Nú gætum við fundið leynilegar tímavélar alheimsins

Í geimnum gætu leynst fjölmörg svonefnd ormagöng, eins konar skammleiðir gegnum bæði tíma og rúm. Ormagöngin hafa verið okkur ósýnileg en nú hafa eðlisfræðingar uppgötvað aðferðir sem gætu veitt okkur aðgang að þessum innbyggðu tímavélum alheimsins.

BIRT: 14/01/2022

LESTÍMI:

9 mínútur
Share on facebook

Ást Rómeós og Júlíu er sterkari en allt annað en fjölskyldur þeirra hafa ræktað með sér djúpstætt hatur hvor á annarri og vilja ekki með nokkru móti leyfa þeim að eigast og í óhamingju sinni hrekjast þau í útlegð hvort í sinni stjörnuþoku.

 

En Rómeó og Júlía eru eðlisfræðingar og snilligáfur þeirra vel yfir meðallagi. Í leynum finna þau þess vegna ormagöng milli stjörnuþokanna tveggja.

 

Utan frá sér líkjast op ormaganganna tveimur svartholum; annað er í stjörnuþoku Rómeós, hitt í stjörnuþoku Júlíu.

 

Elskendurnir ungu kasta sér niður í þessi svarthol og fjölskyldur þeirra halda að óbærileg þrá þeirra hafi komið báðum til að svipta sig lífi.

 

Þannig gæti þetta þekkta leikrit Shakespeares litið út ef það væri endurskrifað í formi vísindaskáldskapar. Vísindaskáldsagan gæti meira að segja fengið hamingjusamlegan endi:

 

Í ormagöngunum þeytir hinn ofboðslegi þyngdarkraftur Rómeó og Júlíu hvoru í annars faðm og þau geta notið ástarinnar í ormagöngunum miðjum.

 

Þau eru nú ekki einungis stödd á öðrum stað í geimnum, heldur einnig á öðrum tíma.

Tímavélar alheims eru dulbúnar sem svarthol.

Hugmyndin um ormagöng í geimnum á uppruna sinn að rekja til afstæðiskenningar Alberts Einstein. Séu ormagöng til er líklegast að þau séu dulbúin sem svarthol og eðlisfræðingar hafa hingað til álitið ógerlegt að finna þau, einmitt vegna þess að það er ógerlegt að sjá hvað gerist í svartholi.

 

Nú herma nýjar kenningar að þrátt fyrir allt kunni ormagöngin að hafa einhver sérkenni sem geri kleift að bera kennsl á þau – og þar með finna innganginn að leyndum tímavélum alheimsins.

Ofurþung svarthol finnast í miðju flestra stjörnuþoka. Sum þeirra gætu hugsanlega verið inngangur að ormagöngum.

Rúmtíminn er U-laga

Lögmál eðlisfræðinnar banna ekki tilvist ormaganga vegna þess að samkvæmt afstæðiskenningunni hefur þyngdaraflið bæði áhrif á rúm og tíma. Einstein tengdi hinn þrívíða veruleika við tímann í svokallaðan rúmtíma sem hefur fjórar víddir.

 

Okkur er ógerlegt að sjá fyrir okkur fjórar víddir og þess vegna er rúmtíminn iðulega myndgerður sem tvívítt teppi sem dældast af massamiklum hlutum.

 

Þyngdaraflið frá svo litlum hnetti sem jörðinni dældar rúmtímann ekki meira en sem samsvarar til þeirrar dældar sem myndast í áklæði borðstofustóls þegar maður sest á hann. Ofboðslega þung og þétt fyrirbrigði á borð við svarthol sveigja rúmtímann hins vegar svo mikið að þau mynda í hann djúpan brunn.

 

Ef botnar tveggja slíkra þyngdarbrunna mætast getur rúmtíminn svignað svo mikið að hann verði U-laga.

