Erityinen suhteellisuus. Se on ollut avaruustutkijoiden, futuristien ja tieteiskirjailijoiden kirjoittaja siitä lähtien, kun Albert Einstein ehdotti sitä ensimmäisen kerran vuonna 1905. Niille meistä, jotka haaveilevat ihmisistä yhden päivän tulosta tähtienväliseksi lajeksi, tämä tieteellinen tosiasia on kuin märkä viltti. Onneksi on esitetty joitain teoreettisia käsitteitä, jotka osoittavat, että nopeampi kuin valo (FTL) -matkailu saattaa olla mahdollista joskus.
Suosittu esimerkki on idea madonreiästä: spekulatiivinen rakenne, joka yhdistää kaksi etäistä pistettä avaruusajassa ja mahdollistaisi tähtienvälisen avaruusmatkan. Äskettäin ryhmä Ivy League -tutkijoita teki tutkimuksen, joka osoitti, kuinka "kulkeutuvat madonreikät" voivat todella olla todellisuutta. Huono uutinen on, että niiden tulokset osoittavat, että nämä madonreikät eivät ole tarkalleen oikotie, ja voivat olla "pitkän matkan" kosmisen vastine!
Alun perin matoreikien teoriaa ehdotettiin mahdolliseksi ratkaisuksi Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian (GR) kenttäyhtälöihin. Pian sen jälkeen, kun Einstein julkaisi teorian vuonna 1915, saksalaiset fyysikot Karl Schwarzschild löysivät mahdollisen ratkaisun, joka ei vain ennustanut mustien reikien olemassaoloa, vaan myös niitä yhdistäviä käytäviä.
Valitettavasti Schwarzschild havaitsi, että kaikki kaksi mustaa reikää yhdistävä madonreikä romahtaa liian nopeasti, jotta kaikki voisi kulkea päästä toiseen. Ainoa tapa, jolla ne voisivat kulkea, olisi, jos ne vakautettaisiin eksoottisen aineen avulla, jolla on negatiivinen energiatiheys. Daniel Jafferis, Thomas D. Cabot -fysiikan apulaisprofessori Harvardin yliopistossa, oli erilainen.
Kun hän kuvasi analyysinsä Yhdysvaltain fyysisen yhdistyksen huhtikuun 2019 kokouksessa Denverissä, Coloradossa:
”Mahdolliset siirrettävät madonreiän kokoonpanot ovat jo kauan olleet kiehtovan lähteen. Kuvailen ensimmäisiä esimerkkejä, jotka ovat johdonmukaisia UV: n täydentävässä painovoimateoriassa, johon ei liity eksoottista ainetta. Konfiguraatio sisältää suoran yhteyden madonreiän kahden pään välillä. Keskustelen myös sen vaikutuksista kvantitietoihin painovoimassa, mustan aukon informaation paradoksiin ja sen suhteeseen kvantti-teleportaatioon. "
Tämän tutkimuksen tarkoituksia varten Jafferis tarkasteli Einsteinin ja Nathan Rosenin vuonna 1935 tekemää työtä. Laajentamalla Schwarszchildin ja muiden tutkijoiden tutkimusta GR: lle ratkaisuja etsien he ehdottivat ”siltojen” olemassaoloa kahden etäällä olevan pisteen välillä avaruusaika (tunnetaan nimellä “Einstein – Rosen-sillat” tai “madonreiät”), joka voisi teoriassa antaa aineen ja esineiden kulkea niiden välillä.
Vuoteen 2013 mennessä teoreettiset fyysikot Leonard Susskind ja Juan Maldacena käyttivät tätä teoriaa mahdollisena ratkaisuna GR: n ja ”kvantti-takertumisen” ratkaisuun. Tämä teoria, joka tunnetaan nimellä ER = EPR-olettama, ehdottaa, että madonreiät ovat miksi alkuainehiukkasten tila voi takertua kumppanin tilaan, vaikka ne olisivatkin erotettu miljardeilla valovuosilla.
