Wormgaten zijn een populaire functie in sciencefiction, de middelen waarmee ruimtevaartuigen sneller dan het licht (FTL) kunnen reizen en ogenblikkelijk van het ene punt in de ruimtetijd naar het andere kunnen bewegen. En hoewel de algemene relativiteitstheorie het bestaan ​​van "doorkruisbare wormgaten" verbiedt, Uit recent onderzoek blijkt dat ze wel degelijk mogelijk zijn binnen het domein van de kwantumfysica.

De enige nadelen zijn dat ze er langer over zouden doen om door de normale ruimte te reizen en/of waarschijnlijk microscopisch klein zijn. In een nieuwe studie uitgevoerd door een paar Ivy League-wetenschappers, het bestaan ​​van fysica buiten het standaardmodel zou kunnen betekenen dat er wormgaten zijn die niet alleen groot genoeg zijn om doorkruist te worden, maar volkomen veilig voor menselijke reizigers die van punt A naar punt B willen komen.

De studie, getiteld "Menselijk doorkruisbare wormgaten, " werd uitgevoerd door Juan Maldacena, de Carl P. Feinberg hoogleraar theoretische fysica van het Institute of Advanced Study, en Alexey Milekhin, een afgestudeerde astrofysica student aan de Princeton University. Het paar heeft in het verleden uitgebreid geschreven over het onderwerp wormgaten en hoe ze een middel kunnen zijn om veilig door de ruimte te reizen.

De theorie over wormgaten ontstond in het begin van de 20e eeuw als reactie op Einsteins algemene relativiteitstheorie. De eerste die hun bestaan ​​postuleerde was Karl Schwarzschild, een Duitse natuurkundige en astronoom wiens oplossingen voor de veldvergelijking van Einstein (de Schwarzschild-metriek) resulteerden in de eerste theoretische basis voor het bestaan ​​van zwarte gaten.

Een gevolg van de Schwarzschild-metriek was wat hij noemde "eeuwige zwarte gaten, " die in wezen verbindingen waren tussen verschillende punten in de ruimtetijd. deze Schwarzschild-wormgaten (ook bekend als Einstein-Rosen-bruggen) waren niet stabiel, omdat ze te snel zouden instorten om iets van het ene uiteinde naar het andere over te steken.

Zoals Maldacena en Milekhin via e-mail aan Universe Today hebben uitgelegd, doorkruisbare wormgaten hebben speciale omstandigheden nodig om te kunnen bestaan. Dit omvat het bestaan ​​van negatieve energie, wat niet is toegestaan ​​in de klassieke natuurkunde, maar wel mogelijk is binnen het domein van de kwantumfysica. Een goed voorbeeld hiervan, zij beweren, is het Casimir-effect, waarin kwantumvelden negatieve energie produceren terwijl ze zich voortplanten langs een gesloten cirkel.

"Echter, dit effect is meestal klein omdat het kwantum is. In ons vorige blad, we realiseerden ons dat dit effect aanzienlijk kan worden voor zwarte gaten met een grote magnetische lading. Het nieuwe idee was om speciale eigenschappen te gebruiken van geladen massaloze fermionen (deeltjes zoals het elektron maar met massa nul). Voor een magnetisch geladen zwart gat, deze reizen langs de magnetische veldlijnen (op een manier die vergelijkbaar is met hoe de geladen deeltjes van de zonnewind de aurora's creëren nabij de poolgebieden van de aarde)."

Deze deeltjes kunnen in een cirkel reizen door één plek binnen te gaan en weer tevoorschijn te komen waar ze zijn begonnen in de omringende vlakke ruimte. Dit houdt in dat de "vacuümenergie" wordt gewijzigd en negatief kan zijn. De aanwezigheid van deze negatieve energie kan het bestaan ​​van een stabiel wormgat ondersteunen, een brug tussen punten in de ruimtetijd die niet zullen instorten voordat iets de kans krijgt om er doorheen te gaan.

Dergelijke wormgaten zijn mogelijk op basis van materie die deel uitmaakt van het standaardmodel van de deeltjesfysica. Het enige probleem is dat deze wormgaten microscopisch klein zouden moeten zijn en alleen over zeer kleine afstanden zouden bestaan. Voor menselijke reizen, de wormgaten zouden groot moeten zijn, die fysica vereist die verder gaat dan het standaardmodel.

Voor Maldacena en Milekhin, dit is waar het Randall-Sundrum II-model (ook bekend als vijfdimensionale kromme geometrietheorie) in het spel komt. Vernoemd naar theoretisch natuurkundigen Lisa Randall en Raman Sundrum, dit model beschrijft het universum in termen van vijf dimensies en werd oorspronkelijk voorgesteld om een ​​hiërarchieprobleem in de deeltjesfysica op te lossen.

