Μεταξύ δύο περιοχών του αναδιπλωμένου Σύμπαντος, μπορεί να
σχηματιστεί σκουληκότρυπα (κοσμική σήραγγα), η οποία συνδέει μια λευκή με μια
μαύρη τρύπα. Το φως ακολουθεί την καμπυλότητα του χώρου.
Σύμφωνα με την αντίληψη της κλασσικής μηχανικής, ο χρόνος
θεωρείται τρέχων, ανεξάρτητος από οποιοδήποτε φαινόμενο που συμβαίνει στη φύση
και από το σύστημα αναφοράς που χρησιμοποιείται. Πράγματι για τον Νιούτον ο
αληθινός χρόνος, απόλυτος και μαθηματικός, για τον εαυτό του και για τη φύση του,
τρέχει ομαλά, χωρίς αναφορά σε κάτι έξω από αυτόν. Η κριτική του σχετικισμού
υποκατέστησε τον απόλυτο χρόνο με την ιδέα του χρόνου σε σχέση με τον
παρατηρητή, φέρνοντας στο φως το φαινόμενο που έχει το όνομα διαστολή χρόνων.
Για μια απλή οπτική εξήγηση της σκουληκότρυπας, σκεφτείτε
τον χωρόχρονο να απεικονίζεται σαν μία δισδιάστατη επιφάνεια. Αν αυτή η
επιφάνεια καμπυλωθεί διαμέσου μιας τρίτης διάστασης, μας δίνει μια εικόνα της
σκουληκότρυπας σαν μια "γέφυρα" που ενώνει δύο σημεία του χωρόχρονου.
Στην πραγματικότητα αυτή η δισδιάσταστη επιφάνεια είναι τετραδιάστατη (τρεις
διαστάσεις χώρου + μία χρόνου) και γι αυτό η οπτικοποίηση της πραγματικής
καμπυλότητας είναι αδύνατη. Δεν υπάρχουν παρατηρησιακά δεδομένα για
σκουληκότρυπες, αλλά σε θεωρητικό επίπεδο υπάρχουν έγκυρες λύσεις των εξισώσεων
που προκύπτουν από τη Γενική
θεωρία της Σχετικότητας που
περιλαμβάνουν σκουληκότρυπες.
Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι σκουληκότρυπων που ενδιαφέρουν
τους φυσικούς: Οι Λορεντζιανές (Lorentzian) σκουληκότρυπες (από τη Γενική Σχετικότητα)
και οι Ευκλείδιες σκουληκότρυπες (από την σωματιδιακή φυσική).
Οι Λορεντζιανές σκουληκότρυπες είναι ουσιαστικά οι
συντομότεροι δρόμοι μέσω του χώρου και του χρόνου. Μελετώνται κυρίως από τους
εμπειρογνώμονες στη βαρύτητα του Einstein.
Οι καλές ειδήσεις για τις Λορεντζιανές σκουληκότρυπες είναι ότι,
μετά από περίπου δέκα πέντε έτη σκληρής εργασίας, δεν μπορούμε να αποδείξουμε
ότι δεν υπάρχουν. Οι κακές ειδήσεις είναι ότι είναι πολύ παράξενα αντικείμενα:
Εάν υπάρχουν χρειάζονται μεγάλα ποσά αρνητικής μάζας για να κρατηθούν ανοικτές
και να εμποδιστούν από την κατάρρευση. (προσοχή η αρνητική μάζα δεν είναι
αντι-ύλη, είναι μια περιοχή όπου η ενέργεια του κόσμου είναι μικρότερη από αυτή
του συνηθισμένου κενού -σίγουρα παράξενης ουσίας). Μπορούμε να πάρουμε μικρά
ποσά αρνητικής ενέργειας στο εργαστήριο (με το φαινόμενο Casimir), αλλά δεν
μπορούμε να πάρουμε με τις παρούσες τεχνολογίες, μεγάλα ποσά αρνητικής
ενέργειας, τέτοια που απαιτούνται για να κρατήσουμε σε ένα κανονικό μέγεθος την
Λορεντζιανή σκουληκότρυπα. (Άστε που μπορούν να υπάρχουν βαθιά ζητήματα της
αρχής που αποτρέπει από εμας να συλλέξουμε πολλή αρνητική ενέργεια σε μια
θέση.)
