Οι σκουληκότρυπες μπορούν να μεταφέρουν μηνύματα στον χρόνο

Σαν μια παράξενη μορφή οπτικής ίνας, μια μακριά, λεπτή σκουληκότρυπα θα μπορούσε να σας επιτρέψει να στείλετε μηνύματα μέσα στο χρόνο, χρησιμοποιώντας παλμούς φωτός.

Οι ειδικοί τις ονόμασαν «σκουληκότρυπες» και στην πραγματικότητα είναι χωροχρονικές σήραγγες που προκύπτουν απο τις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν για τη βαρύτητα. Θεωρητικώς οι σκουληκότρυπες συνδέουν σημεία του χωροχρόνου.

Δηλαδή, αν κάποιος εισέλθει σε μια σκουληκότρυπα, ας πούμε λίγο έξω από τη Γη, μπορεί σε χρόνο dt να βρεθεί σε ένα απομακρυσμένο σημείο του Γαλαξία ή και του Σύμπαντος, που υπό κανονικές συνθήκες θα χρειαζόταν χιλιάδες ή εκατομμύρια έτη για να φτάσει ως εκεί.

Αν κάτι θα μπορούσε να διασχίσει μία σκουληκότρυπα, θα άνοιγε ενδιαφέρουσες δυνατότητες, όπως το ταξίδι στο χρόνο και την άμεση επικοινωνία.

Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα: οι σκουληκότρυπες του Αϊνστάιν είναι εμφανώς ασταθείς, και δεν παραμένουν ανοικτές αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα ώστε να επιτρέψουν κάτι να περάσει. 

Το 1988, ο Kip Thorne στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια και οι συνεργάτες του υπέθεσαν ότι οι σκουληκότρυπες θα μπορούσαν να παραμείνουν ανοικτές, χρησιμοποιώντας μια μορφή αρνητικής ενέργειας που ονομάζεται ενέργεια Casimir.

Η κβαντομηχανική μας λέει ότι το κενό του χωροχρόνου μπορεί να έχει μέση ενέργεια μηδέν, αλλά είναι γεμάτο με τυχαίες κβαντικές διακυμάνσεις, οι οποίες δημιουργούν κύματα ενέργειας.
Τώρα φανταστείτε δύο μεταλλικές πλάκες που κάθονται παράλληλα σε αυτό το κενό. Μερικά ενεργειακά κύματα είναι πολύ μεγάλα για να χωρέσουν μεταξύ των πλακών και έτσι τελικά ο αριθμός των κυμάτων που υπάρχουν ανάμεσα στις δύο πλάκες είναι πολύ μικρότερος απο αυτόν που υπάρχει έξω από τις πλάκες.

Κατ΄αυτόν τον τρόπο η ποσότητα της ενέργειας μεταξύ των πλακών είναι μικρότερη από εκείνη που τις περιβάλλει. Με άλλα λόγια, ο χωροχρόνος μεταξύ των πλακών έχει αρνητική ενέργεια.

Θεωρητικές προσπάθειες να χρησιμοποιηθούν τέτοιες πλάκες για να κρατήσουν ανοικτές σκουληκότρυπες έχουν μέχρι στιγμής αποδειχθεί αβάσιμες. Τώρα ο Luke Butcher στο Πανεπιστήμιο του Cambridge μπορεί να βρήκε μια λύση με μια νέα θεωρία που ανέπτυξε σχετικά με τις σκουληκότρυπες.

Η σκουληκότρυπα θα είναι ανοικτή αρκετό καιρό. Ο Butcher προτείνει να στείλει ένα φωτόνιο μέσα στην άλλη πλευρά. Επειδή τα άκρα μιας σκουληκότρυπας μπορεί ναυπάρχουν σε διάφορα σημεία στο χρόνο, αν η θεωρία του αποδειχθεί σωστή, ένα μήνυμα μπορεί να σταλεί μέσω του χρόνου

Σύμφωνα με τον δρα Butcher οι σκουληκότρυπες μπορούν να λειτουργήσουν ως ένας κοσμικός server (διακομιστής) μεταφοράς μηνυμάτων στον χρόνο. Ο επιστήμονας θεωρεί ότι μπορεί κάποιος να στείλει μέσα από μια σκουληκότρυπα μηνύματα είτε στο παρελθόν είτε στο μέλλον. Ο ενδιαφερόμενος θα στέλνει μέσα σε μια σκουληκότρυπα παλμούς φωτός οι οποίοι θα εμπεριέχουν το μήνυμα που επιθυμεί να στείλει στον χωροχρόνο.

"Τι θα συμβεί αν η ίδια η σκουληκότρυπα θα μπορούσε να πάρει τη θέση των πλακών;" λέει. Με άλλα λόγια, υπό τις σωστές συνθήκες, θα μπορούσε το σωληνοειδές σχήμα της ίδιας της σκουληκότρυπας να παράγει ενέργεια Casimir; Οι υπολογισμοί του δείχνουν ότι, αν ο λαιμός της σκουληκότρυπας είναι τάξεις μεγέθους μακρύτερος από το πλάτος του στομίου της, δημιουργεί πράγματι ενέργεια Casimir στο κέντρο της.

"Δυστυχώς, αυτή η ενέργεια δεν είναι αρκετή για να κρατήσει σταθερή την σκουληκότρυπα. Θα καταρρεύσει», λέει ο Butcher . "Αλλά η ύπαρξη της αρνητικής ενέργειας επιτρέπει στη σκουληκότρυπα να καταρρεύσει πολύ αργά."

