Σκουληκότρυπες:Θα μπορούσαμε να ταξιδέψουμε μέσα από μια μαύρη τρύπα σε έναν άλλο γαλαξία;
Από τότε που ένα ταξίδι μέσα από μια σκουληκότρυπα παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στο 2001:A Space Odyssey Πριν από 50 χρόνια, η ιδέα τους έχει αιχμαλωτίσει τη φαντασία του κοινού. Και ένα μικρό θαύμα:είναι η απόλυτη μορφή κοσμικού ταξιδιού:ένας τρόπος να περνάς με φερμουάρ στους γαλαξίες σε μια στιγμή.
Αλλά ενώ οι σκουληκότρυπες έχουν γίνει βασικό στοιχείο της επιστημονικής φαντασίας, μεταξύ των επιστημόνων είναι πηγή ατελείωτης απογοήτευσης. Όχι επειδή η ιδέα είναι γελοία, αλλά επειδή δεν είναι. Το εκπληκτικό γεγονός είναι ότι οι σκουληκότρυπες είναι φυσικό επακόλουθο των σημερινών θεωριών της βαρύτητας και ερευνήθηκαν από τον ίδιο τον Αϊνστάιν πριν από περισσότερα από 80 χρόνια. Έκτοτε, οι ερευνητές προσπαθούν να ανακαλύψουν εάν μια τέτοια παράξενη θεωρητική πιθανότητα θα μπορούσε να είναι πραγματικότητα.
Και τώρα έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη – μια που εκμεταλλεύεται βαθιές συνδέσεις μεταξύ της φύσης του χώρου και του χρόνου και των νόμων του υποατομικού κόσμου. Το αποτέλεσμα είναι μια νέα κατανόηση του τι ακριβώς απαιτείται για να δημιουργηθεί μια πραγματική σκουληκότρυπα.
Ο Αϊνστάιν ερεύνησε για πρώτη φορά τις ιδιότητες των σκουληκότρυπων με τον συνάδελφό του Nathan Rosen το 1935, χρησιμοποιώντας τη θεωρία της βαρύτητας του, γνωστή ως Γενική Σχετικότητα. Βρήκαν ότι αυτό που σήμερα ονομάζουμε μαύρη τρύπα θα μπορούσε να συνδεθεί με μια άλλη μέσω ενός «λαιμού» που μοιάζει με σωλήνα. Τώρα που ονομάζεται γέφυρα Αϊνστάιν-Ρόζεν, αυτή φαινόταν να ανοίγει το δρόμο για συντομεύσεις στο χώρο και τον χρόνο, μπαίνοντας σε μια μαύρη τρύπα σε ένα μέρος του Σύμπαντος και αναδύοντας από ένα άλλο ίσως εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, αλλά χωρίς να χρειαστούν εκατομμύρια χρόνια για να το κάνετε αυτό – ταξιδεύοντας έτσι αποτελεσματικά πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός.
Ήταν μια εκπληκτική ιδέα, αλλά στις αρχές της δεκαετίας του 1960 δέχτηκε ένα σοβαρό πλήγμα από τον John Wheeler, τον λαμπρό αμερικανό φυσικό που επινόησε για πρώτη φορά τους όρους «μαύρη τρύπα» και «σκουληκότρυπα». Μαζί με τον συνάδελφό του θεωρητικό Robert Fuller, έδειξε ότι η γέφυρα Einstein-Rosen θα κατέρρεε σχεδόν μόλις σχηματιστεί. Όπως εξηγεί ο Δρ Daniel Jafferis, αναπληρωτής καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ:«Θα μπορούσαμε να πηδήξουμε από αντίθετες πλευρές και να συναντηθούμε στο συνδεδεμένο εσωτερικό, αλλά τότε θα ήμασταν και οι δύο καταδικασμένοι».
Ο Jafferis είναι ένας από μια ελίτ ομάδα θεωρητικών σε όλο τον κόσμο που αναζητούν τρόπους να αποφύγουν αυτό το πρόβλημα. Για χρόνια, η πιο πολλά υποσχόμενη ιδέα ήταν να στηρίξουμε τη γέφυρα χρησιμοποιώντας έναν τύπο «εξωτικής ύλης» με αρνητική ενέργεια. Όπως υποδηλώνει το όνομά του, αυτό είναι πολύ περίεργο πράγμα - τόσο παράξενο που είναι ικανό να κάμπτει τους κανονικούς κανόνες της βαρύτητας. Ενώ η συνηθισμένη ύλη δημιουργεί πάντα μια βαρυτική έλξη, η αρνητική ενέργεια που παράγεται από αυτή την εξωτική ύλη δημιουργεί μια αντιβαρυτική απώθηση. Παραδόξως, είναι γνωστό ότι υπάρχει τέτοια ενέργεια. Στη δεκαετία του 1990, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι ολόκληρο το Σύμπαν διαστέλλεται υπό την αντιβαρυτική επίδραση της λεγόμενης «σκοτεινής ενέργειας». Υπάρχει μόνο ένα πρόβλημα - η ακριβής προέλευση της σκοτεινής ενέργειας είναι ακόμη άγνωστη. Το ίδιο ισχύει και για την εξωτική ύλη – κανείς δεν έχει ιδέα πώς να δημιουργήσει το υλικό, πόσο μάλλον να το χρησιμοποιήσει να κρατήσει μια σκουληκότρυπα ανοιχτή αρκετά για να πετάξει μέσα.
