2016. sze 12.

Miből lesz a féregjárat?

írta: _Maverick
Miből lesz a féregjárat?

praffai_ligo_1.jpgAz elmúlt év talán legnagyobb feltűnést keltő és legnagyobb horderejű tudományos felfedezése a gravitációs hullámok létezésének kísérleti igazolása volt. A világraszóló eredményt hozó munkában magyar kutatók is részt vettek, akik aztán számos cikkben, interjúban szólaltak meg a felfedezés kapcsán. Közéjük tartozik Raffai Péter, az ELTE asztrofizikusa, aki tudományos tevékenysége mellett komoly figyelmet szentel a tudományos ismeretterjesztésnek és az eredmények közérthető módon történő elmagyarázásának is. Ennek ékes bizonyítéka a példás gyorsasággal és igényességgel létrehozott gravitacioshullam.hu weboldal, amely írott és audiovizuális anyagok segítésével ad választ olyan kérdésekre, mint például hogy „Mi a téridő?” illetve hogy „Mikor és hogyan történt a felfedezés?”.

Személyes Facebook oldalán a ScienceNews „A new ‘Einstein’ equation suggests wormholes hold key to quantum gravity” című cikke nyomán Raffai Péter ezúttal a féregjáratok mibenlétéről tett közé egy írást, amelyet engedélyével az alábbiakban közlünk néhány keretekben elkülönített további linkkel és kiegészítéssel! Ezzel át is adnánk a szót a szerzőnek!

-------------------------------------

Albert Einstein és Nathan Rosen 1935-ben közölték az általános relativitáselmélet alapegyenletének, az Einstein egyenletnek egy különleges (a fekete lyukak és gravitációs hullámok mellett egy másik) „üres tér” megoldását, ti. a ma Einstein-Rosen híd néven is ismert „féreglyuk” megoldást. Ahogy erre rámutattak, egy féreglyuk, minden anyagi tartalom és közvetítő nélkül, a tér két távoli pontja (vagy akár két párhuzamos univerzum) között teremt térbeli kapcsolatot. Ez a kapcsolat azonban instabil: a legkisebb zavarra is (mint amilyen egy fényjel vagy egy ember átküldése lenne a féreglyukon) bezárul, és megszűnik.

14053951_10210261581556602_4573942005466729609_n.jpg

Az illusztráció a ScienceNews hivatkozott cikkéből származik

A ma a LIGO projekt egyik atyjaként is ismert Kip Thorne, a doktorandusza, Mike Morris (és tőlük függetlenül mások) csupán a '70-es években mutattak rá elméleti úton arra, hogy létezhet a féreglyukaknak „átjárható” változata (nevezzük ezeket „féregjáratoknak”), amennyiben egy taszító gravitációt kifejtő anyag- vagy energiafajta a féreglyuk belsejét stabilizálja, és nyitva tartja. Thorne és más fizikusok arra is rámutattak, hogy ilyen féregjáratok nemcsak térbeli ugrásokat tennének lehetővé távoli térpontok között (mint pl. a népszerű „Csillagok között” filmben), de időgépként is használhatók lennének, méghozzá a (korábban lehetetlennek gondolt) múltba utazáshoz!

Einstein általános relativitáselméletéből régóta tudható, hogy a gravitáció taszító erőként is megjelenhet, annak forrása ugyanis nem csupán egy közeg anyaga (amely minden esetben vonzó gravitáció forrása), hanem az energia bármilyen más formája is, beleértve például a közeg részecskéinek azon energiáját, amelyet a mozgásukban tárolnak, és amelyet részecskék sokasága esetén például egy edény falára kifejtett, vagy a sokaság belsejében fellépő „belső” nyomáshoz társítunk. Elvben elképzelhető, hogy egy közeg nyomása negatív - bár elvi jelöltek vannak is ilyen közegre, ilyet az anyagnak csak valamilyen szokatlan, ma még nem ismert formája teljesíthet. Az sem kizárt, hogy egy ilyen közegnek a nyomásához társítható (negatív, és taszító gravitációjú) energiája meghaladja a közeg nyugalmi tömegében tárolt (pozitív, és vonzó gravitációjú) energiáját. Egy ilyen negatív nyomású közeg összességében taszító gravitációt fejtene ki a környezetére, és a féreglyukak belsejét is e taszításával stabilizálhatná.