Περαιτέρω πρόχειροι υπολογισμοί δείχνουν ότι το κέντρο της σκουληκότρυπας θα μπορούσε να παραμείνει ανοικτό αρκετό καιρό για να επιτρέψει σε έναν παλμό φωτός να περάσει.

Μια σκουληκότρυπα είναι μια συντόμευση μέσα στο χωρόχρονο, έτσι στέλνοντας ένα παλμό φωτός μέσω μιας σκουληκότρυπας, θα μπορούσε να επιτρέψει επικοινωνία με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός. Και καθώς τα δύο στόμια της σκουληκότρυπας μπορούν να υπάρχουν σε διαφορετικά σημεία στο χρόνο, στη θεωρία ένα μήνυμα θα μπορούσε να σταλεί δια μέσω του χρόνου.

Ο Butcher προειδοποιεί ότι χρειάζεται πολύ περισσότερη δουλειά για να επιβεβαιωθεί ότι άλλα μέρη της σκουληκότρυπας, εκτός από το κέντρο της παραμένουν ανοιχτά, για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα ώστε το φως να καταφέρει να διασχίσει όλη τη διαδρομή. Χρειάζεται επίσης να διευκρινιστεί εάν ένας παλμός αρκετά μεγάλος για να μεταδώσει σημαντικές πληροφορίες θα μπορούσε να διαφύγει μέσα από το σιγά-σιγά καταρρέοντα λαιμό. Και, φυσικά, είμαστε πολύ μακριά από τη μετάφραση των θεωρητικών εξισώσεων σε ένα φυσικό αντικείμενο.

"Μήπως αυτό σημαίνει ότι έχουμε την τεχνολογία για την οικοδόμηση μιας σκουληκότρυπας;" αναρρωτιέται ο Matt Visser από το Victoria University of Wellington της Νέας Ζηλανδίας. "Η απάντηση είναι ακόμα όχι." Ωστόσο έχει ενθουσιαστεί από το έργο του Butcher . "Από την άποψη της φυσικής, μπορεί να αναζωογονήσει το ενδιαφέρον για τις σκουληκότρυπες."

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι σκουληκότρυπας που ενδιαφέρουν τους φυσικούς: οιλορεντζιανές (Lorentzian) σκουληκότρυπες (από τη Γενική Σχετικότητα) και οιευκλείδειες σκουληκότρυπες (από τη σωματιδιακή φυσική).

Οι λορεντζιανές σκουληκότρυπες είναι ουσιαστικά οι συντομότεροι δρόμοι μέσω του χώρου και του χρόνου. Μελετώνται κυρίως από τους ειδικούς που ασχολούνται με τις εξισώσεις του Αϊνστάιν και εάν υπήρχαν στην πραγματική ζωή, θα ήταν περισσότερο ή λιγότερο παρόμοιες με τις σκουληκότρυπες που βλέπουμε σε ταινίες και σειρές επιστημονικής φαντασίας.

Οι ευκλείδειες σκουληκότρυπες είναι ακόμη πιο παράξενες. αφού ακολουθούν ιδιότητες της κβαντικής μηχανικής και η χαοτική τους φύση δεν είναι εύκολο να μελετηθεί.

Εκείνος που έκανε γνωστές στο ευρύ κοινό τις σκουληκότρυπες ήταν ο αμερικανός αστρονόμος και αστροφυσικός Carl Sagan. Εγραψε ένα μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας στο οποίο εξωγήινοι επικοινωνούν με τους ανθρώπους κάνοντας γνωστή την ύπαρξή τους. Ο Sagan ήθελε να φέρει σε επαφή τους ανθρώπους και τους εξωγήινους όχι με ένα όχημα ή με κάποια άλλη μέθοδο που θα ήταν καθαρά προϊόν της φαντασίας του αλλά με έναν τρόπο που θα πατούσε σε υπαρκτά επιστημονικά δεδομένα. 

Ζήτησε έτσι τη βοήθεια του Kip Thorne, καθηγητή Θεωρητικής Φυσικής του ΜΙΤ, ο οποίος μαζί με δύο μεταπτυχιακούς φοιτητές του ασχολήθηκαν με το αίτημα του Sagan.

Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μια σκουληκότρυπα μπορούσε να αποτελέσει τη δίοδο μεταφοράς της ηρωίδας του βιβλίου, αρκεί να μπορούσε να παραχθεί αρνητική ενέργεια σε ποσότητα τέτοια ώστε να παραμείνουν ανοικτά τα στόμιά της. Φυσικά το μυθιστόρημα δεν είναι άλλο από το «Contact» που έγινε κινηματογραφική ταινία με πρωταγωνίστρια την Τζόντι Φόστερ.

Οι καλές ειδήσεις για τις λορεντζιανές σκουληκότρυπες είναι ότι οι επιστήμονες δεν μπορούν να αποδείξουν ότι δεν υπάρχουν, άρα...

Οι κακές ειδήσεις αφορούν το ότι όλες οι μελέτες που έχουν γίνει δείχνουν ότι ακόμη και αν υπάρχουν οι σκουληκότρυπες πρόκειται για εντελώς ασταθή κοσμικά αντικείμενα που ανοιγοκλείνουν σε κλάσματα του δευτερόλεπτου. Αν λοιπόν υπάρχουν, χρειάζονται μεγάλα ποσά αρνητικής μάζας (ενέργειας) για να κρατηθούν ανοικτές και να εμποδιστεί η κατάρρευσή τους.

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 αλλά και για ικανό χρονικό διάστημα τη λορεντζιανή σκουληκότρυπα.