Το σκουλήκι έχει γυρίσει
Αλλά τώρα η συζήτηση για τέτοιες αποκαλούμενες διασχίσιμες σκουληκότρυπες έχει πάρει μια ριζική νέα τροπή. Ακολουθεί την ανακάλυψη ενός νέου τρόπου διατήρησης της γέφυρας ανέπαφη που βασίζεται σε μια εκπληκτική σχέση μεταξύ των σκουληκότρυπων και της κβαντικής θεωρίας (οι νόμοι του υποατομικού κόσμου). Προέκυψε κατά τη διάρκεια προσπαθειών επίλυσης ενός προβλήματος που έχει εμμονή ορισμένους από τους μεγαλύτερους θεωρητικούς της εποχής μας, συμπεριλαμβανομένου του αείμνηστου Stephen Hawking:τι συμβαίνει με τα αντικείμενα που πέφτουν σε μια μαύρη τρύπα;
Όλοι γνωρίζουν ότι δεν υπάρχει διαφυγή από μια μαύρη τρύπα μόλις μπει μέσα σε αυτήν:η έλξη της βαρύτητας είναι πολύ ισχυρή ακόμη και για το φως να ξεφύγει από τους συμπλέκτες της. Ωστόσο, ο Χόκινγκ έδειξε περίφημα ότι μια μαύρη τρύπα δεν διαρκεί για πάντα, αλλά τελικά εκρήγνυται σε μια έκρηξη έντονης ακτινοβολίας, χωρίς να αφήνει κανένα ίχνος από οτιδήποτε έπεσε μέσα της.
Το πρόβλημα είναι ότι αυτό έρχεται σε αντίθεση με μία από τις βασικές αρχές της κβαντικής θεωρίας, η οποία δηλώνει ότι οι πληροφορίες δεν μπορούν ποτέ να καταστραφούν. Οι μαύρες τρύπες, ωστόσο, φαίνονται αρκετά ικανές να καταστρέψουν εντελώς πληροφορίες σχετικά με το τι έχουν καταναλώσει. Αυτό είναι το περιβόητο «παράδοξο πληροφοριών για τη μαύρη τρύπα» και υποδηλώνει ένα μεγάλο κενό στην κατανόησή μας για το πώς λειτουργεί το Σύμπαν.
Για δεκαετίες, ο Χόκινγκ και πολλοί άλλοι προσπάθησαν να λύσουν το παράδοξο χωρίς επιτυχία. Αλλά τώρα υπάρχει αυξανόμενος ενθουσιασμός που βρέθηκε η απάντηση. Και έγκειται στην ικανότητα των σκουληκότρυπων να παρέχουν διέξοδο από τις μαύρες τρύπες. Με απλά λόγια, οι θεωρητικοί πιστεύουν ότι το υποτιθέμενο αναπόφευκτο όριο μιας μαύρης τρύπας - ο λεγόμενος ορίζοντας γεγονότων - είναι γεμάτο με μικροσκοπικές σκουληκότρυπες που επιτρέπουν στις πληροφορίες να διαρρεύσουν, μαζί με την ακτινοβολία που έδειξε ο Χόκινγκ ότι καταστρέφει τις μαύρες τρύπες. Αυτό, με τη σειρά του, οδήγησε σε νέες γνώσεις για τη φύση των σκουληκότρυπων και για το αν μπορούν να διασχιστούν.
Μέχρι τώρα, ο μόνος γνωστός τρόπος για να διασχίσετε μια σκουληκότρυπα ήταν να σταματήσετε την κατάρρευση της γέφυρας Einstein-Rosen χρησιμοποιώντας την αρνητική ενέργεια της εξωτικής ύλης. «Τα κβαντικά φαινόμενα επιτρέπουν κάποια αρνητική ενέργεια», εξηγεί ο Jafferis. "Αλλά υπήρχε υποψία εδώ και καιρό ότι αυτό που απαιτείται για μια διασχίσιμη σκουληκότρυπα είναι φυσικά αδύνατο."
