A csillagkapuk nyomában

A féreglyukon át

2018. szeptember 04. - Parallaxis Univerzum

Az áprilisi Parallaxisban kívülről-belülről körbejárjuk a féregjáratokon történő utazás élményét, hiszen a Csillagkapu sorozatok világát tanulmányozzuk. Dr. Vincze Miklós fizikus ezúttal is kíméletlenül helyreteszi, hol húzódnak a fizika határai, és hol kezdődik a művészi ámokfutás. A tudományos beszélgetésből megtudhatjátok, hogy mi vár ránk az eseményhorizonton túl.

"Hajlik a hajlik a féregjárat..."

Ahogyan a Star Trekben látható görbületi hajtómű esetleges megvalósításának elméleti alapját, úgy a csillagkapukon történő utazás fizikai megalapozottságát is egy kellően stabil féregjárat jelentheti.

"A féregjárat egy olyen konstrukció, ami elvileg lehetővé tenné, hogy kapcsolatot teremtsen az univerzum két távolabbi pontja között. Ezek a téridő görbületéből kialakuló járatok volnának.

Az egésznek az alapját az einsteini általános relativitáselmélet képezi, ami azt tanítja nekünk, hogy minden tömeggel rendelkező test meggörbíti maga körül a téridőt."

A téridő görbülésének jelensége már a huszadik században gyűjtött megfigyeléseink alapján is igazolható:

"Természetesen a Nap is meggörbíti a téridőt, pont ezzel igazolták a tízes évek végén, húszas évek elején, hogy az általános relativitáselmélet működik: megfigyelték, hogy a Nap közelében elhajlik a távoli háttércsillagoknak a fénye, tehát még a fényt is elgörbíti maga körül. A fény pedig ugye az einsteini elmélet szerint a lehető legrövidebb utat teszi meg két pont között. Tehát hogyha a lehető legrövidebb út el tud hajolni, akkor az azt is jelenti, hogy maga a téridő hajol el."

Ha nagyobb tömegekkel dolgozunk, a görbület mértéke is megnövekszik. Amikor a tömegkoncentráció már extrém méreteket ölt – például egy fekete lyuk esetén – az erős gravitáció miatt már a fény sem tud távozni.

"Ezt az egész téridő görbület gondolatot úgy lehet elképzelni, mintha lenne egy gumilepedőnk, és rádobunk egy tömeggel rendelkező kis golyót, ami begörbíti maga alatt a téridőt. Minél koncentráltabb a tömeg, annál élesebben begörbül ez a téridő.

De mi van akkor, ha két ilyen fekete lyuk szerű begörbülés összekapcsolódik? Mondjuk, ha a gumilepedő helyett egy nagy gumi lufit képzelünk el, tehát egy olyasvalamit, ami nem lapos. Akkor elképzelhetjük, ahogy a lufi mindkét oldalán elindul egy-egy tölcsérszerű behorpadás, s amikor a ezek összeérnek, akkor egy belső járatot alakíthatnak ki."

Rövid életű féregjáratok

A féreglyuk létrehozása során a Star Trek tudományos tárgyalásakor is szóba kerülő Einstein-Rosen híd kínálja a legegyszerűbb megoldást. Ennek élettartamával azonban problémák merülhetnek fel:

"Ezzel az Einstein-Rosen híddal vannak bajok. 1962-ben kiderült, hogy ezek nem stabilak. Ha létre is tudna jönni egy ilyen féregjárat, az sajnos megszűnne létezni azonnal, mégpedig gyorsabban, minthogy egyáltalán a fény átérjen az egyik oldaláról a másik oldalára.

Természetesen nem törődtek bele a kutatók, hogy ezt ennyivel el lehessen intézni, mindenki szeretne féregjáratokon keresztül utazni. Nyilvánvaló, hogy nem adjuk könnyen a dolgot. Ezért aztán mindenféle egzotikus megoldásjavaslatok merültek fel, hogy hogyan lehetne mégis egyben tartani egy ilyen önmagától gyorsan felszámolódó Einstein-Rosen hidat."

Ha a lufis példában bemutatott koncentrált tömegek pozíciója akár minimálisan is megváltozik (amivel a valóságban bizony számolni kéne), akkor a létrehozott járat azonnal megszűnik létezni. Az instabilitás kiküszöbölésére azonban vannak biztató elméletek:

"Éppen a gravitációs hullámokért Nobel-díjat kapott Kip Thorne volt az, aki szerint lehetne mégis stabilizálni egy ilyen Einstein-Rosen hidat, ha valahogy a közepén negatív energiasűrűséget hoznánk létre. Viszont azt hozzá kell tenni, hogy negatív energiasűrűséget nagy léptékben és hosszú időre létrehozni a fizika jelen állása szerint még nem lehet."