Tästä lähtien Jafferis kehitti teoriaansa, väittäen, että madonreikiä voisi todella viedä valopartikkeleilla (aka. Fotoneilla). Tämän testaamiseksi Jafferis teki analyysin Ping Gaon ja Aron Wallin (vastaavasti Harvardin jatko-opiskelija ja Stanfordin yliopiston tutkija) avulla.
He havaitsivat, että vaikka teoreettisesti on mahdollista kuoren valoa kulkea madonreiän läpi, ne eivät ole tarkalleen kosminen pikakuvake, jonka me kaikki toivoimme olevansa. Kuten Jafferis selitti AIP: n lehdistötiedotteessa, "näiden madonreikien läpi kuluu kauemmin kuin suoraan käymiseen, joten ne eivät ole kovin hyödyllisiä avaruusmatkoihin."
Periaatteessa heidän analyysinsa tulokset osoittivat, että suora yhteys mustien reikien välillä on lyhyempi kuin madonreiän yhteys. Vaikka tämä varmasti kuulostaa huonoilta uutisilta ihmisille, jotka ovat jännittäneitä tähtienvälisten (ja galaktien välisten) matkailujen mahdollisuudesta joskus, hyvä uutinen on, että tämä teoria tarjoaa uudenlaisen käsityksen kvantmekaniikan valtakunnasta.
"Tämän työn todellinen merkitys liittyy sen suhteen mustan aukon tietoongelmaan sekä gravitaation ja kvantimekaniikan yhteyksiin", sanoi Jafferis. Hänen mainitsemaansa "ongelmaan" kutsutaan Black Hole Information Paradox, jota astrofysiikit ovat kamppailleet vuodesta 1975 lähtien, kun Stephen Hawking havaitsi, että mustissa reikissä on lämpötila ja ne vuotavat hitaasti säteilyä (aka. Hawkingin säteily).
Tämä paradoksi liittyy siihen, kuinka mustat aukot pystyvät säilyttämään kaiken tiedon, joka niihin siirtyy. Vaikka mikä tahansa niiden pintaan kerätty aine puristuisi singulaarisuuspisteeseen, aineen kvantitila sen puristamishetkellä säilyisi ajan dilaaation ansiosta (se jäätyy ajan myötä).
Mutta jos mustat aukot menettävät massan säteilyn muodossa ja lopulta haihtuvat, tämä tieto lopulta katoaa. Kehittämällä teoria, jonka kautta valo voi kulkea mustan aukon läpi, tämä tutkimus voisi edustaa keinoa tämän paradoksin ratkaisemiseksi. Massaenergian menetystä aiheuttavien mustien reikien säteilyn sijaan voi olla, että Hawking-säteily tulee tosiasiallisesti toisesta avaruusalueesta.
Se voi myös auttaa tutkijoita, jotka yrittävät kehittää teoriaa, joka yhdistää painovoiman kvantimekaniikkaan (alias. Kvanttipaino tai "kaiken teoria"). Tämä johtuu tosiasiasta, että Jafferis käytti kvanttikenttiteorian työkaluja kulkevien mustien reikien olemassaolon postulointiin, poistaen siten eksoottisten hiukkasten ja negatiivisen massan tarpeen (jotka näyttävät olevan ristiriidassa kvanttigravitaation kanssa). Kuten Jafferis selitti:
”Se antaa syy-anturin alueille, jotka muuten olisivat olleet horisontin takana, ikkunan tarkkailijan kokemukselle avaruuden aikana, johon pääsee ulkopuolelta. Luulen, että se opettaa meille syviä asioita mittarin / painovoiman vastaavuudesta, kvanttipainosta ja jopa kenties uudesta tavasta kvanttimekaniikan muotoiluun. "
Kuten aina, teoreettisen fysiikan läpimurtot voivat olla kaksiteräinen miekka, joka antaa yhdellä kädellä ja ottaa pois toisella. Joten vaikka tämä tutkimus on saattanut heittää enemmän kylmää vettä FTL-matkan unelmaan, se voisi hyvinkin auttaa meitä avaamaan joitain maailmankaikkeuden syvempiä mysteerejä. Kuka tietää? Ehkä jotkut kyseisistä tiedoista antavat meille mahdollisuuden löytää tiensä tämän kompastuskohdan ympärille, joka tunnetaan nimellä Special Relativity!