Οι Ευκλείδιες σκουληκότρυπες είναι ακόμα πιό παράξενες: ζουν στο
"φανταστικό χρόνο" και είναι πραγματικά εικονικές κβαντικές μηχανικές
διαδικασίες. Αυτές οι Ευκλείδιες σκουληκότρυπες είναι ενδιαφέρουσες κυρίως
στους φυσικούς σωματιδίων (θεωρητικοί κβαντικών πεδίων). Δεν μπορείτε να τους
δώσετε μια συμπαθητική κλασσική ερμηνεία με όρους της κλασσικής βαρύτητας
πεδίου, και δυστυχώς πρέπει να ξέρετε πολλή κβαντική φυσική για να εκτιμήσετε
ακόμη και τις βασικές ιδιότητές τους.
Οι πρώτες σκουληκότρυπες βρέθηκαν με τη μελέτη της
μαθηματικής λύσης για τις μαύρες τρύπες. Εκεί διαπιστώθηκε ότι η γεωμετρική
ερμηνεία της λύσης αυτής έμοιαζε με το σχήμα δύο μαύρων οπών (δύο στομάτων) που
συνδέθηκαν με έναν "λαιμό" (γνωστή ως γέφυρα Einstein-Rosen). λαιμός
είναι ένα δυναμικό αντικείμενοου συνδέεται με τις δύο τρύπες που πιάνονται
εξαιρετικά γρήγορα με μια στενή σύνδεση μεταξύ τους.
Η Σχετικότητα προβλέπει ότι το κέντρο μιας μαύρης τρύπας
είναι ένα σημείο άπειρης πυκνότητας (μια χωροχρονική ανωμαλία) όπου οι
συνηθισμένοι νόμοι της Φυσικής δεν ισχύουν πλέον. Ο χρόνος, ο χώρος, η ύλη και
η ενέργεια δεν έχουν στην περιοχή μιας ανωμαλίας καλά καθορισμένο νόημα. Οι
εξισώσεις του Einstein δείχνουν ότι μια τέτοια ανωμαλία δεν προκαλεί απλά μια
λακκούβα στο φανταστικό επίπεδο φύλλο του χωροχρόνου, αλλά δημιουργεί ένα
τούνελ που τρυπάει το επίπεδο φύλλο και στιγμιαία μας συνδέει με την άλλη του πλευρά.
Η άλλη πλευρά μπορεί να βρίσκεται κάπου αλλού στο χωροχρόνο,
είτε στο παρελθόν είτε στο μέλλον ή ακόμη να βρίσκεται και σε ένα άλλο Σύμπαν.
Υποτίθεται ότι στα μυθιστορήματα οι "Κυρίαρχοι του Χρόνου" είναι
εκείνοι που πρώτοι κατάφεραν να τιθασεύσουν τη δύναμη των μαύρων οπών για να
αρχίσουν τα πειράματά τους με το ταξίδι στο χρόνο.
Οι θεωρητικοί έχουν βρεί από τότε κι άλλες λύσεις
σκουληκότρυπας. Αυτές οι λύσεις συνδέουν διάφορες γεωμετρικές μορφές σε καθένα
στόμιο της σκουληκότρυπας. Μια καταπληκτική πτυχή της σκουληκότρυπας είναι ότι
επειδή μπορούν να συμπεριφερθούν ως ο "συντομότερος δρόμος" του
χωρόχρονου, αυτές πρέπει να επιτρέπουν το χρονικό ταξίδι προς τα πίσω. Αυτή η
ιδιότητα υπονοεί ότι αν μπορούσαμε να ταξιδεψουμε γρηγορότερα από το φως, θα μπορούσαμε
να επικοινωνήσουμε με το παρελθόν.
Είναι βέβαια περιτό να λεχθεί, ότι αυτή ακριβώς η δυνατότητα
είναι που προκαλεί διαταραχές. Το ταξίδι στο χρόνο θα επέτρεπε ποικίλες
παράδοξες καταστάσεις.
Η ερώτηση που προκύπτει τώρα είναι εάν θα ήταν δυνατό να
κατασκευαστεί πραγματικά μια σκουληκότρυπα και κινώντας την κατά τέτοιο τρόπο
ώστε να γινόταν μια χρησιμοποιήσιμη χρονική μηχανή.