Ωστόσο πριν από λίγο καιρό μια ομάδα φυσικών από τη Γερμανία και την Ελλάδα (συμμετείχε η Παναγιώτα Καντή, αναπληρώτρια καθηγήτρια Θεωρητικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων) πραγματοποίησε μελέτη στην οποία διατυπώνεται η άποψη ότι η κατασκευή μιας σκουληκότρυπας μπορεί να είναι δυνατή χωρίς να χρησιμοποιήσουμε καμία αρνητική ενέργεια.

«Δεν χρειάζεται καν κανονική ύλη με θετική ενέργεια», ανέφερε ο Μπέρτχαρντ Κλαϊχάουζ του Πανεπιστημίου του Oldenburg στη Γερμανία. «Οι σκουληκότρυπες μπορούν να μείνουν ανοιχτές και με "το τίποτα"» τόνισε ο ερευνητής ανοίγοντας νέο πεδίο μελετών και συζητήσεων γύρω από το αν είναι εφικτό το ταξίδι στον χωροχρόνο.

Ένα δυνητικό ταξίδι στον χωρόχρονο μπορεί κάποτε να γίνει πραγματικότητα και να ανοίξει απίθανους ορίζοντες στην ανθρωπότητα και το διαστημικό μέλλον της.

πηγή-awakengr.com

Διαβάστε περισσότερα... »

Νέα θεωρία για τις περίφημες κοσμικές πύλες, που επιτρέπουν τα ταξίδια στον χωροχρόνο

Ισως στο μέλλον ο άνθρωπος να στέλνει μηνύματα στον χωροχρόνο μέσα από τις σκουληκότρυπες

Λαΐνας Θοδωρής

Οι ειδικοί τις ονόμασαν «σκουληκότρυπες» και στην πραγματικότητα είναι εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν για τη βαρύτητα. Θεωρητικώς οι σκουληκότρυπες είναι σήραγγες που συνδέουν σημεία του χωροχρόνου. 

Με απλά λόγια, αν κάποιος εισέλθει σε μια σκουληκότρυπα, ας πούμε λίγο έξω από τη Γη, μπορεί σε χρόνο dt να βρεθεί σε ένα απομακρυσμένο σημείο του Γαλαξία ή και του Σύμπαντος - υπό κανονικές συνθήκες θα χρειαζόταν χιλιάδες ή εκατομμύρια έτη για να φτάσει ως εκεί.

Πριν από λίγες εβδομάδες τα φώτα της δημοσιότητας συγκέντρωσε ο Λιουκ Μπούτσερ, καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Κέιμπριτζ, με μια νέα θεωρία που ανέπτυξε σχετικά με τις σκουληκότρυπες. 

Σύμφωνα με τον δρα Μπούτσερ οι σκουληκότρυπες μπορούν να λειτουργήσουν ως ένας κοσμικός server (διακομιστής) μεταφοράς μηνυμάτων στον χρόνο. Ο επιστήμονας θεωρεί ότι μπορεί κάποιος να στείλει μέσα από μια σκουληκότρυπα μηνύματα είτε στο παρελθόν είτε στο μέλλον. Ο ενδιαφερόμενος θα στέλνει μέσα σε μια σκουληκότρυπα παλμούς φωτός οι οποίοι θα εμπεριέχουν το μήνυμα που επιθυμεί να στείλει στον χωροχρόνο.

Τα είδη

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι σκουληκότρυπας που ενδιαφέρουν τους φυσικούς: 

οι λορεντζιανές (Lorentzian) σκουληκότρυπες (από τη Γενική Σχετικότητα) και 

οι ευκλείδειες σκουληκότρυπες (από τη σωματιδιακή φυσική).

Οι λορεντζιανές σκουληκότρυπες είναι ουσιαστικά οι συντομότεροι δρόμοι μέσω του χώρου και του χρόνου. Μελετώνται κυρίως από τους ειδικούς που ασχολούνται με τις εξισώσεις του Αϊνστάιν και εάν υπήρχαν στην πραγματική ζωή, θα ήταν περισσότερο ή λιγότερο παρόμοιες με τις σκουληκότρυπες που βλέπουμε σε ταινίες και σειρές επιστημονικής φαντασίας.

Οι ευκλείδειες σκουληκότρυπες είναι ακόμη πιο παράξενες. αφού ακολουθούν ιδιότητες της κβαντικής μηχανικής και η χαοτική τους φύση δεν είναι εύκολο να μελετηθεί.

Η αρνητική ενέργεια

Εκείνος που έκανε γνωστές στο ευρύ κοινό τις σκουληκότρυπες ήταν ο αμερικανός αστρονόμος και αστροφυσικός Καρλ Σέιγκαν. Εγραψε ένα μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας στο οποίο εξωγήινοι επικοινωνούν με τους ανθρώπους κάνοντας γνωστή την ύπαρξή τους. 

Ο Σέιγκαν ήθελε να φέρει σε επαφή τους ανθρώπους και τους εξωγήινους όχι με ένα όχημα ή με κάποια άλλη μέθοδο που θα ήταν καθαρά προϊόν της φαντασίας του αλλά με έναν τρόπο που θα πατούσε σε υπαρκτά επιστημονικά δεδομένα. Ζήτησε έτσι τη βοήθεια του Κιπ Θορν, καθηγητή Θεωρητικής Φυσικής του ΜΙΤ, ο οποίος μαζί με δύο μεταπτυχιακούς φοιτητές του ασχολήθηκαν με το αίτημα του Σέιγκαν.

Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μια σκουληκότρυπα μπορούσε να αποτελέσει τη δίοδο μεταφοράς της ηρωίδας του βιβλίου, αρκεί να μπορούσε να παραχθεί αρνητική ενέργεια σε ποσότητα τέτοια ώστε να παραμείνουν ανοικτά τα στόμιά της. Φυσικά το μυθιστόρημα δεν είναι άλλο από το «Contact» που έγινε κινηματογραφική ταινία με πρωταγωνίστρια τηνΤζόντι Φόστερ.

Η ενέργεια

Οι καλές ειδήσεις για τις λορεντζιανές σκουληκότρυπες είναι ότι οι επιστήμονες δεν μπορούν να αποδείξουν ότι δεν υπάρχουν, άρα...

Οι κακές ειδήσεις αφορούν το ότι όλες οι μελέτες που έχουν γίνει δείχνουν ότι ακόμη και αν υπάρχουν οι σκουληκότρυπες πρόκειται για εντελώς ασταθή κοσμικά αντικείμενα που ανοιγοκλείνουν σε κλάσματα του δευτερόλεπτου. Αν λοιπόν υπάρχουν, χρειάζονται μεγάλα ποσά αρνητικής μάζας για να κρατηθούν ανοικτές και να εμποδιστεί η κατάρρευσή τους.

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 αλλά και για ικανό χρονικό διάστημα τη λορεντζιανή σκουληκότρυπα.

Ωστόσο πριν από λίγο καιρό μια ομάδα φυσικών από τη Γερμανία και την Ελλάδα (συμμετείχε η Παναγιώτα Καντή, αναπληρώτρια καθηγήτρια Θεωρητικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων) πραγματοποίησε μελέτη στην οποία διατυπώνεται η άποψη ότι η κατασκευή μιας σκουληκότρυπας μπορεί να είναι δυνατή χωρίς να χρησιμοποιήσουμε καμία αρνητική ενέργεια. 

«Δεν χρειάζεται καν κανονική ύλη με θετική ενέργεια», ανέφερε οΜπέρτχαρντ Κλαϊχάουζ του Πανεπιστημίου του Oldenburg στη Γερμανία. «Οι σκουληκότρυπες μπορούν να μείνουν ανοιχτές και με "το τίποτα"» τόνισε ο ερευνητής ανοίγοντας νέο πεδίο μελετών και συζητήσεων γύρω από το αν είναι εφικτό το ταξίδι στον χωροχρόνο.

Δημοσιεύτηκε στο "ΤΟ ΒΗΜΑ science" την Τετάρτη, 4 Ιουνίου 2014

πηγή-stergiog

Διαβάστε περισσότερα... »

Σκουληκότρυπες και κβαντική διεμπλοκή

SHUTTERSTOCK

Σε δύο ξεχωριστά άρθρα που δημοσιεύονται στο περιοδικό Physical Review Letters, τρεις ερευνητές υποστηρίζουν πως το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής, συνεπάγεται τη δημιουργία μίας σκουληκότρυπας, μεταξύ των εμπλεκόμενων σωματιδίων, ανοίγοντας νέους ορίζοντες στην έρευνα για μία κβαντική θεωρία βαρύτητας.

H κβαντική διεμπλοκή υποστηρίζει πως όταν δύο σωματίδια έχουν αλληλεπιδράσει και βρίσκονται σε διαφορετικές κβαντικές καταστάσεις (αντίθετη φορά σπιν για παράδειγμα), διατηρούν αυτή την ιδιότητα σε οποιοδήποτε σημείο του Σύμπαντος και αν βρίσκονται.

Αλλάζοντας τη κβαντική κατάσταση ενός από τα δύο σωματίδια, επηρεάζουμε ταυτόχρονα και την κατάσταση του άλλου, κάτι όμως που αντιτίθεται στη κεντρική ιδέα της θεωρίας της σχετικότητας πως τίποτε δεν κινείται (ή μεταδίδεται) ταχύτερα από το φως.

Τι είναι όμως αυτό που προκαλεί την άμεση μετάδοση μιας ιδιότητας από ένα σημείο του χωροχρόνου σε ένα άλλο;

Νωρίτερα αυτή τη χρονιά, οι διάσημοι φυσικοί Χουάν Μαλντασένα και

COMMONS.WIKIMEDIA.ORG

Διάγραμμα που απεικονίζει την σκουληκότρυπα, δηλαδή συντομεύσεις που παρακάμπτουν το χώρο μεταξύ δύο διαφορετικών σημείων και προβλέπονται από τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας.

Λέοναρντ Σούσκιντ, είχαν δείξει πως δύο μαύρες τρύπες που βρίσκονται αρχικά σε κατάσταση διεμπλοκής και στη συνέχεια απομακρύνονται η μία από την άλλη, τότε μεταξύ τους σχηματίζεται ένα βαρυτικό τούνελ, γνωστό και ως σκουληκότρυπα. 

Οι σκουληκότρυπες είναι στην ουσία συντομεύσεις που παρακάμπτουν το χώρο, μεταξύ δύο διαφορετικών σημείων και προβλέπονται από τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας.

Ο ερευνητής Τζούλιαν Σόνερ από το ΜΙΤ, και ανεξάρτητα οι Κρίστιαν Γένσεν και Αντρέας Κάρχ από τα πανεπιστήμια Βικτόρια και Ουάσινγτον αντίστοιχα, μέσα από το πρίσμα της θεωρίας χορδών, εξέλιξαν περαιτέρω τη συγκεκριμένη ιδέα, βρίσκοντας πως σκουληκότρυπες δημιουργούνται ακόμη και μεταξύ δύο σωματιδίων, που έχουν μπλεχτεί κβαντικά.