Olyan egzotikus anyagot, ami ilyen tulajdonságokkal rendelkezne, egyelőre nem ismerünk. Bár az üres térben előállhatnak általunk is érzékelhető negatív energiák (erre utal a Casimir-effektus), a jelenség csak nagyon kis léptékben figyelhető meg.

Az ősrobbanáskor létrejött féregjáratok nyomában

Ha valamilyen okból kifolyólag mégiscsak koncentrálható, elegendő nagyságú negatív energia jut a birtokunkba, vajon hogyan fogjuk egy annyira instabil féregjárat belsejébe bejuttatni, ami olyan rövid ideig létezik, hogy még a fény sem tud rajta átjutni?

"Tényleg az van, hogy egy féreglyukat nem lehet ilyen módon építeni. A kérdés csak az, hogy lehetett-e valaha olyan fizikai folyamat, ami spontán létrehozott ilyet, negatív energiasűrűséggel a közepén."

Az ősrobbanás után tíz a mínusz negyvenharmadikon másodperccel van rá esély, hogy bizonyos kvantumfluktuációk akár produkálhattak egy mikroszkopikus méretű stabil féregjáratot (itt egyébként még az egész univerzum is mikroszkopikus méretű volt):

"Lehet, hogy abban a nagyon pici univerzumban spontán módon létrejött egy ilyen, iciri-piciri, negatív energiasűrűséggel stabilizált féregjárat. Utána az univerzum elkezdett hihetetlen módon felfúvódni, ezt hívják inflációnak. Elkezdett exponenciálisan, nagyon gyorsan kitágulni a tíz a mínusz harmincharmadikon másodperc környékén."

Az univerzumban található, az egyenletes szétáradás helyett galaxishalmazokba tömörülő anyag eloszlásmintája szintén a kezdeti kvantumfluktuációkkal magyarázható.

"Lehetséges, hogy az a nagyon pici féregjárat, ami valamilyen módon létrejött, az felfúvódhatott akkorára, hogy most már nagy, ha van ilyen.

A következő kérdés, hogy van-e ilyen? Honnan lehetne egyáltalán látni egy ilyet? Ha lenne egy olyan féregjárat, amin keresztül tud menni a fény, az azt jelenti, hogy az az egyik végén egy fehér lyukként funkcionálna, hiszen az egyik oldalon bemenő fénynek valamilyen módon ki kell jönnie a túloldalán."

A gravitációs lencsehatás (képünkön) következtében eltorzuló háttércsillagok képe egy fehér lyukat is jól felismerhetően láthatóvá tenne:

"Ez a torzítás egy csillag körül, vagy akár egy fekete lyuk körül, az pont olyan, mint amikor a boros poharunkat tologatjuk az asztalon, és megnézzük, hogy a boros pohárnak az alja hogyan torzítja a képet. Az tökéletesen pontos analógiája annak, hogy egy csillag gravitációs tere mit csinál a háttércsillagok képével. Viszont, ha egy fehér lyuk lenne ott, akkor az meg tök máshogy torzítaná a háttércsillagok lépét. Elméletileg, ha lenn ilyen, mondjuk a Hubble űrtávcső egyik képén véletlenül az egyik pöttyről kiderülne, hogy az egy fehér lyuk, vagy egy stabilizált Einstein-Rosen hídnak az egyik vége, akkor azt elvileg észlelni tudnánk. Mindezidáig ilyen észlelés nem történt, de a remény hal meg utoljára."

A Nap egy gravitációs gyűjtőlencseként fogható fel (tehát a párhuzamos vonalon mozgó fénypályák metsződését okozza, ami tulajdonképpen egy fókuszpont), de a fehér lyuk esetében a negatív energiakoncentráció miatt egy szórólencse állna elő, ami nem összetereli, hanem szétszórná a fényt. Egy ilyen lencse képét pedig egészen biztosan azonosítani tudnánk, a várható eredményről már szimulációt is gyártottak. Sajnos eddig még egy űrfelvételen sem bukkant fel hasonló dolog.

Némi bizakodásra adhat okot, hogy sokáig a fekete lyukakról sem tudtuk megmondani, hogy egyáltalán léteznek-e, annak ellenére, hogy matematikailag teljesen helytálló megoldást jelentettek az einsteini egyenletek számára. Ma már tudjuk, hogy a csillagok gravitációs összeroppanása létrehozhat ilyen szingularitásokat, sőt, a galaxisok középpontjában is egy szupermasszív fekete lyuk helyezkedik el.

Forgó mozgással görbített téridő

Az általános relativitáselmélet azt is kimondja, hogy nem csak a tömeg görbíti a téridőt, hanem az energiasűrűség is, aminek a tömegsűrűség csak egy részét képezi.

"Hogyha például van egy forgó korong, forgási energia van a rendszerben, az is meggörbíti maga körül a téridőt. Nem csak a tömeggel, hanem bármiféle lokalizált energiával, például forgási energiával is lehet görbíteni a téridőt, és ez egy mérési, tapasztalati tény.

