Īpašā relativitāte. Kopš Alberts Einšteins pirmo reizi to ierosināja 1905. gadā, tas bija kosmosa pētnieku, futūristu un zinātniskās fantastikas autoru pūlis. Tiem no mums, kuri sapņo par to, ka cilvēki kādu dienu kļūst par starpzvaigžņu sugu, šis zinātniskais fakts ir kā mitra sega. Par laimi, ir ierosināti daži teorētiski priekšstati, kas norāda, ka kādu laiku joprojām varētu būt iespējami ātrāki nekā gaismas (FTL) braucieni.
Populārs piemērs ir tārpa cauruma ideja: spekulatīva struktūra, kas savieno divus attālākus laika punktus telpā, kas ļautu starpzvaigžņu ceļojumam kosmosā. Nesen Ivy League zinātnieku komanda veica pētījumu, kas norādīja, kā “šķērsojamās tārpi” faktiski varētu būt realitāte. Sliktā ziņa ir tā, ka to rezultāti norāda, ka šie tārpi nav tieši saīsnes, un tie varētu būt kosmiskais ekvivalents “tāla ceļa veikšanai”!
Sākotnēji tārpu caurumu teorija tika piedāvāta kā iespējamais risinājums Einšteina vispārējās relativitātes teorijas (GR) lauka vienādojumos. Neilgi pēc tam, kad Einšteins 1915. gadā publicēja teoriju, vācu fiziķi Kārlis Švarcšilds atrada iespējamo risinājumu, kas ne tikai paredzēja melno caurumu, bet arī koridoru, kas tos savieno, esamību.
Diemžēl Schwarzschild atklāja, ka jebkura tārpa caurums, kas savieno divus melnos caurumus, sabruks pārāk ātri, lai kaut kas varētu šķērsot no viena gala uz otru. Vienīgais veids, kā tās varētu iziet, būtu, ja tās stabilizētu eksotiskas vielas ar negatīvu enerģijas blīvumu. Danielam Jafferim, Tomasa D. Kabota Fizikas asociētajam profesoram Hārvarda universitātē, bija cits viedoklis.
Aprakstot savu analīzi Amerikas Fizikāņu biedrības 2019. gada aprīļa sanāksmē Denverā, Kolorādo:
“Pārvietojamo tārpu caurumu konfigurācijas izredzes jau sen ir izraisījušas valdzinājumu. Es aprakstīšu pirmos piemērus, kas saskan ar UV papildināmu gravitācijas teoriju, kurā nav eksotisku vielu. Konfigurācija ietver tiešu savienojumu starp abiem tārpa cauruma galiem. Es arī apspriedīšu tās ietekmi uz kvantu informāciju gravitācijas apstākļos, melnā cauruma informācijas paradoksu un tās saistību ar kvantu teleportāciju. ”
Šī pētījuma vajadzībām Jafferis apskatīja Einšteina un Nātana Rozenu darbu 1935. gadā. Raugoties uz Schwarszchild un citu zinātnieku darbu, kas meklē GR risinājumus, viņi ierosināja “tiltu” pastāvēšanu starp diviem tālu punktiem telpas laiks (pazīstams kā “Einšteina – Rozes tilti” vai “tārpu caurumi”), kas teorētiski varētu ļaut matērijai un objektiem pāriet starp tām.
Līdz 2013. gadam šo teoriju izmantoja teorētiskie fiziķi Leonards Susskinds un Huans Maldacena kā iespējamo GR un “kvantu sapīšanās” izšķirtspēju. Šī teorija, kas pazīstama kā ER = EPR minējumi, liek domāt, ka tārpu caurumi ir iemesls, kāpēc elementārdaļiņu stāvoklis var kļūt sapinies ar partnera stāvokli, pat ja tos atdala miljardi gaismas gadu.