Ormagöng tengja fortíð og framtíð

Ormagöng eru skammleiðir milli svæða í rúmtímanum sem svignar af völdum ofboðslegs massa svartholanna. Ferð gegnum slíka rás getur endað í annarri stjörnuþoku á öðrum tíma.

1. Ofurþungir massar sveigja rúmtímann

Tvö ofurþung svarthol mynda djúpa „brunna“ í rúmtímann (A og B) og sveigja hann í U-lögun. Ljóseind eða geimskip þyrfti almennt að fylgja sveigjunni og ferðast hina löngu U-laga leið frá A til B.

2. Ormagöng liggja milli ólíkra tíma

Sum svarthol í miðjum stjörnuþokum gætu verið inngangar í ormagöng sem mynda skammleið milli stjörnuþokanna. Fari maður inn um op A lendir maður í framtíðinni utan við B. Í hina áttina förum við til upphafs ferðarinnar í fortíðinni.

3. Framandi efnivíkkar rásina

Rásin milli opanna á ormagöngunum þarf að haldast opin til að geimskip komist þar í gegn. Til þess þarf svokallað framandi efni sem vinnur gegn þyngdarkraftinum og kemur í veg fyrir að rásin falli saman.

 

Þegar ljóseind ferðast niður annan U-legginn, tekur botnsveigjuna og fer svo upp hinn U-legginn, endar hún ferðina mjög nálægt upphafspunktinum. Og ef hún lendir hér inni í beinni rás milli leggjanna, getur hún skotist í gegnum þá rás og komist aftur á þann stað sem hún var í upphafi. Hún er þar með lent í fortíðinni.

 

Eða öfugt: Ef ljóseindin smýgur gegnum rásina strax í upphafi ferðar sinnar, sparar hún tímann sem U-ferðin tekur og styttir sér þannig leið inn í framtíðina.

 

Séu ormagöng yfirhöfuð til, mynda þau sem sagt skammleiðir gegnum tíma og rúm og leyfa þannig tímaflakk bæði fram og aftur í tíma. Og fræðilega gætu tvær ljóseindir mæst á miðri leið, rétt eins og Rómeó og Júlía í hinni hugsuðu vísindaskáldsögu.

 

Framandi efni ryðja brautina

Ormagöng komust fyrir alvöru á dagskrá eðlisfræðinga í lok níunda áratugarins, þegar bandaríski Nóbelsverðlaunahafinn Kip Thorne reiknaði út að fræðilega séð mætti senda geimskip gegnum rásina milli opa ormaganganna. Til þess þyrfti þó svokallað framandi eða „eksótískt“ efni að halda rásinni opinni.

Allt venjulegt efni hefur massa og um leið jákvæða orku. Þannig hefur það áhrif á annað efni með þyngdarafli sínu. Framandi efni sem beinlínis er minna en ekkert, hefur hins vegar neikvæða orku sem virkar fráhrindandi.

 

Ef ormagangarásin hefur þunna skurn framandi efnis, heldur sú skurn rásinni opinni þannig að geimskipið getur ferðast gegnum rásina til annars staðar bæði í rúmi og tíma.

 

Þetta hljómar sem fullkomin ímyndun en tilraunir hafa sýnt að unnt er að skapa örsmá svæði með neikvæðri orku og þar með sannað að þetta framandi efni sé til.

 

Ormagöngin eldgömul

hugmynd að ofurþung svarthol séu í rauninni inngangar að ormagöngum var sett fram árið 2006 og hugarsmiðurinn var rússneski eðlisfræðingurinn Igor Novikov hjá Kaupmannahafnarháskóla.

 

Kenningin grundvallast á þeirri hugmynd að mikill fjöldi svarthola hafi myndast strax eftir Miklahvell, þegar rúmtíminn var svo þéttur í sér að honum mætti helst líkja við froðu.

 

Þarna komust sum svartholin í snertingu og tengdust hvert öðru þannig að þau mynduðu ormagöng.

