Speciální relativita. Od doby, kdy ji Albert Einstein poprvé navrhl v roce 1905, to byla klička vesmírných průzkumníků, futuristů a autorů sci-fi. Pro ty z nás, kteří sní o tom, že se jednoho dne člověk stane mezihvězdným druhem, je tento vědecký fakt jako mokrá přikrývka. Naštěstí existuje několik teoretických konceptů, které naznačují, že cestování jednou rychleji (Than-Light (FTL)) bude někdy možné.
Oblíbeným příkladem je myšlenka červí díry: spekulativní struktura, která spojuje dva vzdálené body v časovém prostoru, který by umožnil mezihvězdný vesmírný pohyb. V poslední době tým vědců z Ivy League provedl studii, která naznačila, jak by „průchozí červí díry“ mohly být ve skutečnosti realitou. Špatnou zprávou je, že jejich výsledky naznačují, že tyto červí díry nejsou přesně zkratky a že by mohly být kosmickým ekvivalentem „vzít dlouhou cestu“!
Původně byla teorie červí díry navržena jako možné řešení polních rovnic Einsteinovy teorie obecné relativity (GR). Krátce poté, co Einstein publikoval teorii v roce 1915, německý fyzik Karl Schwarzschild našel možné řešení, které nejen předpovídalo existenci černých děr, ale také chodby, které je spojovaly.
Schwarzschild bohužel zjistil, že jakákoli červí díra spojující dvě černé díry by se zhroutila příliš rychle na to, aby něco prošlo z jednoho konce na druhý. Jediným způsobem, jak by je bylo možné projít, by bylo, kdyby byly stabilizovány existencí exotické hmoty se zápornou hustotou energie. Daniel Jafferis, profesor fyziky Thomase D. Cabota na Harvardské univerzitě, měl jiný názor.
Jak popsal svoji analýzu během dubnového zasedání Americké fyzické společnosti v Denveru v Coloradu:
„Vyhlídky na konfigurovatelné červí díry jsou již dlouho zdrojem fascinace. Popíšu první příklady, které jsou konzistentní v teorii gravitace, kterou lze doplnit UV, bez exotické hmoty. Konfigurace zahrnuje přímé spojení mezi dvěma konci červí díry. Budu také hovořit o jeho důsledcích pro kvantové informace v gravitaci, paradoxu informací o černé díře a jeho vztahu k kvantovému teleportaci. “
Pro účely této studie Jafferis zkoumal práci, kterou provedli Einstein a Nathan Rosen v roce 1935. Při pohledu na práci Schwarszchilda a dalších vědců hledajících řešení pro GR navrhli možnou existenci „mostů“ mezi dvěma vzdálenými body v vesmírný čas (známý jako „mosty Einstein – Rosen“ nebo „červí díry“), který by teoreticky umožnil průchod hmoty a předmětů mezi nimi.
Do roku 2013 tuto teorii použili teoretičtí fyzici Leonard Susskind a Juan Maldacena jako možné řešení pro GR a „kvantové zapletení“. Tato teorie, známá jako domněnka ER = EPR, naznačuje, že červí díry jsou důvodem, proč se stav elementárních částic může zaplétat se stavem partnera, i když jsou odděleny miliardami světelných let.
Odtud Jafferis rozvinul svou teorii a předpokládal, že červí díry mohou ve skutečnosti procházet světelné částice (aka. Fotony). Aby to bylo možné otestovat, provedl Jafferis analýzu s pomocí Ping Gao a Aron Wall (absolvent Harvardské univerzity a výzkumný pracovník Stanfordské univerzity).
Zjistili, že zatímco je teoreticky možné jedlové světlo projít červí díru, nejsou to přesně kosmické zkratky, ve které jsme všichni doufali. Jak vysvětlil Jafferis v prohlášení pro tisk AIP: „Trvá déle, než se tyto červí díry dostanou, než jít přímo, takže nejsou pro vesmírné cestování příliš užitečné.“
Výsledky jejich analýzy v zásadě ukázaly, že přímé spojení mezi černými dírami je kratší než spojení červí díry. I když to určitě zní jako špatná zpráva pro lidi, kteří jsou jednou nadšeni vyhlídkou na mezihvězdné (a mezigalaktické) cestování, dobrou zprávou je, že tato teorie poskytuje nějaký nový pohled do říše kvantové mechaniky.
"Skutečný význam této práce je ve vztahu k problému s informacemi o černé díře a souvislostem mezi gravitační a kvantovou mechanikou," řekl Jafferis. „Problém“, o kterém se zmiňuje, je známý jako paradox informací o černé díře, s čím astrofyzici bojují již od roku 1975, kdy Stephen Hawking objevil, že černé díry mají teplotu a pomalu unikají záření (aka. Hawkingovo záření).
Tento paradox se týká toho, jak jsou černé díry schopny uchovat všechny informace, které do nich přecházejí. I když by se jakákoli hmota nahromaděná na jejich povrchu stlačila do bodu singularity, kvantový stav hmoty v době jejího stlačení by byl zachován díky časové dilataci (časem zamrzne).
Pokud však černé díry ztratí hmotnost ve formě záření a nakonec se vypaří, tato informace bude nakonec ztracena. Tato studie by mohla vyvinout teorii, jejímž prostřednictvím může světlo projít černou dírou, představovat prostředek k vyřešení tohoto paradoxu. Spíše než vyzařování z černých děr představujících ztrátu hromadné energie by mohlo dojít k tomu, že Hawkingovo záření skutečně přichází z jiné oblasti časoprostoru.
Může také pomoci vědcům, kteří se pokoušejí vyvinout teorii, která sjednocuje gravitaci s kvantovou mechanikou (aka. Kvantová gravitace nebo „Teorie všeho“). To je způsobeno tím, že Jafferis použil nástroje teorie kvantové pole k postulování existence průchozích černých děr, čímž odstranil potřebu exotických částic a negativní hmoty (které se zdají být v rozporu s kvantovou gravitací). Jak vysvětlil Jafferis:
"Poskytuje kauzální sondu regionů, které by jinak byly za horizontem, okno pro zážitek pozorovatele uvnitř časoprostoru, který je přístupný z vnějšku." Myslím, že nás to naučí hluboké věci o korespondenci rozchodu / gravitace, kvantové gravitaci a možná i novém způsobu formulování kvantové mechaniky. “
Jako vždy, průlomy v teoretické fyzice mohou být dvojsečný meč, dávající jednou rukou a odnášet druhou. Takže i když tato studie možná hodila více studené vody na sen o cestování FTL, mohla by nám velmi dobře pomoci odemknout některá hlubší tajemství vesmíru. Kdo ví? Možná, že některé z těchto znalostí nám umožní najít cestu kolem tohoto úrazu blok známý jako Special Relativity!