Az, hogy a Föld forog a tengelye körül, az hozzájárul ahhoz, hogy hogyan csavarodik fel körülötte a téridő ezen a gumilepedőn. A fekete lyukak esetében is nagyon nagy különbséget tud jelenteni az, hogy az adott fekete lyuk az forog-e vagy sem. Más az eseményhorizontjának a mérete, hogyha forog.

Ha valahogy lehet konstruálni mégiscsak féregjáratot, akkor az egy ilyen megoldás lehet, hogy forgassunk valamit, de nagyon gyorsan."

"Nyílik a nyílik a csillagkapu..."

Amikor megnyitjuk a csillagkaput, akkor a téridőgörbület megpillantásakor egy fekete lyukhoz hasonló megjelenéssel találkoznánk:

'Elkezdesz azzal a valamivel egy nagyon nagy energiasűrűséget létrehozni, akkor az a valami az egyre pirosabbnak fog kinézni.

Mondjuk építesz egy ilyen bazi nagy óriáskereket, és elkezded forgatni. Akkor azt látod, hogy az óriáskereked az egyre pirosabb, aztán utána megjelenik körülötte egy nagy fekete korong, maga az eseményhorizont. Aztán amikor a túloldalon összeér, akkor azt vizionálom, hogy a nagy fekete korong közepén megjelenik a túloldali világnak a képe, tehát a nagy fekete korong egy nagy fekete gyűrűvé kéne, hogy váljon.

A szélén látnád a kiépülő eseményhorizontot, mert eseményhorizont az kell, hogy legyen. Tehát van egy olyan tartomány, ahonnan nem jön ki a fény, és a közepén meg van egy olyan tartomány, ahonnan szintén nem jön ki a tőled bement fény, viszont a túloldalról bejövő fény meg ott jön ki feléd.'

A Csillagkapu sorozatokban kicsapódó instabil örvény (kawoosh) viszont nincs benne a fizikai realitások halmazában:

"Kicsapó kawoosh-t azért nem látsz, mert egy pillanatra se felejtsük el, hogy a féregjárat nem a háromdimenziós térben jelentkezik csatornaként, hanem a négydimenziós térben, amibe ez az egész bele van ágyazva."

Emellett úgy tűnik, hogy a pocsolya érintése sem fog megtörténni a féregjáratok használatakor:

"Az az érdekes, hogy a Stargate univerzumban rádión tudnak beszélgetni a kapu két oldala között. Tehát a rádióhullámok gond nélkül mind a két irányban keresztülmennek a járaton. A rádióhullám az egy ugyanolyan elektromágneses hullám, mint a fény, csak éppen más a hullámhossza. Tehát annak vajon mi lehet a fizikai oka, hogy egy pocsolyát látok a látható fény hullámhossztartományban, míg a hosszabb hullámhosszal rendelkező, de végső sorban ugyanolyan rádióhullámok meg gond nélkül keresztülmennek mindkét irányban, erre én semmi fizikát nem tudok.

Valószínűleg inkább azt kéne látni, hogyha bekukucskálunk az ajtón, akkor rögtön látjuk a túloldalt. Én szerintem ez volna a reálisabb."

Az a kérdés is gyakran felmerül (sokszor a rajongói fórumokon is), hogyha a rádiójel mindkét irányban képes közlekedni a járaton, az anyag vajon miért nem.

Bár egy sima fekete lyuk esetén az eseményhorizonton belépő utazó egyszerűen spagettizálódna, hogyha megközelítené a szingularitást, de egy féregjárat esetén ez talán elkerülhető:

"Az Einstein-Rosen hídon keresztül utazást azt valószínűleg meg lehet úszni spagettizálódás nélkül. Igazából a fekete lyuknál is az van, hogy nem akkor kezd el az ember spagettizálódni és csúnya halált halni, amikor átlép az eseményhorizonton, hanem később.

Az Einstein-Rosen hídnál ilyen probléma valószínűleg nem lesz."

A kétdimenziós pocsolya képével valószínűleg nem fogunk találkozni, de vajon mire készülhet fel az az utazó, aki arra vállalkozik, hogy belép a csillagkapun?

"Minthogy a fekete lyuk is a háromdimenziós térben egy fekete gömb, az Einstein-Rosen híd is egy gömb. Az valószínűleg olyasmi lenne, amibe minden irányból be lehet menni.

Gömb alakú a bejárat, gömb alakú a kijárat. Nincs folyosó, nincsenek villámok.

És aztán belemész, és hirtelen egy másik helyen találod magad. Nem ott, ahol az előbb voltál. Az, hogy védőruhát kell-e vanni, az attól függ, hogy mi van a túloldalon. De nem az Einstein-Rosen híd miatt."