Eftir því sem alheimurinn þandist út dreifðust ormagöngin út um allan þann alheim sem nú er svo gríðarlega stór sem raun ber vitni og rásirnar milli opanna tengja saman fjarlægar stjörnuþokur og mynda þannig gríðarstórt netverk skammleiða í tíma og rúmi.

 

Einn fremsti vísindamaður á sviði rannsókna á ormagöngum er Juan Maldacena hjá Princetonháskóla í Bandaríkjunum. Vísindaskáldsagan okkar um Rómeó og Júlíu er frá honum komin. Útreikningar hans sýna að rúmfræðilegir eiginleikar ormaganga sem opnast í tveimur stjörnuþokum gætu verið þannig að mögulegt sé að kasta sér inn í opin tvö og mætast á miðri leið.

 

En Maldacena telur ekki að ungu elskendurnir kæmust nokkru sinni út aftur. Vegna útþenslu alheimsins til allra átta, fjarlægjast opin tvö hvort annað svo hratt í sundur að jafnvel á allt að því ljóshraða næðu Rómeó og Júlía aldrei út úr ormagöngunum.

 

Kip Thorne reiknaði út að fræðilega mætti senda geimskip gegnum ormagöng. Juan Maldacena telur að geimskipið komist aldrei út vegna þess að göngin lengist í sífellu.

Aðrir vísindamenn eru ósammála þessari túlkun. Rússneski eðlisfræðingurinn Mikhail Piotrovitch hjá Stjörnuskoðunarmiðstöðinni í Pétursborg telur að frumeindir sem fara inn í ormagöng myndu koma út hinum megin sem tíu billjón gráða heitur plasmi.

 

Í samræmi við þetta telur hann gerlegt að komast alla leið í gegnum ormagöng. En það sem meira er: Hann telur gerlegt að finna ormagöngin.

Geislun sýnir leið að ormagöngum

Utan frá séð líkist kjarni stjörnuþoku ofurþungu svartholi en í sumum tilvikum gætu þarna leynst ormagöng. Nýjar rannsóknir sýna hvernig má finna ormagöngin, t.d. með Fermi-sjónaukanum.

1. Ormagöngin soga gasið til sín

Rétt eins og svarthol sogar op á ormagöngum til sín gas úr skífunni kringum sig. Samkvæmt nýrri kenningu skjóta bæði opin gasi frá þyngdarsviði sínu á nærri ljóshraða.

2. Áreksturinn skapar plasmabólu

Í miðjum göngunum mætast tveir gasstraumar og áreksturinn hækkar hitann ofboðslega. Úr verður plasmabóla sem er tíu billjón gráðu heit.

3. Bólan þenst í átt að opunum

Plasmabólan þenst út á sprengihraða og flytur gaseindirnar út að báðum opum ganganna. Þar flæðir glóandi heitur plasmi út til allra átta og sendir frá sér mjög orkuríka gammageislun.

4. Geislunin afhjúpar ormagöngin

Geislunin frá gasskífunni gerir kleift að þekkja ormagöngin frá venjulegu svartholi, t.d. með geimsjónaukanum Fermi. Svarthol sendir aðeins frá sér gammageislun hornrétt út en ekki frá skífunni.

 

Piotrovitch hefur reynt að reikna út hvað gerist ef bæði op ormaganga gleypa gas. Fyrst verður svo mikil hröðun við enda ganganna að frumeindirnar mynda gríðarsterkt þyngdarsvið en síðan berast þær inn í göngin á hraða sem nálgast ljóshraðann.

 

Í miðjum ormagöngunum skella frumeindastraumarnir saman og bráðna saman í tíu billjón gráðu heitan plasma sem þenst út á ofboðslegum hraða. Þenslan þeytir gaseindunum áfram um rásina og út um gangnaopin. Þar sendir plasminn frá sér orkuríka gammageislun til allra átta.

