W filmach science fiction bywają traktowane z taką samą oczywistością jak gwiazdy czy mgławice. Tymczasem najprawdopodobniej nie istnieją.
Tunele czasoprzestrzenne są teoretycznymi tworami, których istnienie stało się konsekwencją Ogólnej Teorii Względności, ogłoszonej przez Alberta Einsteina w 1916 roku. O ile Szczególna Teoria Względności zajmowała się poruszaniem się obiektów w różnych układach odniesienia i jest obecnie znana każdemu uczniowi liceum o profilu matematycznym, o tyle nowa teoria była znacznie bardziej skomplikowana. Obszar jej zainteresowania stanowiła czasoprzestrzeń i wpływ na nią grawitacji. Składa się ze wzorów, które są w pełni zrozumiałe jedynie dla specjalistów. Nawiasem mówiąc, była ostatnim wielkim dziełem 37-letniego wówczas Einsteina. Przez kolejnych niemal 40 lat życia wielki fizyk i myśliciel utonął w rozważaniach na temat teorią unifikacji i bezproduktywnych sporach politycznych.
Ogólna Teoria Względności – w największym, amatorskim skrócie – mówiła przede wszystkim tyle, że masa zakrzywia przestrzeń. W przypadku ekstremalnie wielkich mas zakrzywienie jest znaczne. Często używa się analogii do rozwieszonej, miękkiej płachty, na której układa się ciężkie kule. Wbijają się one w nią i przy sprzyjającej konfiguracji, droga pomiędzy dwoma punktami znajdującymi się daleko od siebie przez umieszczeniem kul, staje się nagle bardzo krótka. Oba te punkty, poprzez „ściągnięcie” czasoprzestrzeni, zaczynają się nagle znajdować tuż obok siebie. Tunel czasoprzestrzenny miałby być własnie owym skrótem pomiędzy odległymi od siebie normalnie punktami czasoprzestrzeni.
Formalnie pierwszym modelem tunelu czasoprzestrzennego był tzw. most Einsteina-Rosena. W latach 50-tych koncepcję ten analizował amerykański fizyk John Wheeler. który to zresztą wprowadził też pojęcie „czarnej dziury”. Wheeler nazwał ów tunel mianem „wormhole”, czyli robaczą dziurą. Znów analogia – do jabłka i robaka, który wierci sobie kanalik i porusza się szybciej niżby pędził po powierzchni jabłka.
Pewne jest jedno: są to twory istniejące czysto teoretycznie i o ile czarne dziury stały się obiektami empirycznymi, o tyle wormhole to jedynie postulat. Coraz więcej naukowców jest zdania, że nawet gdyby takie połączenia istniały, to byłyby niestabilne. Ani czysta energia, ani tym bardziej materia, nie mówiąc już o siedzącym w środku pojazdu kosmicznego człowieku, nie zdołałyby się nie przez nie przedostać.
Podobnie sytuacja wygląda z modelem tzw. białej dziury, czyli tworu będącego przeciwieństwem swej czarnej siostry. Miałoby to być miejsce, gdzie materia wypływa z osobliwości. Pisał o tym lata temu kontrowersyjny fizyk Fred Hoyle, określając swoje słynne „materia powstaje z niczego”. Obserwacyjnie niczego takiego na razie nie zanotowano, istnieje też wiele innych wątpliwości co do tego modelu.
Warto o tym pamiętać, oglądając kolejny film hollywoodzki. I potrafić odróżniać potwierdzony obserwacyjnie fenomen czarnych dziur od tuneli czasoprzestrzennych.
Źródło grafiki: (C) Piotr Mańkowski
Czy aby na pewno nie istnieją? 27 stycznia 1995 w obozie na Antarktydzie, niedaleko bieguna południowego zatrzymała się grupa brytyjsko-amerykańskich naukowców w celu wykonania badań. Tego dnia, prawie dokładnie nad biegunem zaobserwowali oni na niebie szary wir. Najpierw wzięli to za zwyczajną burzę piaskową, ponieważ również na Antarktydzie znajdują się suche obszary, które nie są pokryte lodem. Jednakże dziwny twór ani się nie przesuwał, ani nie zmieniał kształtu, co było zastanawiające. W takiej sytuacji naukowcy zdecydowali się bliżej zbadać zjawisko i w tym celu wysłali balon meteorologiczny, który rejestrował prędkość wiatru, temperaturę i wilgotność powietrza. Kiedy balon zbliżył się do tajemniczego wiru i znalazł się dokładnie nad nim, ku ogromnemu zdziwieniu obserwatorów znikł bez śladu. Ponieważ jednak był wyposażony w drogi sprzęt, pozostawał na uwięzi, tzn. został umocowany na sznurze, który teraz kończył się gdzieś w niebie. Ciągnięcie za sznur powodowało, że balon można było sprowadzić na Ziemię, co udało się również tym razem.
Tych tuneli szukają obecnie Chińczycy. Astrofizycy Zilong Li i Cosimo Bambi uważają, że tunele czasoprzestrzenne istnieją w niektórych czarnych dziurach znajdujących się w jądrach galaktyk. Najprawdopodobniej powstały po Wielkim Wybuchu. Od „zwykłych” czarnych dziur miałyby się różnić przede wszystkim wielkością, byłyby mniejsze. Tylko w nich zgodnie z teorią mogłaby istnieć możliwość przemieszczania się pomiędzy wszechświatami.
Przyjmijmy balon jako model Wszechświata (przestrzeń trójwymiarowa jest jego powłoką). Odległość punktu na powłoce od środka balonu jako czas. Wszystkie procesy możemy traktować jako fluktuacje przestrzeni a materię jako jej zagęszczenie. Wówczas Wszechświat będzie pofalowany z licznymi lejami i wybrzuszeniami. Dla każdego punktu powierzchni czas jest inny (materia jest najmłodsza). Czas jest zmienny – w przypadku czarnych dziur wręcz się cofa. Grawitacja w danym punkcie jest określona przez głębokość (może być też ujemna – np w strefach emisji energii). Punkty bardziej zagłębione oddziałują silniej gdyż są bliżej siebie (prawdopodobnie występują tam inne warunki fizyczne). Wszystko ponad powłoką jest niebytem, z którym nie mamy bezpośredniego kontaktu ale mogą w nim przebywać cząstki wirtualne, które w jakiś sposób tam się znalazły (np przez procesy nieliniowe). Uśredniony czas ma coraz większą wartość (ekspansja), ale to zmieni się w wyniku aktywności czarnych dziur.
Mechanika kwantowa nigdy niczego nie wyjaśniała. Jest to ślepa uliczka tzw „nauki”. Nie wiem w jaki sposób teoria statystyczna może cokolwiek wyjaśniać. Jedyne co taka teoria może robić to próbować przewidzieć prawdopodobieństwo wystąpienia jakiegoś zjawiska, bez odpowiedzi dlaczego. To działa w ten sposób jak „statystyczny Polak zjada na śniadanie jedną bułkę z szynką”, bez znaczenia jest fakt, że jeden zjada dwie, a drugi żadnej. „Statystyka się nie myli”.
I nikt wtedy nie zrobil zdjecia ani nie nagral filmu!?
Podejrzewam, że człowiek po podróży przez taką anomalię wyszedłby z nieco poprzestawianymi molekułami.
Zasadniczo fizycy uważają czasoprzestrzeń za ciągłą: aby zbadać bardzo krótkie odległości, potrzebne są cząstki o bardzo wysokich energiach, a życiu codziennym rzadko są spotykane energie wyższe niż 1 megaelektronowolt (promieniowanie rentgenowskie i gamma).
Nie oznacza to jednoznacznie , że czasoprzestrzeń jest naprawdę ciągła i nie można ja zbadać.
Przy energiach i odległościach porównywalnych ze skalą Plancka (Ep ~ 10^19 MeV i Lp ~ 10^-35 metrów), Model Standardowy i Ogólna Teoria Względności przestają działać – stąd czasoprzestrzeń może być znacznie zniekształcona.
W niektórych modelach teoretycznych przy takiej małej skali czasoprzestrzeń może być dyskretna (nieciągła).
Co więcej, niektórzy fizycy uważają, że przy tak wysokich energiach pojęcia przestrzeni i czasu na ogół tracą znaczenie i nie można mówić o ich właściwościach.
Ponadto zniekształcenie struktury czasoprzestrzeni narusza niezmienność transformacji Lorentza [ o ile dobrze to tłumacze, oryginalne pojęcie Lorentz covariance- jedną z najważniejszych właściwości znanych praw fizycznych.
Z grubsza rzecz biorąc, niezmienność transformacji Lorentza oznacza, że prawa fizyki nie zmieniają się z dowolnymi zmianami i obrotami w przestrzeni.
Jest oczywiste, że w dyskretnej czasoprzestrzennej niezmienność transformacji Lorentza jest narodzona – i przy wysokich energiach, w których długość fali cząsteczki jest porównywalna do odstępu w „kratce czasoprzestrzeni” , najłatwiej zauważyć takie naruszenie.
Oczywiście w praktyce fizycy nadal są bardzo dalecy od takich energii: energia protonów Wielkiego Zderzacza Hadronów jest na poziomie ELHC ~ 104 MeV, a energia najszybszych kosmicznych cząstek nie przekracza Eparticle ~ 1011 MeV.
Dlatego niezmienność transformacji Lorentza znanych praw fizycznych jest bardzo słabo naruszona.
Niemniej jednak nawet tak słabe naruszenia mogą odgrywać ważną rolę: na przykład dzięki nim możliwe są oscylacje bezmasowych neutrin lubpróżniowe promieniowanie Czerenkowa.
Po raz pierwszy konsekwencje naruszenia niezmienności transformacji Lorentza zostały rozważone przez Paula Diraca w 1951 roku,a prace Sydneya Colemana i Sheldona Glashowa, napisane w latach 90. i rozwijające się idee Diraca, zmusiły fizyków do myślenia o eksperymentalnej weryfikacji tej hipotezy.
Obecnie uniwersalnym modelem opisującym wszystkie możliwe naruszenia niezmienności Lorentza jest tak zwane Rozszerzenie Modelu Standardowego. ([Standard Model Extension, SME )
Wiadomości z eksperymentów mierzących te parametry publikowane są kilka razy w miesiącu, ale jak dotąd naukowcy nie byli w stanie wykryć naruszenia niezmienności transformacji Lorentza.
Niemniej jednak badacze nadal poprawiają dokładność urządzeń , mając nadzieję na złapanie śladów „fizyki wymiarów Plancka”.
Fizyczni teoretycy Todd Brun i Leonard Mlodinov zaproponowali schemat nowego eksperymentu, który może wyczuć dyskretność czasoprzestrzeni i towarzyszące jej naruszenie niezmienności Lorentza z dokładnością co najmniej dziesięć bilionów razy większą niż istniejące pomiary.
SORRY – niestety niezbyt dobrze rozumiem istotę ich (bądź nie bądź dość skomplikowanego) eksperymentu więc nie mogę tego tu Wam Mireczki opisać. (╯︵╰,)(╯︵╰,)
( Coś jest na podstawie pomiaru różnicy faz neutronów przelatujących przez interferometr Macha – Zehndera .
Jeśli eksperyment się uda to będzie potwierdzona dyskretnośc ( nieciągłość ) naszej czasoprzestrzeni.