Τώρα, ο Jafferis και οι συνάδελφοί του Dr Ping Gao και Dr Aron Wall πιστεύουν ότι έχουν ανακαλύψει μια άλλη πηγή. «Αυτό που βρήκαμε είναι ότι μια άμεση αλληλεπίδραση μεταξύ των [μαύρων τρυπών στα] δύο άκρα μιας μη διασχίσιμης σκουληκότρυπας μπορεί να οδηγήσει σε αρνητική ενέργεια», λέει ο Jafferis. Το προκύπτον αντιβαρυτικό αποτέλεσμα σταματά στη συνέχεια τη γέφυρα Einstein-Rosen από την κατάρρευση, καθιστώντας έτσι τη σκουληκότρυπα διασχίσιμη.
Όταν ο Jafferis και οι συνεργάτες του λένε «άμεση αλληλεπίδραση», εννοούν ότι οι δύο μαύρες τρύπες που σχηματίζουν τα στόμια της σκουληκότρυπας επηρεάζουν η μία την άλλη σε πραγματικό, συνηθισμένο χώρο. «Τα δυαδικά συστήματα μαύρης τρύπας που καταναλώνουν το ένα την ακτινοβολία Hawking του άλλου είναι ένα καλό παράδειγμα», λέει ο Jafferis. "Η κατανάλωση της ακτινοβολίας είναι η άμεση σύνδεση."
Σε ένα κουβάρι
Έτσι, τα καλά νέα είναι ότι οι διασχίσιμες σκουληκότρυπες μπορούν πραγματικά να υπάρχουν. Ακόμα καλύτερα, σύμφωνα με τον Τζαφέρη δεν υπάρχει πρόβλημα να στείλεις άνθρωπο μέσω ενός από αυτά, τουλάχιστον κατ' αρχήν. Αλλά, ίσως δεν αποτελεί έκπληξη, υπάρχουν ορισμένα σημαντικά προβλήματα που πρέπει να ξεπεραστούν.
Πρώτον, οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να είναι απλώς ο τυπικός τύπος που σχηματίστηκε από τα κατάρρευτα απομεινάρια τεράστιων αστεριών. πρέπει να «μπλέξουν όσο το δυνατόν περισσότερο». Αυτό αναφέρεται σε μια παράξενη κβαντική σύνδεση που μπορεί να υπάρχει μεταξύ δύο αντικειμένων, έτσι ώστε οτιδήποτε γίνεται στο ένα επηρεάζει το άλλο αμέσως – ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκονται μεταξύ τους.
Όπως η αρνητική ενέργεια, το παράξενο φαινόμενο της κβαντικής εμπλοκής υπάρχει πραγματικά. Εντοπίστηκε για πρώτη φορά σε εργαστηριακά πειράματα πριν από σχεδόν 40 χρόνια και τώρα ερευνάται από εταιρείες όπως η Google για τη δημιουργία εξαιρετικά γρήγορων κβαντικών υπολογιστών. Ωστόσο, ενώ τα υποατομικά σωματίδια μπορούν να εμπλακούν σχετικά εύκολα στο εργαστήριο, κανείς δεν έχει ιδέα πώς να κάνει το ίδιο με τις μαύρες τρύπες. "Δεν μπορούμε να φτιάξουμε ούτε άμπλεξες μαύρες τρύπες, πόσο μάλλον κβαντικές μπερδεμένες με ακρίβεια", εξηγεί ο Τζαφέρης.
Ωστόσο, η άμεση αλληλεπίδραση μεταξύ δύο μαύρων τρυπών έρχεται με μια σύλληψη:απαγορεύει κάθε εκπληκτικό τέχνασμα ταξιδιού στο χρόνο. Θα μπορούσε όμως να επιτρέψει ακόμα ταχύτερα από το φως ταξίδια; Αυτή είναι μια δύσκολη ερώτηση, λέει ο Τζαφέρης. Η βαρύτητα, ο χώρος και ο χρόνος είναι όλα στενά συνδεδεμένα, και αυτό μπλέκει με την ίδια την έννοια της ταχύτητας. Σύμφωνα με τον Jafferis, οι υπολογισμοί που βασίζονται στους τύπους σκουληκότρυπας που έχουν μελετηθεί μέχρι στιγμής υποδεικνύουν ότι η χρήση τους θα ήταν στην πραγματικότητα πιο αργή από το απλό ταξίδι απευθείας στο διάστημα. Παραδέχεται, ωστόσο, ότι οι λεπτομέρειες δεν έχουν ακόμη διευκρινιστεί πλήρως. Έτσι, φαίνεται ότι το επιστημονικό γεγονός εξακολουθεί να βρίσκεται λίγο πίσω από την επιστημονική φαντασία. Οι νόμοι της φύσης φαίνεται να επιμένουν ότι οι σκουληκότρυπες μπορούν είτε να κάνουν καταπληκτικά κατορθώματα αλλά να καταρρεύσουν σε μια στιγμή είτε να είναι διασχίσιμες αλλά άχρηστες.