 

En það er ekki raunin í kringum gríðarstór svarthol sem gleypa í sig gas og þess vegna telja stjörnufræðingar sig nú geta greint ormagöng í gegnum geimsjónauka NASA, Fermi sem einmitt nemur gammageislun.

 

Hafi Piotrovitch rétt fyrir sér, væri Rómeó og Júlíu fræðilega séð mögulegt að komast út úr ormagöngunum.

 

Aðrir eðlisfræðingar hafa fundið aðra leið til að greina hvort ormagöng geti verið dulbúin sem ofurþung svarthol.

 

Ormagöng í Vetrarbrautinni

De-Chang Dai hjá Yangzhouháskóla í Kína og Dejan Stojkovic hjá Buffaloháskóla í BNA hafa lagt fram útreikninga varðandi aðstæður við hið ofurþunga svarthol í miðju Vetrarbrautarinnar. Þetta svarthol er lítt virkt vegna þess að það hefur tæmt allt gas úr nágrenni sínu og þess vegna hafa stjörnufræðingar getað kortlagt braut stjörnunnar S2 sem snýst um svartholið í einungis 20 milljarða kílómetra fjarlægð.

 

Ef þetta ofurþunga svarthol í okkar eigin stjörnuþoku er í raun og veru annað opið á ormagöngum og ef stjarna snýst líka um hinn endann, nær aðdráttarafl hvorrar stjörnu um sig til hinnar gegnum þá skammleið sem ormagöngin skapa. Og þetta ætti að hafa áhrif á braut stjörnunnar S2 samkvæmt útreikningunum.

 

Næsta kynslóð risasjónauka með 30-40 metra spegla eins og ELT (Extremely Large Telescope) í Chile, munu hafa nægilega góða virkni til að greina möguleg áhrif á braut þessarar stjörnu. Verði slík áhrif staðfest höfum við fundið okkar eigin inngang í ormagöng og möguleika á tímaferðalagi um geiminn.

Stjarnan S2 er á braut um svartholið í miðju Vetrarbrautarinnar (t.v.). Sé svartholið op á ormagöngum gæti ELT-sjónaukinn greint þyngdaráhrif stjarna utan við hinn enda ormaganganna.

Hugmyndin um tímaflakk er heillandi en líka ógnvekjandi, vegna þess að hún stríðir gegn fastbundinni ímynd okkar um tímann sem fasta stærð. Það virðist hins vegar ekki vera neitt í lögmálum eðlisfræðinnar sem bannar tímaferðalög.

 

Flugferðir til framtíðar

Nú þegar hefur sannast að gerlegt er að ferðast inn í framtíðina. Það gerum við einfaldlega með því að hreyfa okkur, einkum þegar við förum á miklum hraða.

 

Það getur verið örðugt að skilja þetta en ímyndaðu þér að tíminn sé fljót sem rennur frá fortíðinni inn í framtíðina. Við sitjum öll í báti sem berst með straumnum. Til að komast inn í framtíðina þurfum við ekki annað en að setja utanborðsmótorinn í gang þannig að báturinn fari hraðar en vatnið í fljótinu.

 

Á þennan hátt ferðast milljónir manna daglega nokkra milljörðustu hluta úr sekúndu inn í framtíðina í flugvélum sem fara á þúsund kílómetra hraða. Tímamunurinn er bara svo örlítill að við veitum honum enga eftirtekt og hann er aðeins mælanlegur með atómklukku.

 

Ef við ætlum fyrir alvöru að ferðast til framtíðar þurfum við geimskip sem getur nálgast ljóshraðann. Í slíku geimskipi líður tíminn áberandi hægar.

Geimferðalangar sem færu í svo hraðfara geimskipi langt út í geim og heim aftur, hefðu kannski verið eitt ár í ferðinni en á jörðinni hefðu hins vegar liðið tíu ár þegar þeir lentu aftur. Þeir væru þannig komnir inn í framtíðina.

