Posebna relativnost. Bio je svemir istraživača svemira, futurista i autora znanstvene fantastike otkad ga je Albert Einstein prvi put predložio 1905. Za one od nas koji ljudi sanjaju da će jednog dana ljudi postati međuzvjezdana vrsta, ova je znanstvena činjenica poput mokre deke. Srećom, predloženo je nekoliko teorijskih koncepata koji ukazuju da bi putovanje bržim od svjetlosti (FTL) moglo biti moguće jednoga dana.
Popularni primjer je ideja o crvotočnoj rupi: spekulativna struktura koja povezuje dvije udaljene točke u prostornom vremenu koje bi omogućile međuzvjezdana putovanja u svemir. Nedavno je tim znanstvenika Ivy League proveo studiju koja je ukazala na to kako „pokretne crvotočine“ zapravo mogu biti stvarnost. Loša vijest je da njihovi rezultati ukazuju na to da ove crvotočne rupe nisu baš prečaci i mogli bi biti kozmički ekvivalent "putu na dugi put"!
Izvorno je teorija crvotočina predložena kao moguće rješenje terenskih jednadžbi Einsteinove teorije opće relativnosti (GR). Ubrzo nakon što je Einstein objavio teoriju 1915. godine, njemački fizičari Karl Schwarzschild pronašli su moguće rješenje koje nije predviđalo samo postojanje crnih rupa, već i hodnika koji će ih povezivati.
Nažalost, Schwarzschild je otkrio da će se svaka crvotočina koja spaja dvije crne rupe prebrzo srušiti da bi išta moglo prijeći s jednog kraja na drugi. Jedini način na koji bi se mogli kretati bio bi kada bi bili stabilizirani postojanjem egzotičnih tvari s negativnom energetskom gustoćom. Daniel Jafferis, izvanredni profesor fizike na Sveučilištu Harvard Thomas D. Cabot, imao je drugačiji stav.
Kao što je opisao svoju analizu tijekom sastanka Američkog fizičkog društva u Denveru u Coloradu 2019. godine:
„Izgledi zaobilaznih konfiguracija crvotočina odavno su izvor fascinacije. Opisat ću prve primjere koji su konzistentni u teoriji gravitacije koja se može upotrijebiti UV, a ne uključuju egzotičnu materiju. Konfiguracija uključuje izravnu vezu između dva kraja crvotočne rupe. Također ću raspravljati o njezinim implikacijama na kvantne informacije u gravitaciji, paradoksu informacije o crnoj rupi i njenom odnosu na kvantnu teleportaciju. "
Za potrebe ove studije, Jafferis je ispitivao rad koji su izveli Einstein i Nathan Rosen 1935. Želeći proširiti rad Schwarszchilda i drugih znanstvenika koji traže rješenja za GR, oni su predložili moguće postojanje „mostova“ između dvije udaljene točke u svemirsko vrijeme (poznato kao "Einstein-Rosen mostovi" ili "crvotočine") koje bi teoretski mogle dopustiti da materija i predmeti prolaze između njih.
Do 2013. ovu su teoriju koristili teorijski fizičari Leonard Susskind i Juan Maldacena kao moguću rezoluciju za GR i „kvantno zapletanje“. Poznata kao pretpostavka ER = EPR, ova teorija sugerira da su crvotočine zbog kojih se elementarne čestice mogu zaplesti s onim partnera, čak i ako su razdvojene milijardama svjetlosnih godina.
Jafferis je upravo odatle razvio svoju teoriju, postulirajući da svjetlosne čestice zapravo mogu proći kroz svjetlosne čestice (aka. Fotoni). Da bi to testirao, Jafferis je obavio analizu uz pomoć Ping Gaoa i Arona Wall-a (diplomski student Harvarda i znanstvenik sa Sveučilišta Stanford).
Otkrili su da, iako je teoretski moguće da svjetlost jele prođe kroz crvotočinu, oni nisu baš oni kozmički prečac kojem smo se svi nadali. Kao što je Jafferis objasnio u izjavi za novinare AIP-a, "treba proći duže vremena da se prođe kroz te crvotočine nego da se ide izravno, pa one nisu baš korisne za put u svemir."
U osnovi, rezultati njihove analize pokazali su da je izravna veza između crnih rupa kraća od veze s crvotočinama. Iako ovo zasigurno zvuči kao loše vijesti za ljude koji su uzbuđeni zbog mogućnosti međuzvezdnih (i intergalaktičkih) putovanja jednog dana, dobra vijest je da ova teorija pruža novi uvid u područje kvantne mehanike.
"Stvarni uvoz ovog djela povezan je s problemom informacija crne rupe i povezanosti gravitacije i kvantne mehanike", rekao je Jafferis. "Problem" koji spominje poznat je pod nazivom Paradoks informacija o crnoj rupi, nešto s čime se astrofizičari suočavaju od 1975., kada je Stephen Hawking otkrio da crne rupe imaju temperaturu i polako propuštaju zračenje (aka. Hawking-ovo zračenje).
Ovaj paradoks odnosi se na to kako su crne rupe u stanju sačuvati sve informacije koje prođu u njih. Iako bi se bilo koja materija nagomilana na njihovoj površini stisnula do točke singularnosti, kvantno stanje materije u trenutku njezinog stiskanja sačuvalo bi se zahvaljujući vremenskoj dilataciji (vremenom zamrzava).
Ali ako crne rupe izgube masu u obliku zračenja i na kraju ispare, te će se informacije na kraju izgubiti. Razvijanjem teorije kroz koju svjetlost može proći kroz crnu rupu, ova bi studija mogla predstavljati sredstvo za rješavanje ovog paradoksa. Umjesto da zračenje iz crnih rupa predstavlja gubitak masovne energije, moglo bi biti da Hawkingova radijacija zapravo dolazi iz druge regije svemirskog vremena.
Također može pomoći znanstvenicima koji pokušavaju razviti teoriju koja objedinjuje gravitaciju s kvantnom mehanikom (aka. Kvantna gravitacija ili "Teorija svega"). To je zbog činjenice da je Jafferis koristio alate kvantne teorije polja kako bi postulirao postojanje prolaznih crnih rupa, uklanjajući na taj način potrebu za egzotičnim česticama i negativnom masom (koje izgledaju u neskladu s kvantnom gravitacijom). Kao što je Jafferis objasnio:
"To daje uzročnu sondu regijama koje bi u suprotnom bile iza horizonta, prozor za iskustvo promatrača unutar prostora, dostupnog izvana. Mislim da će nas naučiti dubokim stvarima o korespondenciji mjera / gravitacije, kvantnoj gravitaciji, pa čak i o novom načinu formuliranja kvantne mehanike. "
Kao i uvijek, proboj teorijske fizike može biti mač s dvije oštrice, davanje jednom rukom i oduzimanje drugom. Iako je ova studija možda bacila više hladne vode na san o putovanju FTL-om, mogla bi nam dobro pomoći da otključamo neke dublje misterije svemira. Tko zna? Možda će nam neka od tih saznanja omogućiti put oko tog spoticanja poznatog kao Posebna relativnost!
