhold til informationsproblemet med sorte huler og forbindelserne mellem tyngdekraft og kvantemekanik,” sagde Jafferis. ”Problemet”, han refererer til, er kendt som Black Hole Information Paradox, noget som astrofysikere har kæmpet med siden 1975, da Stephen Hawking opdagede, at sorte huller har en temperatur og langsomt lækker stråling (også kendt som Hawking-stråling).
Dette paradoks vedrører, hvordan sorte huller er i stand til at bevare enhver information, der passerer ind i dem. Selvom ethvert stof, der er hævet på deres overflade, ville komprimeres til singularitetspunktet, ville materiens kvantetilstand på tidspunktet for dens komprimering bevares takket være tidsudvidelsen (det fryses i tide).
Men hvis sorte huller mister masse i form af stråling og til sidst fordamper, vil denne information til sidst gå tabt. Ved at udvikle en teori, gennem hvilken lys kan rejse gennem et sort hul, kunne denne undersøgelse repræsentere et middel til at løse dette paradoks. I stedet for stråling fra sorte huller, der repræsenterer et tab af masseenergi, kan det være, at Hawking Stråling faktisk kommer fra en anden region i rumtiden.
Det kan også hjælpe videnskabsmænd, der forsøger at udvikle en teori, der forener tyngdekraften med kvantemekanik (alias kvantetyngdekraft eller en "teori om alting"). Dette skyldes det faktum, at Jafferis brugte kvantefeltteori-værktøjer til at postulere eksistensen af gennemkørbare sorte huller og således fjerne behovet for eksotiske partikler og negativ masse (som synes at være uforenelige med kvantetyngdekraften). Som Jafferis forklarede:
”Det giver en kausal sonde af regioner, der ellers ville have været bag en horisont, et vindue til oplevelsen af en observatør inden for en rumtid, der er tilgængelig udefra. Jeg tror, det vil lære os dybe ting om korrespondance mellem gauge / tyngdekraft, kvantetyngdekraft og måske endda en ny måde at formulere kvantemekanik på. ”
Som altid kan gennembrud i teoretisk fysik være et to-kantet sværd, der giver med den ene hånd og tager væk med den anden. Så selvom denne undersøgelse måske har kastet mere koldt vand på drømmen om FTL-rejser, kunne det meget vel hjælpe os med at låse nogle af universets dybere mysterier op. Hvem ved? Nogle af disse viden vil måske give os mulighed for at finde en vej rundt om denne stødesten, der kaldes Special Relativity!