Το ενδιαφέρον όμως για τέτοιες λύσεις σκουληκότρυπας στη Γενική
Σχετικότητα υποκινήθηκε όταν εξέτασε ο Michael Morris και o Kip Thorne του
Τεχνολογικού ιδρύματος της Καλιφόρνιας τις γενικές ιδιότητες που είναι
απαραίτητες για μια σκουληκότρυπα για να παραμείνει ανοικτή. Διαπίστωσαν ότι η
γεωμετρία μιας σκουληκότρυπας είναι εγγενώς ασταθής. Και ότι άν μια
σκουληκότρυπα είναι στατική και αμετάβλητη στο χρόνο, τότε πρέπει να περιέχει
"εξωτική" ύλη. Τέτοια ύλη έχει αρνητική ενεργειακή πυκνότητα και μια
μεγάλη αρητική πίεση -- μεγαλύτερη σε μέγεθος από την ενεργειακή πυκνόηα.
Τέτοια ύλη καλείται "εξωτική" καθώς αυτή μοιάζει πολύ λίγο με όλες
τις μορφές της γνωστής ύλης. Όλες οι μορφές της ύλης γνωστές στους
φυσικούς και τους χημικούς έχουν θετική ενεργειακή πυκνότητα (ή,
ισοδύναμα, θετική μάζα), και πιέσεις ή εντάσεις που είναι πάντα
μικρότερες από την ενεργειακή πυκνότητα σε μέγεθος.
Η μια πιθανή πηγή "εξωτικής" ύλης που είναι γνωστή στη
θεωρητική φυσική, βρίσκεται στη συμπεριφορά ορισμένων κενών καταστάσεων στην
κβαντική θεωρία πεδίων. Δηλαδή οι κβαντικές διακυμάνσεις σε διάφορα πεδία να
είναι σε θέση να έχουν αρνητική ενεργειακή πυκνότητα. Σε αυτή τη δυνατότητα
εστιάζεται η θεωρητική έρευνας που περιλαμβάνει σκουληκότρυπες.
Τέτοια έρευνα έχει δείξει ότι είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν τα
κβαντικά αποτελέσματα για να ανοίξει μια σκουληκότρυπα πολύ μεγαλύτερη από το
χαρακτηριστικό μήκος που συνδέεται με την κβαντική βαρύτητα, γνωστό ως μήκος
Planck (περίπου10 -33 εκατοστόμετρα). Εάν η σκουληκότρυπα δεν ήταν πολύ
μεγαλύτερη από αυτό το μέγεθος, τότε όχι μόνο θα ήταν άχρηστη για τη μεταφορά
των χωροδιαστημοπλοίων, αλλά θα απαιτούταν βαντική βαρύτητα για να περιγράψει
την τρύπα.
Ο Stephen Hawking υπέθεσε ότι ενώ οι σκουληκότρυπες μπορούν να
δημιουργηθούν, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το χρονικό ταξίδι. Ακόμη και
η εξωτική ύλη που σταθεροποιεί την σκουληκότρυπα ενάντια στις αστάθειές της,
υποστήριξε, αν εισαχθεί ένα τέτοιο σωματίδιο ή ακόμη και ένα φωτόνιο μέσα σε
αυτή θα την αποσταθεροποιήσει αρκετά γρήγορα ώστε να αποτρέψει τη χρήση της.
Αυτό το θέμα είναι γνωστό ως η υπόθεση χρονικής προστασίας. Σύμφωνα με αυτήν
την υπόθεση, τα κβαντικά αποτελέσματα θα συνωμοτήσουν ώστε να αποτρέψουν
αποτελεσματικά το χρονικό ταξίδι ακόμα και όταν μοιάζει ότι μπορεί να γίνει με
την κλασσική φυσική.
Από την άποψη της θεωρητικής φυσικής των σκουληκότρυπων,
εντούτοις, δεν υπάρχει κανένας ιδιαίτερος λόγος για τον οποίο η απόσταση πρέπει
να είναι πιό σύντομη, μπορεί μέσω της σκουληκότρυπας να είναι η μακρύτερη
διαδρομή.
Οι σκουληκότρυπες είναι συνήθως μια μεγάλη θεωρητική διασκέδαση,
και είναι φαινομενικά οι έγκυρες λύσεις των εξισώσεων του Einstein. Δεν υπάρχει,
εντούτοις, κανένα πειραματικό στοιχείο για αυτές.
Πηγές:
Ιβανούδη Μαρία
Β’2
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου