WORMHOLE: HISTORIA, TEORI, TYPER, FORMATION - ARTE - 2025

Ett maskhål , i astrofysik och kosmologi, är en passage som förbinder två punkter i rymdtidens tyg. Precis som det fallande äpplet inspirerade Isaac Newtons gravitationsteori 1687, har maskarna som genomtränger äpplen inspirerat nya teorier, också inom gravitationsramen.

Precis som att masken lyckas nå en annan punkt på äpplets yta genom en tunnel, utgör rymd-tid maskhål teoretiska genvägar som gör det möjligt att resa till avlägsna delar av universum på kortare tid.

Ormhål i rymdtid: konstnärlig vision. Källa: Pixabay.

Det är en idé som har fångat och fortsätter att fånga fantasin för många. Under tiden är kosmologer upptagna efter att hitta sätt att bevisa dess existens. Men för tillfället är de fortfarande föremål för spekulation.

För att komma lite närmare förståelse av maskhål, möjligheten till tidsresor genom dem och skillnaderna som finns mellan maskhål och svarta hål måste vi titta på begreppet rymdtid.

Vad är rymdtid?

Begreppet rymdtid är nära kopplat till maskhålets. Det är därför det är nödvändigt att först fastställa vad det är och vad dess huvudsakliga kännetecken är.

Rymdtid är där varje händelse i universum inträffar. Och universumet är i sin tur hela rummet, som kan hysa alla former av materienergi och mer …

När brudgummen träffar bruden är det en händelse, men denna händelse har rumsliga koordinater: mötesplatsen. Och en tidskoordinat: år, månad, dag och tid för mötet.

Födelsen av en stjärna eller explosionen av en supernova är också händelser som äger rum i rymden.

Nu, i en region i universumet fritt från massa och interaktioner, är rymdtiden platt. Detta innebär att två ljusstrålar som börjar parallellt fortsätter så här, så länge de stannar kvar i det området. Förresten, för en ljusstråle är tid evig.

Naturligtvis är rymdtid inte alltid platt. Universumet innehåller föremål som har massa som modifierar rymd-tid, vilket orsakar en rymd-tid-krökning på universell skala

Det var Albert Einstein själv som insåg, i ett ögonblick av inspiration att han kallade "den lyckligaste idén i mitt liv", att en accelererad observatör är lokalt oskiljbar från en som är nära ett massivt objekt. Det är den berömda ekvivalensprincipen.

Och en accelererad observatör böjer rymdtid, det vill säga den euklidiska geometri är inte längre giltig. Därför, i miljön hos ett massivt objekt som en stjärna, en planet, en galax, ett svart hål eller universum i sig, böjs rymdtid.

Denna krökning uppfattas av människor som en kraft som kallas tyngdkraft, vardagliga men mystiska samtidigt.

Tyngdkraften är lika gåtfull som kraften som drar oss framåt när bussen där vi reser bromsar kraftigt. Det är som om plötsligt något osynligt, mörkt och massivt, för några ögonblick kommer fram och lockar oss, plötsligt driver oss framåt.

Planeterna rör sig elliptiskt runt solen eftersom dess massa ger en fördjupning i rymdytan som får planeterna att böja sina banor. En ljusstråle krökar också sin väg efter den rymddepression som produceras av solen.

Tunnlar genom rymden - tid

Om rymdtid är en krökt yta, hindrar i princip inget område att ansluta till ett annat genom en tunnel. Att resa genom en sådan tunnel skulle inte bara innebära byte av platser, utan det ger också möjligheten att åka till en annan tid.

Denna idé har inspirerat många science fiction-böcker, serier och filmer, inklusive den berömda 1960-talets amerikanska serien "The Time Tunnel" och mer nyligen "Deep Space 9" från Star Trek-franchisen och 2014-filmen Interstellar.

Idén kom från Einstein själv, som sökte lösningar på fältekvationerna om generell relativitet, tillsammans med Nathan Rosen fann en teoretisk lösning som gjorde det möjligt att ansluta två olika områden i rymdtid genom en tunnel som fungerade som en genväg.

Denna lösning är känd som Einstein - Rosen-bron och visas i ett verk publicerat 1935.

Emellertid användes termen "maskhål" för första gången 1957, tack vare teoretiska fysiker John Wheeler och Charles Misner i en publikation det året. Tidigare hade ”endimensionella rör” talats om för att hänvisa till samma idé.

Senare 1980 skrev Carl Sagan science fiction-romanen "Kontakt", en bok som senare gjordes till en film. Huvudpersonen Elly upptäcker intelligent utomjordiskt liv 25 tusen ljusår bort. Carl Sagan ville att Elly skulle åka dit, men på ett sätt som var vetenskapligt trovärdigt.

Att resa 25 tusen ljusår bort är inte en lätt uppgift för en människa, såvida inte en genväg söks. Ett svart hål kan inte vara en lösning, eftersom differentiell tyngdkraft skulle riva rymdskeppet och dess besättningar när de närmar sig singulariteten.

På jakt efter andra möjligheter konsulterade Carl Sagan en av de ledande experterna på tidens svarta hål: Kip Thorne, som började tänka på saken och insåg att Einstein-Rosenbroarna eller maskhålen i Wheeler var lösningen.

Thorne insåg emellertid också att den matematiska lösningen var instabil, det vill säga tunneln öppnas, men strax efter att den kväver och försvinner.

Ormhålens instabilitet

Är det möjligt att använda maskhål för att resa stora avstånd i rum och tid?

Sedan de uppfanns har maskhål tjänat i många science fiction-tomter för att ta sina huvudpersoner till avlägsna platser och för att uppleva paradoxerna i icke-linjär tid.

Kip Thorne hittade två möjliga lösningar på problemet med ormhålinstabilitet:

• Genom det så kallade kvantskummet. På Planck-skalan (10 ^-35 m) finns det kvantfluktuationer som kan förbinda två områden med rymdtid genom mikrotunnlar. En hypotetisk mycket avancerad civilisation kunde hitta ett sätt att bredda passagerna och hålla dem tillräckligt länge för att en människa ska kunna passera.
• Negativ massmateria. Enligt uppskattningar som Thorne själv publicerade 1990 skulle enorma mängder av detta främmande material behövas för att hålla ändarna på maskhålen öppna.

Det anmärkningsvärda med denna sista lösning är att till skillnad från svarta hål finns det inga singularitet eller kvantfenomen, och människors passage genom denna typ av tunnel skulle vara möjlig.

På detta sätt skulle maskhål inte bara tillåta avlägsna områden i rymden att anslutas utan också separeras i tid. Därför är de maskiner för att resa i tid.

Stephen Hawking, den stora referensen inom kosmologin i slutet av 1900-talet, trodde varken maskhål eller tidsmaskiner var genomförbara på grund av de många paradoxer och motsägelser som uppstår från dem.

Det har inte dämpat andan från andra forskare, som har föreslagit möjligheten att två svarta hål i olika områden i rymdtid är internt förbundna med ett maskhål.

Även om detta inte skulle vara praktiskt för rymden-tid resor, eftersom det bortsett från de trängsel som in i det svarta hål singularitet skulle medföra, skulle det inte finnas någon möjlighet att lämna i andra änden, eftersom det är ett annat svart hål.

Skillnader mellan svarta hål och maskhål

När du pratar om ett maskhål tänker du också omedelbart på svarta hål.

Ett svart hål bildas naturligt efter utvecklingen och döden av en stjärna som har en viss kritisk massa.

Den uppstår efter att stjärnan tappar ut sitt kärnbränsle och börjar kontrahera oåterkallelig på grund av sin egen gravitationskraft. Det fortsätter obevekligt tills det orsakar en sådan kollaps att ingenting som är närmare än händelseshorisontens radie kan fly, inte ens ljus.

Som jämförelse är ett maskhål en sällsynt händelse, följden av en hypotetisk avvikelse i krumningen av rymden. I teorin är det möjligt att gå igenom dem.

Men om någon skulle försöka passera genom ett svart hål, skulle den intensiva tyngdkraften och den extrema strålningen i närheten av singulariteten förvandlas till en tunn tråd av subatomära partiklar.

Det finns indirekta och bara helt nyligen direkta bevis för att det finns svarta hål. Bland dessa bevis finns utsläpp och upptäckt av gravitationsvågor genom attraktion och rotation av två kolossala svarta hål, upptäckt av LIGO gravitationsvågsobservatorium.

Det finns bevis för att ett supermassivt svart hål finns i mitten av stora galaxer, som vår Vintergatan.

Den snabba rotationen av stjärnorna nära centrum, liksom den enorma mängden högfrekvent strålning som härrör därifrån, är indirekta bevis på att det finns ett enormt svart hål som förklarar förekomsten av dessa fenomen.

Det var precis den 10 april 2019 som världen visades det första fotot av ett supermassivt svart hål (7 miljarder gånger solens massa), beläget i en mycket avlägsen galax: Messier 87 i stjärnbilden Virgo, på 55 miljoner ljusår från jorden.