Οι ερευνητές περιέγραψαν δύο κουάρκ (τους δομικούς λίθους των πρωτονίων και των νετρονίων), που έχουν δημιουργηθεί από το κενό σύμφωνα με το φαινόμενο Σβίνγκερ, τα οποία κατοικούν σε ένα τετραδιάστατο χωροχρόνο. 

Σύμφωνα με τη θεώρησή τους, η βαρύτητα κατοικεί σε μία πέμπτη διάσταση, από όπου και δρα για να καμπυλώσει τις υπόλοιπες τέσσερις διαστάσεις. 

Χρησιμοποιώντας τεχνικές τις θεωρίες χορδών προέκυψε πως η δημιουργία των δύο κουάρκ συνεπάγεται και μία ταυτόχρονη δημιουργία μιας σκουληκότρυπας που τα συνδέει. 

Σε βαθύτερο επίπεδο, οι ερευνητές ανακάλυψαν και μία γεωμετρία που περιέγραφε τη συγκεκριμένη κατάσταση, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε μία νέα θεωρία βαρύτητας.

Εάν ευσταθεί η θεώρηση αυτή, ίσως η βαρύτητα να μην είναι θεμελιώδης δύναμη της φύσης, αλλά να προκύπτει ως αποτέλεσμα της κβαντικής διεμπλοκής. 

Κάτι τέτοιο θα ήταν αναμφίβολα ένα μεγάλο βήμα για την επιστήμη, καθώς η ενοποίηση της Γενικής Σχετικότητας με τη κβαντική μηχανική σε μία ενιαία θεωρία κβαντικής βαρύτητας, αποτελεί ίσως τη μεγαλύτερη πρόκληση της σύγχρονης φυσικής.


πηγή-naftemporiki.gr

Διαβάστε περισσότερα... »

Πώς θα έμοιαζε μία σκουληκότρυπα, στο κέντρο του Γαλαξία;

SHUTTERSTOCK

Οι νόμοι της φυσικής επιτρέπουν την ύπαρξη σκουληκότρυπων, συντομεύσεων δηλαδή στη δομή του χωροχρόνου που ενώνουν μακρινά σημεία -είτε στο ίδιο Σύμπαν, είτε ακόμη και σε άλλα Σύμπαντα.

Ο Τοξότης Α*

Στο κέντρο του Γαλαξία μας πιστεύεται πως βρίσκεται μία υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, ο Τοξότης Α*, ένα αντικείμενο με μάζα τέσσερα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου.

Στο συμπέρασμα αυτό οδήγησε τους αστροφυσικούς η έντονη εκπομπή ακτινοβολίας από αυτή τη σχετικά μικρή σχετικά, σε συνδυασμό με την επιρροή της στην κίνηση των γειτονικών σωμάτων.

Σκουληκότρυπες από το παρελθόν

Οι νόμοι της φυσικής όμως επιτρέπουν και την ύπαρξη σκουληκότρυπων, συντομεύσεων δηλαδή στη δομή του χωροχρόνου που ενώνουν μακρινά σημεία -είτε στο ίδιο Σύμπαν, είτε ακόμη και σε άλλα Σύμπαντα.

Η ιδέα πως μία σκουληκότρυπα είναι δυνατό να βρίσκεται στο κέντρο του Γαλαξία δεν είναι νέα. Η παρουσία της σχετίζεται με τις κβαντικές διαταραχές που συνέβαιναν στο πρώιμο Σύμπαν και συντηρήθηκαν μετά την εποχή του κοσμικού πληθωρισμού, όταν το Σύμπαν αυξήθηκε απότομα κατά πολλές τάξεις μεγέθους.

Μία σκουληκότρυπα στο κέντρο του Γαλαξία μάλιστα θα έλυνε και ένα πρόβλημα που αφορά στο σχηματισμό του: πολλοί επιστήμονες θεωρούν πως για το σχηματισμό των γαλαξιών είναι απαραίτητη μία υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, που με την έλξη της θα σταθεροποιήσει τη δομή τους.

Για τη δημιουργία τους όμως, οι γιγάντιες μαύρες τρύπες απαιτούν μεγάλο χρονικό διάστημα, μεγαλύτερο πολλές φορές από την ηλικία κάποιων από τους γαλαξίες που παρατηρούμε. Αντίθετα μία σκουληκότρυπα οφείλει την παρουσία της σε φαινόμενα που επικράτησαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. 

Μαύρη τρύπα ή σκουληκότρυπα;

Το ερώτημα που προκύπτει λοιπόν είναι εάν μπορεί κανείς να αποφανθεί για το εάν ο Τοξότης Α* είναι μία μαύρη τρύπα ή μια σκουληκότρυπα. Καταφατική είναι η απάντηση σύμφωνα με τους Ζιλόνγκ Λι και Κόσιμο Μπάμπι. 

Το γεγονός πως μία σκουληκότρυπα είναι πολύ μικρότερη από μία μαύρη τρύπα, είναι το κλειδί στη θεωρία τους.

Οι δύο επιστήμονες έδειναν πως το υπέρθερμο υλικό που περιστρέφεται σε υψηλές ταχύτητες γύρω από μία μαύρη τρύπα έχει διαφορετική μορφή σε σχέση με το αντίστοιχο που περιβάλλει μία σκουληκότρυπα.