A helyzet ennél is reménykeltőbb: a kozmológiai megfigyelésekből ma már azt is tudjuk, hogy létezik az anyagnak (vagy energiának) ilyen különleges megjelenési formája. Ez a „sötét energia”, amely pontosan ilyen, negatív nyomású közeg: a nyomásában tárolt negatív energiája meghaladja a nyugalmi tömegében tárolt pozitív energiáját. Az ebből létrejövő taszító gravitációjával a sötét energia felelős az univerzum gyorsuló tágulásáért, és létezésének felismerését pontosan e gyorsuló tágulás felfedezésének köszönhetjük. Azt is tudjuk ma már, hogy a világegyetemünknek ma mintegy 70%-át ez a sötét energia teszi ki, vagyis több (taszító gravitációjú) sötét energia vesz körül bennünket, mint (vonzó gravitációjú) „normál” anyag! (Ezt azért nem látjuk magunk körül így, mert körülöttünk a normál anyag nagyon koncentráltan van jelen, míg a sötét energia egyenletesen oszlik el a hatalmas világűrben.)

Az elmúlt héten az ELTE által megrendezett „Az atomoktól a csillagokig” előadássorozat keretében Dávid Gyula fizikus beszélt a sötét anyagról. Az előadást megosztjuk majd olvasóinkkal amint elérhetővé válik az az esemény Youtube-csatornáján. Addig is meleg szívvel ajánljuk a sorozat idei programját minden érdeklődő figyelmébe!

14124394_680657992090479_5745472228215149201_o.jpg

Visszatérve Thorne és mások eredményéhez: a féregjáratok tehát „térugráshoz” és időutazáshoz is használhatók lennének, és ezek létezését nem is zárja ki semmi. Nekünk, fizikusoknak, azonban még fogalmunk sincs arról, hogy egy féregjárat (vagy akár csak egy átjárhatatlan féreglyuk) hogyan keletkezhet; vagyis, hogy mi az a fizikai folyamat, ami a „hétköznapi” „sima” téridőt féregjárattá hajlítja? (Ilyen folyamatokat már pontosan ismerünk az üres tér olyan különleges térgörbületi formáira, mint amilyenek a fekete lyukak és a gravitációs hullámok.) Úgy sejtjük, hogy a tér legkisebb méreteinek „kvantumbizonytalanságában” folyamatosan keletkeznek és tűnnek is el apró féregjáratok, ezek azonban - ha léteznek is - megfigyelhetetlenül és használhatatlanul picik. Hogyan keletkezhetne tehát egy féregjárat emberi léptékű méretekben, amit a relativitáselmélettel le is tudunk írni? Amíg ilyen folyamatot mondani nem tudunk, nehéz megmondani, hogy makroszkopikus féregjáratokat hol, milyen környezetben keressünk, mi több, nehéz azt is megmondani, hogy ilyen féreglyukak és féregjáratok a természetben megvalósulhatnak-e és megvalósulnak-e egyáltalán.

A másik rejtély, hogy ha léteznek is ilyen féregjáratok, miről ismerjük fel őket? Nos, Juan Malcadena és Leonard Susskind 2013-ban meglepő ötlettel álltak elő: a féregjáratokat keresni sem kell, mert ott vannak mindenütt a „szemünk előtt”, méghozzá a részecskék világában ismert és gyakori „összefonódottság” természetes jelenségében.