 

Þetta dæmi er byggt á hinni sérstöku afstæðiskenningu Einsteins og það sýnir að hugtakið „samtímis“ getur ekki átt við yfir miklar vegalengdir í geimnum, vegna þess að framgangur tímans ræðst af hraða áhorfandans.

 

Til viðbótar segir svo almenna afstæðiskenningin okkur að tíminn verði fyrir áhrifum af massamiklum hlutum í geimnum, því meiri sem massinn er, því kraftmeira er þyngdaraflið og því hægar líður tíminn. Þetta hefur reyndar verið mælt á jörðinni og tíminn reyndist líða agnarögn hraðar á fjallstindi en við sjávarmál, þar eð fjallstindurinn er lengra frá þungamiðju jarðar.

 

Gætum við ferðast til samanþjappaðrar nifteindastjörnu, 10-20 km í þvermál og með meiri massa en sólin, yrði munurinn miklu greinilegri því við stjörnuna líður tíminn 30% hægar en hér á jörð.

 

Ferð til nifteindastjörnu getur flutt okkur margar aldir inn í framtíðina.

 

Þegar háhraðageimskipið lenti hér á jörð eftir ferð til nifteindastjörnunnar, væru liðnar margar aldir hér og geimfararnir komnir langt inn í framtíðina.

 

Áhrif þyngdaraflsins á tímann valda því líka að Rómeó og Júlía þurfa ekki að óttast fjölskyldur sínar ef þau tækju einhvern tíma þá ákvörðun að snúa heim. Dvölin í hinu ofboðslega þyngdarafli í ormagöngunum hefði þá hægt svo mikið á tímanum hjá þeim að við heimkomuna væru þau komin svo langt inn í framtíðina að enginn myndi lengur eftir þeim.

 

Fortíðarferðir hættulegar

Þótt nú þegar sé hægt að hnika sér örlítið inn í framtíðina, eru fortíðarferðir öllu fremur hugarleikfimi, þótt þær þurfi ekki að vera ógerlegar ef ormagöng eru til í rúmtímanum á annað borð.

 

Fortíðarferðum tengjast hins vegar ákveðin vandamál sem virðast alveg óleysanleg. Þetta gildir t.d. um hina svokölluðu afa-mótsögn. Hvað gerist ef þú ferðast aftur í tímann og drepur afa þinn áður en hann eignast börn? Afleiðingin er sú að þú getur aldrei hafa orðið til og hver var það þá sem drap afann?

 

Þessi mótsögn varð til þess að sá víðfrægi eðlisfræðingur Stephen Hawking taldi að það hlyti einfaldlega að vera til eitthvert óþekkt eðlisfræðilögmál sem kæmi í veg fyrir tímaflakk til fortíðar.

 

Igor Novikov hefur talsvert hófstilltari afstöðu. Hann telur gerlegt að ferðast aftur á bak í tíma en við getum ekki breytt fortíðinni þannig að hún útiloki nútíð eða framtíð.

 

Verði tímavél einhvern tíma fundin upp verður að öllum líkindum ekki unnt að komast á henni lengra aftur í tímann en til þess dags þegar hún var tekin í notkun. Við getum sem sagt ekki skroppið í sumarfrí til Forn-Egypta og horft á þá byggja pýramídana. Og af sömu ástæðu höfum við heldur aldrei fengið heimsókn frá framtíðinni – að því er best er vitað.

 

BIRT: 14/01/2022

HÖFUNDARÉTTUR MYNDA: © Shutterstock, © Shutterstock & Malene Vinther, © Caltech/UPI/Ritzau Scanpix & ICTS, © M. Kornmesser/ESO & L. Calçada/ESO

vinsælustu greinarnar

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu með áskrifandi að blaðinu?

Áskrifendur geta fengið áskrift af vefnum hér

FÁÐU AÐGANG AÐ VÍSINDI.IS

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is