Matoreiät ovat tieteiskirjallisuuden perusta, joka tarjoaa sankareillemme nopean ja helpon tavan matkustaa heti maailmankaikkeuden ympärillä. Vaikka tieteiskirjallisuus teki niistä suositun, madonreiät olivat juonneet tieteestä - tällaisen avaruusajan vääristäminen oli teoriassa mahdollista. Mutta Oregonin yliopiston tohtori Stephen Hsu: n mukaan madonreiän rakentaminen on todennäköisesti mahdotonta.
Kuuntele haastattelua: Epätodennäköiset madonreiät (4,5 mb)
Tai tilaa Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Nyt olen katsellut osuuteni Star Trekin jaksoista. Kuinka hyvin tämä on valmistellut minut madonreiän tosiasialliseen tieteelliseen ymmärtämiseen?
Dr. Stephen Hsu: Star Trekissä he eivät todellakaan käytä madonreikiä, mutta kenties paras matoreikien sci-fi-hoito oli elokuvassa Contact, joka perustuu Carl Saganin kirjaan. Ja tosiasiallisesti historiallisesti, kun Sagan kirjoitti romaania - Sagan oli tähtitieteen professori -, hän otti yhteyttä Caltechissa yleisen suhteellisuustehtävän asiantuntijaan, Kip Thorne -kaveriin, ja halusi varmistaa, että matoreikiä kohdeltiin kontaktissa todella lähes tieteellisesti oikein kuin mahdollista. Ja se todella stimuloi Thornea tekemään paljon tutkimuksia madonrei'istä. Työmme on oikeastaan jatko hänen tekemiinsä asioihin.
Fraser: Joten jos te haluaisit rakentaa madonreiän, mitä teoriassa teette?
Hsu: Sinulla on oltava hyvin outo tai eksoottinen aine, ja sillä on oltava erittäin negatiivinen paine. Osoittautuu, että matoreiän kurkun tai putken stabiloimiseksi tarvitset hyvin outoa ainetta ja työmme liittyy siihen, kuinka mahdollista tällainen aine olisi hiukkasfysiikan malleissa.
Fraser: Oletetaan, että rakennat kyyneleen avaruusajassa ja täytät sen eksoottisella aineella pitääksesi sen auki, ja sitten voisit liikuttaa madonreiän kahta päätepistettä maailmankaikkeuden ympärillä ja ne yhdistivät sekä avaruudessa että ajassa.
Hsu: Mutta joissakin tieteiskirjallisuustiedoissa he postulevat, että Isosta räjähdyksestä on vain joitain madonreikiä jäljellä, ja me vain löysimme sellaisen ja alamme käyttää sitä. Mutta rakentava malli on, että ihmiset tai jokin muukalainen sivilisaatio todella rakentaa omat, ja siinä tapauksessa madonreiän kaksi päätä ovat todennäköisesti melko lähellä toisiaan alussa, mutta sitten vedät ne toisistaan.
Fraser: Missä tutkimus on johtanut sinut tarkastelemaan madonreikiä?
Hsu: Opiskelemme perustavia rajoituksia niin sanotulle ”aineen yhtälölle” - millä ominaisuuksilla, kuten paineella tai energian tiheydellä, voi olla merkitystä. Löysimme joitain erittäin voimakkaita rajoituksia, ja osoittautuu, että nämä rajoitukset ovat erittäin kielteisiä matoreiän rakentamismahdollisuuden suhteen.
Fraser: Mitä vaikutusta heillä on madonreikään?
Hsu: Saadaksesi hyvin omituinen eksoottinen aine, jonka mainitsin aiemmin erittäin negatiivisella paineella, osoittautuu, että yhtälöt osoittavat, että kun pakotat paineen olemaan negatiivinen, asiassa on aina epävakaa tila, mikä tarkoittaa, että jos olisit räjäyttääksesi laitteesi, saatat löytää eksoottisen aineen - joka stabiloi madonreiän - vain kutistuu joukkoksi valokuvia tai jotain.
Fraser: Onko kyse laitteiden räpistämättä jättämisestä vai onko teoriassa mahdotonta saavuttaa vakaata pistettä?
Hsu: Sanoisin, että on teoreettisesti mahdotonta rakentaa klassista ainetta, joka on vakaa ja pystyy vakauttamaan madonreiän. Saatat kysyä, ehkäpä vältän vain aseman räjäyttämistä, mutta jos lähettäisit henkilön madonreiän kautta, se itsessään aiheuttaisi kohouman ja aiheuttaisi todennäköisesti koko asian hajoamisen.
Fraser: Oletetaan, että et halunnut lähettää ihmisiä, halusit vain tavan lähettää tietoja - puhua ajassa taaksepäin.