Υπολόγισαν μάλιστα τη διαφορά στην εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας από τη γύρω περιοχή και δημιούργησαν προσομοιώσεις σε υπολογιστή που μπορούν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να αποφανθούν για τη φύση του Τοξότη Α* μέσα στα επόμενα χρόνια.

Για την ώρα η διάκριση αυτή δεν είναι δυνατή, αφού δεν υπάρχει η τεχνική υποδομή για την παρατήρηση του Τοξότη Α* στο υπέρυθρο μήκος κύματος.

Αυτό όμως πρόκειται να αλλάξει σύντομα, καθώς ένα νέο όργανο που προστίθεται στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στην Ατακάμα της Χιλής θα έχει αυτή τη δυνατότητα, δίνοντας έτσι τις απαντήσεις στους ερευνητές για το παρελθόν του Γαλαξία.

πηγή-naftemporiki.gr

Διαβάστε περισσότερα... »

Σκουληκότρυπες και κβαντική σύμπλεξη

Μια σκουληκότρυπα συνδέει δύο μαύρες τρύπες.

 (Credit: Alan Stonebraker / American Physical Society)

H κβαντική σύμπλεξη είναι ένα από τα πιο περίεργα φαινόμενα που μελετά η κβαντική μηχανική – τόσο παράξενο που ανάγκασε τον Einstein να αναφέρεται σ’ αυτό ως η «στοιχειωμένη δράση από απόσταση».

Όταν δύο σωματίδια βρίσκονται σε κβαντική σύμπλεξη, συν-πλέκονται μεταξύ τους ακόμα και αν βρίσκονται εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Η μέτρηση ενός σωματιδίου αλλάζει ταυτόχρονα την κατάσταση του κβαντικά συζευγμένου ζεύγους του, ανεξάρτητα από την απόσταση.

Ας υποθέσουμε ότι ένα σωματίδιο με σπιν μηδέν διασπάται σε δυο σωματίδια.

Τότε το σύστημα των νέων δυο σωματιδίων υποχρεωτικά θα έχει συνολικό σπιν μηδέν και εξαιτίας των νόμων διατήρησης θα πρέπει συνεχώς να είναι μηδέν.

Συνεπώς αν το ένα σωματίδιο έχει σπιν «πάνω» ως προς μια τυχούσα κατεύθυνση, τότε υποχρεωτικά το σπιν του δεύτερου σωματιδίου θα πρέπει να είναι «κάτω», ας το έχουμε μεταφέρει έτη φωτός μακριά από το ταίρι του.
Για την κβαντομηχανική το σπιν του κάθε σωματιδίου είναι απροσδιόριστο.

Όμως όταν το σπιν του ενός σωματιδίου σε μια τυχούσα κατεύθυνση μετρηθεί και βρεθεί να έχει την μία από τις δυνατές τιμές του, τότε το σπιν του άλλου σωματιδίου – που ενδεχομένως βρίσκεται έτη φωτός μακριά – θα «αποκτήσει» ακαριαία την αντίθετη κατεύθυνση κατά μήκος του ίδιου άξονα. Και αυτός είναι ο λόγος που ο Einstein μιλούσε για «στοιχειωμένη δράση από απόσταση».

Αλλά τι είναι αυτό που επιτρέπει τα σωματίδια να «επικοινωνούν» ακαριαία σε τόσο μεγάλες αποστάσεις;

Πριν από κάποιους μήνες οι Juan Maldacena και Leonard Susskind στην εργασία τους με τίτλο «Cool horizons for entangled black holes» εξέταζαν τις λύσεις, που προκύπτουν από την γενική σχετικότητα, στις οποίες δυο απομακρυσμένες μαύρες τρύπες συνδέονται διαμέσου μιας σκουληκότρυπας ή γέφυρας Einstein-Rosen.

Στην ουσία πρότειναν την «εξίσωση»:

Σύμπλεξη = Σκουληκότρυπες (διαβάστε σχετικά ΕΔΩ)

Τώρα έρχονται ο Julian Sonner από το ΜΙΤ, και ανεξάρτητα οι Kristan Jensen και Andreas Karch [Holographic Dual of an Einstein-Podolsky-Rosen Pair has a Wormhole], oι οποίοι μέσα από το πρίσμα της θεωρίας χορδών εξετάζουν μια παρόμοια ιδέα, τον σχηματισμό σκουληκότρυπας μεταξύ δυο κουαρκ που βρίσκονται σε κβαντική σύμπλεξη.

Δυο κουάρκ (τα στοιχειώδη σωματίδια από τα οποία συνίστανται τα πρωτόνια και τα νετρόνια), μπορούν να αναδυθούν από το κενό σύμφωνα με το φαινόμενο Schwinger. Το φαινόμενο αυτό που αποκαλείται επίσης και «δημιουργία ζεύγους» , περιγράφει την δημιουργία δυο σωματιδίων από το τίποτα ή ενός συνόλου φευγαλέων σωματιδίων.

Σύμφωνα με τον Sonner, χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί κανείς να «συλλάβει ένα ζεύγος» τέτοιων σωματιδίων πριν εξαφανιστούν πίσω στο κενό.

Άπαξ και διατηρηθούν, αυτά τα σωματίδια θεωρούνται συν-πλεγμένα. Χρησιμοποιώντας τις πολλές διαστάσεις και τις έννοιες, όπως η ολογραφική δυαδικότητα, που εμφανίζονται στην θεωρία των χορδών, φαίνεται ότι τα κουάρκ που βρίσκονται σε σύμπλεξη συνδέονται διαμέσου μιας σκουληκότρυπας.

