Relativitate specială. De când Albert Einstein a propus-o pentru prima dată în 1905, a fost ideea exploratorilor spațiali, a viitorilor și a autorilor de ficțiune științifică. Din fericire, există câteva concepte teoretice care au fost propuse care indică faptul că călătoria mai rapidă decât luminoasa (FTL) ar putea fi încă posibilă într-o zi.
Un exemplu popular este ideea unei găuri de vierme: o structură speculativă care leagă două puncte îndepărtate în spațiu, care ar permite deplasarea spațială interstelară. Recent, o echipă de oameni de știință din Liga Ivy a efectuat un studiu care a indicat modul în care „găurile de vierme traversabile” ar putea fi de fapt o realitate. Vestea proastă este că rezultatele lor indică faptul că aceste găuri de vierme nu sunt tocmai scurtături și ar putea fi echivalentul cosmic al „luării drumului lung”!
Inițial, teoria găurilor de vierme a fost propusă ca o posibilă soluție la ecuațiile de teren ale Teoriei Einstein a Relativității Generale (GR). La scurt timp după ce Einstein a publicat teoria în 1915, fizicienii germani Karl Schwarzschild au găsit o posibilă soluție care nu numai că a prezis existența găurilor negre, ci a coridoarelor care le conectează.
Din păcate, Schwarzschild a descoperit că orice gaură de vierme care leagă două găuri negre s-ar prăbuși prea repede pentru ca orice să poată traversa de la un capăt la celălalt. Singurul mod în care ar putea fi traversate ar fi dacă s-ar stabiliza prin existența materiei exotice cu densitate energetică negativă. Daniel Jafferis, Thomas D. Cabot, profesor asociat de fizică la Universitatea Harvard, a avut o abordare diferită.
După cum și-a descris analiza în cadrul reuniunii din aprilie 2019 a Societății Americane de Fizică din Denver, Colorado:
„Perspectiva configurațiilor găurilor de vierme traversabile a fost mult timp o sursă de fascinație. Voi descrie primele exemple care sunt consecvente într-o teorie gravitațională completabilă cu UV, care nu implică nicio materie exotică. Configurația implică o conexiune directă între cele două capete ale găului de vierme. De asemenea, voi discuta despre implicațiile sale pentru informațiile cuantice în gravitație, paradoxul informațiilor cu gaura neagră și relația acesteia cu teleportarea cuantică. "
În scopul acestui studiu, Jafferis a examinat lucrările efectuate de Einstein și Nathan Rosen în 1935. În căutarea extinderii lucrărilor lui Schwarszchild și ale altor oameni de știință care caută soluții pentru GR, au propus existența posibilă a „podurilor” între două puncte îndepărtate din timp spațial (cunoscut sub numele de „poduri Einstein – Rosen” sau „găuri de vierme”) care ar putea permite, teoretic, trecerea materiei și obiectelor între ele.
Până în 2013, această teorie a fost folosită de către fizicienii teoretici Leonard Susskind și Juan Maldacena ca o posibilă rezoluție pentru GR și „înțelegerea cuantică”. Cunoscută sub numele de conjectură ER = EPR, această teorie sugerează că găurile de vierme sunt motivul pentru care o stare de particule elementare poate fi legată de cea a unui partener, chiar dacă sunt separate de miliarde de ani-lumină.
De aici, Jafferis și-a dezvoltat teoria, postulând că găurile de vierme pot fi traversate de particule ușoare (aka fotoni). Pentru a testa acest lucru, Jafferis a efectuat o analiză cu ajutorul Ping Gao și Aron Wall (un student absolvent de la Harvard și, respectiv, om de știință de cercetare de la Universitatea Stanford).
Ceea ce au descoperit a fost că, deși teoretic este posibil ca lumina de brad să traverseze o gaură de vierme, acestea nu sunt tocmai scurtătura cosmică la care am sperat cu toții să fie. După cum a explicat Jafferis într-o declarație de presă AIP, „Este nevoie de mai mult timp pentru a trece prin aceste găuri de vierme decât pentru a merge direct, deci nu sunt foarte utile pentru călătoriile în spațiu.”
Practic, rezultatele analizei lor au arătat că o legătură directă între găurile negre este mai scurtă decât cea a unei conexiuni cu gaura de vierme. În timp ce acest lucru sună, cu siguranță, ca o veste proastă pentru persoanele care sunt încântate de perspectiva călătoriilor interstelare (și intergalactice) într-o zi, vestea bună este că această teorie oferă o nouă informație asupra domeniului mecanicii cuantice.
„Importul real al acestei lucrări este legat de problema informațiilor despre gaura neagră și conexiunile dintre gravitație și mecanica cuantică”, a spus Jafferis. „Problema” la care face referire este cunoscută sub denumirea de „Black Hole Information Paradox”, lucru cu care astrofizicienii se confruntă încă din 1975, când Stephen Hawking a descoperit că găurile negre au o temperatură și scurg lent radiația (de asemenea, radiația Hawking).
Acest paradox se referă la modul în care găurile negre sunt capabile să păstreze orice informație care trece în ele. Chiar dacă orice materie acumulată pe suprafața lor s-ar comprima până la singularitate, starea cuantică a materiei în momentul comprimării sale va fi păstrată datorită dilatării timpului (ea devine înghețată în timp).
Dar dacă găurile negre își pierd masa sub formă de radiații și se evaporă în cele din urmă, aceste informații se vor pierde în cele din urmă. Prin dezvoltarea unei teorii prin care lumina poate călători printr-o gaură neagră, acest studiu ar putea reprezenta un mijloc de rezolvare a acestui paradox. În loc de radiații din găurile negre care reprezintă o pierdere de energie în masă, s-ar putea ca Radiația Hawking să provină de fapt dintr-o altă regiune a timpului spațial.
De asemenea, poate ajuta oamenii de știință care încearcă să dezvolte o teorie care unifică gravitația cu mecanica cuantică (aka gravitate cuantică, sau „Teoria a tot”). Acest lucru se datorează faptului că Jafferis a folosit instrumente de teorie cuantică a câmpurilor pentru a postula existența găurilor negre traversabile, eliminând astfel nevoia de particule exotice și masă negativă (care par incompatibile cu gravitația cuantică). După cum a explicat Jafferis:
„Oferă o sondă cauzală a regiunilor care altfel ar fi fost în spatele unui orizont, o fereastră pentru experiența unui observator într-un interval de timp, accesibil din exterior. Cred că ne va învăța lucruri profunde despre corespondența gabaritului / gravitației, gravitația cuantică și chiar poate o nouă modalitate de a formula mecanica cuantică. "
Ca întotdeauna, descoperirile în fizica teoretică pot fi o sabie cu două tăișuri, care dă cu o mână și o ia cu cealaltă. Așadar, deși acest studiu ar fi aruncat mai multă apă rece în visul călătoriei FTL, ne-ar putea ajuta foarte bine să deblocăm unele dintre misterele mai profunde ale Universului. Cine știe? Poate că o parte din aceste cunoștințe ne vor permite să găsim o cale în jurul acestui blocaj cunoscut sub numele de Relativity Special!