Hsu: Se ei ole poissuljettua. Osoittautuu, että johdetut rajoitukset liittyvät aineeseen, jonka kvanttiefektit ovat suhteellisen pienet. Jos sinulla on asiaa, jossa kvanttiefektit ovat erittäin suuria, sinulla voi silti olla vakaa madonreikä. Itse madonreikä olisi sumea kvantti tavalla. Matoreiän putki olisi heilahteleva kuin kvanttitila. Nyt se ei estä sinua lähettämästä viestiä ajallaan; saatat joutua yrittämään lähettää viestin useita kertoja saadaksesi sen menemään minne haluat. Mutta ehkä voit silti lähettää viestin. Henkilön lähettäminen voi olla vaarallista, jos madonreikä vaihtelee, koska henkilö voi päätyä väärään paikkaan tai väärään aikaan.
Fraser: Kuulin arviot, että madonreiän rakentaminen vaatisi enemmän energiaa kuin koko maailmankaikkeus. Onko sinulla jonkinlaisia laskelmia tätä varten?
Hsu: Laskelmamme eivät välttämättä osoita sitä. Se vaatii valtavan määrän energiatiheyttä, jotta saadaan aikaan madonreikä, joka on tarpeeksi suuri ihmisen läpikäymiseen. Mutta yleensä ottaen huomioon tällaisen ongelman oletat, että missä tahansa sivilisaatiossa yritetään tehdä tämä, on mielivaltaisesti edistynyt tekniikka. Yritämme ymmärtää, onko olemassa rajoitus, joka ei johdu tekniikasta, vaan todella johtuu fysiikan peruslaista.
Fraser: Ja mihin tutkimuksesi johtaa sinut tästä hetkestä lähtien? Onko jotain, josta olet vielä hieman epävarma?
Hsu: Tuloksemme on koskettava lähinnä klassisia matoreikiä tai matoreikiä, joiden avaruusaika ei ole kovin kvanttimekaaninen, ja olemme edelleen kiinnostuneita näkemään, voimmeko laajentaa tuloksemme kattamaan madonreikiä, joissa avaruusaika on sumea.
Fraser: Pimeästä energiasta on tehty uusi työ, jossa he sanovat, että tumman energian vaikutus näyttää tapahtuvan maailmankaikkeudessa, että se kiihtyy. Joko siellä on uusi energian muoto, jota ei ole ennen nähty, tai ehkä se on Einsteinin teorioiden erittely suurella tasolla. Jos osa työstä alkaa osoittaa, että ehkä Einsteinin relatiivisuus ei kykene selittämään sitä laajemmalla tasolla, vaikuttaako se madonreiän klassiseen ymmärtämiseen?
Hsu: Pimeän energian yhteydessä, koska se on jotain, joka vaikuttaa maailmankaikkeuden suuren mittakaavan rakenteeseen, maailmankaikkeuden käyttäytymiseen megaparsecs-pituusasteikolla, on aina mahdollista, että yleistä suhteellisuusteoriaa muutetaan teoriana erittäin suurilla etäisyyksillä ja koska emme ole pystyneet testaamaan sitä näillä etäisyyksillä. Joten on aina mahdollista, että suhteellisuudesta saatuja päätelmiä ei vain voida soveltaa. Meidän tapauksessamme pituusasteikko, jonka yli käytämme yleistä suhteellisuutta, on ihmisen kokoinen. Joten olisi jonkin verran yllättävää, jos yleinen suhteellisuus hajoaa jo niissä pituusasteikoissa, vaikka se on mahdollista.
Fraser: Joten se on enemmän pienellä puolella mitä katsot. Se selittää asiat vielä melko hienosti tässä mittakaavassa.
Hsu: Oikein, on olemassa voimakkaampia yleisen suhteellisuuden tai ainakin Newtonin painovoiman kokeellisia testejä metripituusasteikolla kuin megaparsekeilla. Joten olemme hieman varmempia siitä, että käyttämämme matemaattinen gravitaation muotoilu on oikea.
Fraser: Jos halusin päästä maailmankaikkeuden läpi melko nopeasti, minun pitäisi katsoa sen sijaan loimilaitetta tai ehkä vain tavallista vanhaa, joka liikkuu säännöllisessä tilassa.
Hsu: Olen valtava tieteiskirjailija ja olen ollut lapsesta lähtien, mutta tiedemiehenä minun on sanottava, että se näyttää siltä, että maailmankaikkeuttamme ei näytä olevan rakennettu erittäin kätevällä tavalla ihmisille tähdestä tähtiin. Ja sci-fi, jonka lopulta pysymme lähellä aurinkoamme, mutta teemme uskomattomia asioita bio- ja tietotekniikan tai A.I. vaikuttavat todennäköisemmin toteutettavissa fyysisillä laeillamme kuin Star Trek.