Βάσει αυτής της θεώρησης η βαρύτητα αναδύεται από την κβαντική σύμπλεξη. Η γεωμετρία που περιγράφει την συγκεκριμένη κατάσταση, αντιμετωπίζει με έναν τελείως διαφορετικό τρόπο τη βαρύτητα και θα μπορούσε ίσως να οδηγήσει σε μια νέα θεωρία ενοποίησης, αλλά σύμφωνα με τον Sonner υπάρχει πολύς δρόμος ακόμα να διανυθεί (ως συνήθως)….

πηγή

Διαβάστε περισσότερα... »

Ταξίδι στο χρόνο μέσα από μια σκουληκότρυπα

Η σκουληκότρυπα είναι μία χωροχρονική σήραγγα Einstein-Rozen που συνδέει διαφορετικά σημεία ή περιοχές του χωροχρόνου.

Επιστημονική φαντασία ή υπαρκτή πιθανότητα;

Η ιδέα της κατασκευής μιας μηχανής που θα ταξιδεύει στο χρόνο έχει αποτελέσει το σενάριο πολλών ιστοριών επιστημονικής φαντασίας.

Σύμφωνα όμως με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία εξηγεί πώς λειτουργεί η βαρύτητα στο σύμπαν, ίσως τελικά να μην είναι μια αόριστη φαντασία το πραγματικό ταξίδι στο χρόνο, αναφέρει δημοσίευμα του LiveScience.Το ταξίδι στο παρελθόν όμως είναι λιγότερο κατανοητό.
Ωστόσο, ο αστροφυσικός Eric W. Davis, από το Διεθνές Ινστιτούτο Εξελιγμένων Ερευνών EarthTech στο Όστιν, ισχυρίζεται ότι ακόμη κι αυτό είναι πιθανό.

Το μόνο που χρειάζεται, λέει «είναι μια σκουληκότρυπα, που είναι ένα θεωρητικό πέρασμα μέσα στο χωρο-χρόνο, που προβλέπεται από τη σχετικότητα».

«Μπορεί κανείς να ταξιδέψει στο μέλλον ή στο παρελθόν μέσα από διαπερατές σκουληκότρυπες στο διάστημα», είπε στο LiveScience.

Δεν υπάρχουν αποδείξεις για το αν υπάρχουν τέτοιου είδους σκουληκότρυπες, ή θα ανακαλυφθούν ποτέ, όμως το πιο πιθανό είναι να είναι τόσο μικροσκοπικές, που ένας άνθρωπος δε θα μπορούσε να χωρέσει μέσα σε αυτές, πόσο μάλλον ένα διαστημικό αεροσκάφος, προσθέτει το δημοσίευμα.

Ακόμη κι έτσι, ο Davis στη μελέτη του που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό έντυπο του Αμερικανικού Ινστιτούτου Αεροναυτικής, στο τεύχος Ιουλίου, υποστηρίζει ότι οι μηχανές του χρόνου και η πιθανότητα ύπαρξης τέτοιας σκουληκότρυπας στο διάστημα θα μπορούσαν να αποτελέσουν το μέσο για ένα ταξίδι στο χρόνο.

πηγή

Διαβάστε περισσότερα... »

Kip Thorne: "Σκουληκότρυπα" το πέρασμα στα μονοπάτια του χωροχρόνου...

Ο Kip Thorne προσαρμόζει τις θεωρίες του για τον χωροχρόνο, τις μαύρες τρύπες και τις σκουληκότρυπες στο σενάριο Χολιγουντιανής ταινίας επιστημονικής φαντασίας.

Οι συζητήσεις για τις σκουληκότρυπες και η δυνατότητα να τις διασχίσουμε πραγματοποιώντας ταξίδι στο χρόνο θα βρίσκονται στην ημερήσια διάταξη από τις 7 Νοεμβρίου του 2014, όταν θα κυκλοφορήσει η ταινία επιστημονικής φαντασίας με τίτλο «Interstellar», βασισμένη στην έρευνα του θεωρητικού φυσικού .

Σκηνοθέτης της ταινίας θα είναι ο Christopher Nolan, ο οποίος σκηνοθέτησε τις 3 ταινίες της σειράς ταινιών του Μπάτμαν – η μια από αυτές, “Ο Σκοτεινός Ιππότης”, υπήρξε μία από τις μεγαλύτερες εισπρακτικές επιτυχίες όλων των εποχών. 

Με πρωταγωνιστές τους ηθοποιούς Matthew McConaughey, Anne Hathaway, Jessica Chastain και Michael Caine θα δημιουργήσει «ένα ηρωικό ταξίδι στα πιο απομακρυσμένα σύνορα της επιστημονικής γνώσης μας».

Όμως, το πραγματικό αστέρι της ταινίας, θα είναι Kip Thorne. Ο 73-χρονος επιστήμονας είναι γνωστός για την τεράστια συνεισφορά του στην θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Η ταινία θα βασίζεται σε μια από τις μεγάλες ιδέες του Thorne – σχετικά με τις σκουληκότρυπες και την δυνατότητα να ταξιδέψει κανείς διαμέσου αυτών στον χωρόχρονο.

Πάντως, δεν είναι η πρώτη φορά που ο Kip Thorne εμπλέκεται (έμμεσα έστω …) με σενάριο κινηματογραφικής ταινίας.

Πρόκειται για την ταινία του 1997, «Contact», με σκηνοθέτη τον Robert Zemeckis και πρωταγωνίστρια την Jodie Foster.