Detta fotografi av ett svart hål möjliggjordes av det världsomspännande nätverket av teleskop, kallat "Event Horizon Telescope", med deltagande av mer än 200 forskare från hela världen.

Å andra sidan finns det inga bevis för maskhål hittills. Forskare har kunnat upptäcka och spåra ett svart hål, men detsamma har inte varit möjligt med maskhål.

Därför är de hypotetiska föremål, även om det teoretiskt är möjligt, som svarta hål en gång också var.

Variation / typer av maskhål

Även om de ännu inte har upptäckts, eller kanske just på grund av detta, har olika möjligheter för maskhål tänkts. De är alla teoretiskt genomförbara, eftersom de tillfredsställer Einsteins ekvationer för allmän relativitet. Här är några:

• Maskhål som förbinder två rymd-tidsregioner i samma universum.
• Ormhålen kan förena ett universum med ett annat universum.
• Einstein-Rosen broar, där materien kunde passera från en öppning till den andra. Även om denna passage av materien skulle orsaka instabilitet, så att tunneln kollapsar på sig själv.
• Kip Thornes maskhål, med en sfärisk skal av negativ massmaterial. Det är stabilt och genomgående i båda riktningarna.
• Det så kallade Schwarzschild maskhål, som består av två anslutna statiska svarta hål. De är inte genomgående, eftersom materia och ljus fångas mellan båda ytterligheterna.
• Lastade och / eller roterande eller Kerr-maskhål, bestående av två internt anslutna dynamiska svarta hål, korsbara i endast en riktning.
• Kvantumsskum av rymdtid, vars existens är teoretiserad på den subatomära nivån. Skummet består av mycket instabila subatomära tunnlar som förbinder olika zoner. Att stabilisera och utvidga dem kräver skapande av en kvark-gluonplasma, vilket skulle kräva en nästan oändlig mängd energi att generera.
• På senare tid, tack vare strängteori, har maskhål som stöds av kosmiska strängar teoretiserats.
• Samverkade och sedan separerade svarta hål, från vilka uppstår ett rymdhål eller Einstein-Rosen-bron som hålls samman av tyngdkraften. Det är en teoretisk lösning som föreslogs i september 2013 av fysikerna Juan Maldacena och Leonard Susskind.

De är alla perfekt möjliga, eftersom de inte strider mot Einsteins ekvationer om allmän relativitet.

Kommer maskhål någonsin att ses?

Under lång tid var svarta hål teoretiska lösningar på Einsteins ekvationer. Einstein ifrågasatte själv möjligheten att de någonsin skulle kunna upptäckas av mänskligheten.

Albert Einstein (1879-1955), författare till relativitetsteorin. Källa: Pixabay.

Så under lång tid förblev svarta hål som en teoretisk förutsägelse, tills de hittades och lokaliserades. Forskare har samma hopp om maskhål.

Det är mycket möjligt att de också är där, men det har ännu inte lärt sig att hitta dem. Även om enligt en mycket nylig publikation skulle maskhål lämna spår och skuggor observerbara även med teleskop.

Fotonerna tros resa runt maskhålen och alstra en lysande ring. De närmaste fotonerna faller inuti och lämnar efter sig en skugga som gör att de kan differentieras från svarta hål.

Enligt Rajibul Shaikh, en fysiker vid Tata Institute for Fundamental Research i Mumbai i Indien, skulle en typ av roterande maskhål producera en större och varvad skugga än för ett svart hål.

I sitt arbete har Shaikh studerat de teoretiska skuggorna som kastas av en viss klass av snurrande maskhål, med fokus på den avgörande rollen som hålen i bildandet av en fotonskugga som gör att den kan identifieras och differentieras från ett svart hål.

Shaikh har också analyserat skuggans beroende av snurret av maskhålen och har också jämfört det med skuggan som kastades av ett snurrande Kerr-svart hål och hittat betydande skillnader. Det är ett helt teoretiskt verk.

Bortsett från det, för tillfället kvarstår maskhål som matematiska abstraktioner, men det är möjligt att vissa kommer att upptäckas mycket snart. Det som är vid den andra extrema är fortfarande föremål för föreställning för tillfället.

referenser

1. Kvantförvirring kan ge upphov till gravitation. Hämtad från Cienciaaldia.com
2. Progress of Physics, Vol 61, Issue September 2013 Pages 781-811
3. Maskhål. Hämtad från wikipedia.org
4. Rymdtid. Hämtad från wikipedia.org.
5. David Nield (2018). Crazy New Paper föreslår maskhål som kastar skuggor som vi lätt kunde se med teleskop. Hämtad från sciencealert.com