Ωστόσο, ξανά και ξανά, η φύση έχει προκαλέσει μεγάλες εκπλήξεις στους θεωρητικούς. Η απλή πιθανότητα ύπαρξης μαύρων τρυπών αμφισβητήθηκε για δεκαετίες και ο ίδιος ο Αϊνστάιν αρνήθηκε να πιστέψει στην κβαντική εμπλοκή. Μήπως κάπου στο Σύμπαν βρίσκονται φυσικές σκουληκότρυπες που κάνουν τα θαύματά τους;
Επιστήμη ή επιστημονική φαντασία;
Η δυνατότητα παρατήρησης μιας πραγματικής σκουληκότρυπας βρίσκεται τώρα στο επίκεντρο της έρευνας από τους θεωρητικούς που χρησιμοποιούν ένα μείγμα μαθηματικών και μοντέλων υπολογιστών. Η πρόκληση είναι να εντοπίσουμε τη διαφορά μεταξύ των κανονικών μαύρων τρυπών και εκείνων που είναι οι πύλες των σκουληκότρυπων. Σύμφωνα με τον Rajibul Shaikh, θεωρητικό της βαρύτητας στο Tata Institute of Fundamental Research στη Βομβάη της Ινδίας, η απάντηση μπορεί να βρίσκεται στις ανεπαίσθητες διαφορές στον τρόπο με τον οποίο επηρεάζουν το περιβάλλον τους - και ιδιαίτερα τη συμπεριφορά του φωτός. «Όπως προβλέπεται από τη Γενική Σχετικότητα του Αϊνστάιν, τα φωτόνια υφίστανται κάμψη σε ένα βαρυτικό πεδίο», εξηγεί.
Η έντονη βαρύτητα των μαύρων οπών δημιουργεί απίστευτα καυτούς, φωτεινούς δίσκους συσσώρευσης γύρω τους, που σχηματίζονται από την ύλη που κινείται σπειροειδή μέχρι την καταστροφή της. Οι κατά τα άλλα αόρατοι οικοδεσπότες αυτών των δίσκων αποκαλύπτουν στη συνέχεια την παρουσία τους ως μια μαύρη σκιά που ρίχνεται πάνω τους. Είναι το σχήμα αυτής της σκιάς που θα μπορούσε να αποκαλύψει πότε μια μαύρη τρύπα είναι στην πραγματικότητα κάτι ακόμα πιο παράξενο. Σύμφωνα με τον Shaikh, τα ενδεικτικά σημάδια μιας σκουληκότρυπας προέρχονται από τη βαρυτική επίδραση του λαιμού της στη σκιά που προκύπτει.
«Αυτό που βρήκα είναι ότι το σχήμα της σκιάς μιας αργά περιστρεφόμενης σκουληκότρυπας θα ήταν πολύ παρόμοιο με τη σχεδόν τέλεια σαν δίσκο σκιά που ρίχνει μια αργά περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα», εξηγεί. "Αλλά μια σκουληκότρυπα που περιστρέφεται πιο γρήγορα θα έριχνε μια σκιά που είναι πιο παραμορφωμένη από αυτή μιας μαύρης τρύπας με την ίδια περιστροφή."
Τονίζει ότι η έρευνα είναι ακόμη σε εξέλιξη, και τα μέχρι στιγμής αποτελέσματα βασίζονται σε συγκεκριμένους τύπους μαύρων τρυπών και σκουληκότρυπων. "Δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι ο τύπος των περιστρεφόμενων σκουληκότρυπων που θεωρώ ότι είναι οι πιο συνηθισμένοι."
Αλλά ο Shaikh επισημαίνει ότι οι αστρονόμοι έχουν ήδη τα μέσα για να ανιχνεύσουν τα φαινόμενα που προβλέπεται να υπάρχουν γύρω από τις σκουληκότρυπες. Γνωστό ως Event Horizon Telescope (EHT), αποτελείται από ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοκεραίων ικανών να κάνουν μελέτες μαύρων οπών και σκουληκότρυπων. «Και έχει ήδη αρχίσει να λαμβάνει δεδομένα», λέει ο Shaikh. Ίσως, μισό αιώνα μετά το ντεμπούτο της στις κινηματογραφικές οθόνες, η σκουληκότρυπα του χωροχρόνου πρόκειται να γίνει κάτι περισσότερο από επιστημονική φαντασία.
- Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος 322 του BBC Focus Magazine