Το σενάριο αυτής της ταινίας, βασίστηκε στο ομώνυμο μυθιστόρημα του Carl Sagan.

Όταν λοιπόν ο Carl Sagan έγραφε το βιβλίο του (1984) θέλοντας να είναι όσο το δυνατόν επιστημονικά ακριβέστερος, ζήτησε τη βοήθεια του Kip Thorne.

O ίδιος ο Kip Thorne περιγράφει στο βιβλίο του “Μαύρες Τρύπες και Στρεβλώσεις του Χρόνου”:

«… Το μυθιστόρημα ήταν ευχάριστο, αλλά ο Carl τα είχε μπλέξει λιγάκι. Είχε βάλει την ηρωίδα του Eleanor Arroway να καταδύεται σε μια μαύρη τρύπα κοντά στη Γη, να ταξιδεύει στον υπερχώρο, όπως φαίνεται στο σχήμα και να αναδύεται, μια ώρα αργότερα, κοντά στον αστέρα Βέγα, σε απόσταση 26 ετών φωτός από τη Γη.

Ο Carl, όντας μη ειδικός στη σχετικότητα, δεν γνώριζε τις συνέπειες των μικρών διαταραχών.

Είναι αδύνατο να ταξιδέψει κανείς μέσω του υπερχώρου από το κέντρο μιας μαύρης τρύπας, σε ένα άλλο μέρος του σύμπαντός μας.

Κάθε μαύρη τρύπα βομβαρδίζεται διαρκώς από πολύ μικρής έντασης ηλεκτρομαγνητικές διακυμάνσεις κενού και πολύ μικρές ποσότητες ακτινοβολίας. 

Καθώς αυτές οι διακυμάνσεις και οι ακτινοβολία πέφτουν μέσα στην τρύπα, επιταχύνονται εξαιτίας της βαρύτητάς της, αποκτώντας τεράστια ενέργεια. Στη συνέχεια, πέφτοντας σαν βροχή, καταστρέφουν κάθε “μικρό κλειστό σύμπαν” ή “σήραγγα” ή οποιοδήποτε άλλο μέσο με το οποίο θα αποπειραθεί κανείς να ξεκινήσει το ταξίδι του στον υπερχώρο.

Οι υπολογισμοί ήταν κατηγορηματικοί: κάθε μεταφορικό μέσο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για ταξίδι στον υπερχώρο διαλύεται από την καταστροφική “βροχή” προτού ξεκινήσει. Έπρεπε να γίνουν κάποιες αλλαγές στο μυθιστόρημα του Carl.

Στην επιστροφή μας από τη Σάντα Κρουζ, κάπου δυτικά από το Φρέζνο και ενώ διασχίζουμε τον αυτοκινητόδρομο 5, μου ήρθε μια ξαφνική ιδέα. Θα μπορούσε ίσως ο Carl να αντικαταστήσει στο μυθιστόρημά του τη μαύρη τρύπα με μια σκουληκότρυπα μέσα στον υπερχώρο (…)

Καμιά όμως από τις σκουληκότρυπες που είχαν βρεθεί θεωρητικά μέχρι τότε – πριν από το ταξίδι μου στη Σάντα Κρουζ το 1985 – δεν ταίριαζε στο μυθιστόρημα του Carl Sagan, επειδή καμιά τους δεν μπορούσε να διασχίσει κάποιος με ασφάλεια…».

Έτσι το μυθιστόρημα του Carl Sagan προκάλεσε την επιστημονική περιέργεια του Kip Thorne, o οποίος με τη βοήθεια του μεταπτυχιακού του φοιτητή Mike Morris, άρχισε να διερευνά το πρόβλημα στα σοβαρά.

Μια από τις συνθήκες που ήθελε να επιβάλλει ο Thorn στην διαπερατή σκουληκότρυπά του ήταν να μην είναι δυνατή η γρήγορη αποκοπή της, όπως συμβαίνει με την γέφυρα Einstein – Rosen ή το κλείσιμό της μόλις επιχειρήσουμε να την διασχίσουμε, όπως συμβαίνει με την ιδιομορφία Kerr.

Προκειμένου να διατηρηθεί ανοικτός ο λαιμός της σκουληκότρυπας χρειαζόταν εξωτερική βοήθεια από μια άγνωστη μορφή ύλης την οποία ο Thorne ονόμασε εξωτική ύλη (καμιά σχέση με την αντιύλη). Kαι πράγματι τι άλλο θα μπορούσε να είναι ύλη με αρνητική μάζα!

Ο Thorne είχε γράψει ήδη στον Carl Sagan εξηγώντας πως:
« … η ηρωίδα του δεν μπορούσε να χρησιμοποιήσει μαύρες τρύπες για να πραγματοποιεί ταχύτατα διαστρικά ταξίδια. Αντί αυτού του πρότεινα να βάλει την ηρωίδα του να χρησιμοποιεί σκουληκότρυπες, ενώ παράλληλα κάποιο άλλο πρόσωπο του μυθιστορήματος να ανακαλύπτει ότι μπορεί πράγματι να υπάρχει εξωτική ύλη η οποία θα κρατά ανοικτές τις σκουληκότρυπες. Ο Carl δέχθηκε ευχαρίστως την πρότασή μου και την υιοθέτησε στην τελική μορφή του μυθιστορήματός του που είχε τίτλο Contact….»

Σκηνή από την ταινία “Contact”. H Jodie Foster, ως Eleanor Arroway, διασχίζει μια σκουληκότρυπα:

πηγή

Διαβάστε περισσότερα... »