A részecskék világának ma még rejtélyes jelensége a (bomlásból vagy a vákuumból spontán) párban keletkező részecskék összefonódottsága: bár e részecskék bizonyos tulajdonságoknak csak a megfigyelésük pillanatában kerülnek a birtokába, az egymástól térben messzire távolodott pár egyik tagja a megfigyelésekor meghatározza, hogy a másik tag a távoli megfigyelésekor milyen tulajdonsághoz jut. Úgy tűnik tehát, hogy a két részecske egymástól térben távol, de egymással lényegében azonnal (legalábbis a fénysebességnél gyorsabban) kommunikál! Ez az „összefonódottság”, amelyet Einstein, Podolsky, és Rosen írtak le először, egy szintén 1935-ben megjelent cikkükben.

Az összefonódottság jelenségének furcsaságát és nehéz megérthetőségét mi sem jellemzi jobban, mint hogy Einstein maga is ódzkodott annak elfogadásától, próbálta megkerülni azt. A jelenség elmélet által megjósolt léte sokáig kérdéses volt, azonban idővel sikerült azt kísérletileg is igazolni. Az alábbi magyarázó videó talán kicsit közelebb hozza az olvasóhoz, hogy miről is van szó.

Az érdeklődők számára ajánljuk továbbá az „Az atomoktól a csillagokig” sorozat „A rész és a másik rész - kvantumos párok távkapcsolatai” témával foglalkozó előadását Koniorczyk Mátyás (Pécsi Tudományegyetem, Fizikai Informatika Tanszék) prezentálásában illetve ScienceNews „Everyday Entanglement” című írását.

Malcadena és Susskind 2013-ban így foglalták össze az ötletüket: ER=EPR. Ez annyit jelent, hogy szerintük az Einstein-Podolsky-Rosen (innen az „EPR”) által felismert összefonódottságot a részecskepárok keletkezésével szintén keletkező, és a párokat összeköttetésben tartó Einstein-Rosen hidak (innen az „ER”), azaz féregjáratok okozzák. A térben távolra jutott részecskepárok tehát - az elméletük szerint - az őket folyamatos összeköttetésben tartó féregjáratokon keresztül „kommunikálnak”, ami bár a féregjáratokon keresztül legfeljebb fénysebességű „kommunikáció”, nekünk kívülről mégis „azonnali” (fénynél gyorsabb) információcserének tűnik. „ER=EPR”, az összefonódottság és a féregjáratok létezése egy és ugyanaz (Malcadena és Susskind új ötlete szerint)!

Azon túl, hogy ezen a gondolaton tovább haladva talán a két nagy elmélet, a kvantummechanika és a relativitáselmélet nagy ellentmondásainak a feloldásához juthatunk, mi másért érdekes ez még számomra, aki asztrofizikával foglalkozom? Azért, mert Malcadena és Susskind elmélete először ad ötletet arra is, hogyan lehet egy féregjárat a „sima térből” létrehozható. Ha ugyanis egy helyen nagy tömegben keletkeznének összefonódott részecskepárok, és a párok a tér két különböző pontján kerülnének olyan összepréselt állapotba, mint egy fekete lyuk keletkezésekor az ő forráscsillagának anyaga, úgy az ER=EPR alapján a két távoli összepréselődés egy féregjárat egyik és másik „száját” hozná létre, miközben a láthatatlan „rövid út” a két száj között megmaradna! Bonyolultnak és talán mesterkéltnek is tűnik ugyan, alapötletnek azonban - a féreglyukak elméletének 80 éves története után - nem kevés!

Nos, akármi lesz is az elmélet jövője és folytatása, ez számomra, fizikusként, máris olyan kreatív inspiráció, olyan „szellemi vérfrissítő”, amiért már megéri Malcadena és Susskind ötletére figyelni. Reméljük, további érdekességeket hoz majd.

 

 

Szólj hozzá

kozmológia gravitációs hullámok modern fizika