"Het Randall-Sundrom II-model was gebaseerd op het besef dat deze vijfdimensionale ruimtetijd ook fysica zou kunnen beschrijven bij lagere energieën dan degene die we gewoonlijk onderzoeken, maar dat het aan detectie zou zijn ontsnapt omdat het alleen door zwaartekracht met onze materie kan worden gekoppeld. In feite, de fysica ervan is vergelijkbaar met het toevoegen van veel sterk op elkaar inwerkende massaloze velden aan de bekende fysica. En om deze reden, het kan aanleiding geven tot de vereiste negatieve energie."

Van de buitenkant, Maldacena en Milekhin concludeerden dat deze wormgaten zouden lijken op middelgrote, geladen zwarte gaten die even krachtige getijdenkrachten zouden genereren waar ruimtevaartuigen op hun hoede voor zouden moeten zijn. Om dat te doen, zij beweren, een potentiële reiziger zou een zeer grote boostfactor nodig hebben als ze door het midden van het wormgat gaan.

Ervan uitgaande dat dat mogelijk is, de vraag blijft of deze wormgaten kunnen fungeren als een kortere weg tussen twee punten in de ruimtetijd. Zoals opgemerkt, eerder onderzoek door Daniel Jafferis van de Harvard University (die ook rekening hield met het werk van Einstein en Nathan Rosen) toonde aan dat, hoewel mogelijk, stabiele wormgaten zouden eigenlijk meer tijd nodig hebben om te doorkruisen dan de normale ruimte.

Volgens het werk van Maldacena en Milekhin, echter, hun wormgaten zouden bijna geen tijd nodig hebben om te doorkruisen vanuit het perspectief van de reiziger. Vanuit het perspectief van een buitenstaander, de reistijd zou veel langer zijn, wat consistent is met de algemene relativiteitstheorie - waarbij mensen die dicht bij de lichtsnelheid reizen tijdsvertraging zullen ervaren (d.w.z. tijd vertraagt). Zoals Maldacena en Milekhin het uitdrukten:

"]Voor astronauten die door het wormgat gaan, het zou slechts één seconde van hun tijd kosten om te reizen 10, 000 lichtjaar afstand (ongeveer 5000 miljard mijl of 1/10 van de Melkweg). Een waarnemer die niet door het wormgat gaat en buiten blijft, ziet ze meer dan 10 nemen, 000 jaar. En dit alles zonder gebruik van brandstof, omdat de zwaartekracht het ruimteschip versnelt en vertraagt."

Een andere bonus is dat het doorkruisen van deze wormgaten kan worden gedaan zonder het gebruik van brandstof, omdat de zwaartekracht van het wormgat zelf het ruimteschip zou versnellen en vertragen. In een ruimteverkenningsscenario, een piloot zou door de getijdenkrachten van het wormgat moeten navigeren om zijn ruimtevaartuig precies goed te positioneren, en laat de natuur dan de rest doen. Een seconde later, ze zouden aan de andere kant van de melkweg tevoorschijn komen.

Hoewel dit misschien bemoedigend klinkt voor degenen die denken dat wormgaten ooit een manier kunnen zijn om door de ruimte te reizen, Het werk van Maldacena en Milekhin vertoont enkele belangrijke nadelen, ook. Voor starters, ze benadrukken dat verplaatsbare wormgaten moeten worden ontworpen met behulp van negatieve massa, aangezien er geen aannemelijk mechanisme bestaat voor natuurlijke vorming.

Hoewel dit mogelijk is (althans in theorie), de nodige ruimtetijdconfiguraties zouden vooraf aanwezig moeten zijn. Toch, de massa en omvang zijn zo groot dat de taak verder zou gaan dan elke praktische technologie die we kunnen voorzien. Tweede, deze wormgaten zouden alleen veilig zijn als de ruimte koud en vlak was, wat niet het geval is buiten het Randall Sundrum II-model.

Bovenop dat alles, elk object dat het wormgat binnengaat, zou worden versneld en zelfs de aanwezigheid van alomtegenwoordige kosmische achtergrondstraling zou een aanzienlijk gevaar vormen. Echter, Maldacena en Milekhin benadrukken dat hun onderzoek is uitgevoerd om aan te tonen dat doorkruisbare wormgaten kunnen bestaan ​​als gevolg van de 'subtiele wisselwerking tussen algemene relativiteitstheorie en kwantumfysica'.

Kortom, wormgaten zullen waarschijnlijk geen praktische manier worden om door de ruimte te reizen - tenminste, op geen enkele manier is dat te voorzien. Misschien zouden ze niet verder gaan dan een Kardashev Type II- of Type III-beschaving, maar dat is slechts speculatie. Toch, wetende dat een belangrijk element in sciencefiction niet buiten het bereik van de mogelijkheden ligt, is zeker bemoedigend.