Tieši no šejienes Jafferis izstrādāja savu teoriju, postulējot, ka tārpu caurumus faktiski var iziet cauri gaismas daļiņām (aka. Fotoniem). Lai to pārbaudītu, Jafferis veica analīzi ar palīdzību Ping Gao un Aron Wall (attiecīgi Hārvardas absolvents un Stenfordas universitātes pētnieks).
Viņi atrada, ka, kaut arī teorētiski ir iespējams aizdedzināt tārpu caurumu, tie nav īsti kosmiskais saīsne, par kuru mēs visi cerējām. Kā Jafferis paskaidroja AIP preses paziņojumā, “cauri šīm tārpiem ir nepieciešams ilgāks laiks nekā tieši, tāpēc tie nav ļoti noderīgi ceļojumiem kosmosā.”
Pamatā viņu analīzes rezultāti parādīja, ka tiešais savienojums starp melnajiem caurumiem ir īsāks nekā tārpu cauruma savienojumam. Kaut arī tas noteikti izklausās kā sliktas ziņas cilvēkiem, kurus kādreiz satrauc starpzvaigžņu (un starpgalaktisko) ceļojumu izredzes, labās ziņas ir tas, ka šī teorija sniedz jaunu ieskatu kvantu mehānikas jomā.
"Šī darba patiesais nozīmīgums ir saistīts ar melnā cauruma informācijas problēmu un savienojumiem starp gravitācijas un kvantu mehāniku," sacīja Jafferis. Viņam pieminētā “problēma” ir pazīstama kā Melnā cauruma informācijas paradokss - kaut kas ar ko astrofiziķi cīnās kopš 1975. gada, kad Stīvens Hokings atklāja, ka melnajiem caurumiem ir temperatūra un lēnām izstaro starojumu (aka. Hokinga starojums).
Šis paradokss attiecas uz to, kā melnie caurumi spēj saglabāt visu informāciju, kas tajos nonāk. Pat ja jebkura viela, kas uzklāta uz to virsmas, tiktu saspiesta līdz singularitātes punktam, vielas kvantu stāvoklis tās saspiešanas laikā tiktu saglabāts, pateicoties laika dilatācijai (tā laika gaitā sasalst).
Bet, ja melnie caurumi zaudē masu starojuma veidā un galu galā iztvaiko, šī informācija galu galā tiks zaudēta. Izstrādājot teoriju, caur kuru gaisma var izkļūt caur melno caurumu, šis pētījums varētu būt līdzeklis šī paradoksa atrisināšanai. Nevis starojums no melnajiem caurumiem, kas rada masas enerģijas zudumus, bet varētu būt, ka Hokinga starojums tiešām nāk no cita telpas laika reģiona.
Tas var arī palīdzēt zinātniekiem, kuri mēģina izstrādāt teoriju, kas gravitāciju apvieno ar kvantu mehāniku (aka. Kvantu gravitācija vai “visa teorija”). Tas ir saistīts ar faktu, ka Jafferis izmantoja kvantu lauka teorijas rīkus, lai postulētu pārvietojamu melno caurumu esamību, tādējādi atbrīvojoties no nepieciešamības pēc eksotiskām daļiņām un negatīvās masas (kas šķiet pretrunā ar kvantu gravitāciju). Kā skaidroja Jafferis:
“Tas dod cēloņsakarības zondi reģioniem, kas citādi būtu bijuši aiz horizonta, logu novērotāja pieredzei telpas laikā, kas ir pieejama no ārpuses. Es domāju, ka tas mums iemācīs dziļas lietas par mērierīces / gravitācijas korespondenci, kvantu gravitāciju un pat varbūt jaunu veidu kvantu mehānikas formulēšanai. ”
Kā vienmēr, atklājumi teorētiskajā fizikā var būt divu malu zobens, dodot ar vienu roku, bet atņemot ar otru. Tātad, kaut arī šis pētījums, iespējams, ir iemetis vairāk auksta ūdens FTL ceļojuma sapnī, tas ļoti labi varētu palīdzēt mums atklāt dažus no Visuma dziļākajiem noslēpumiem. Kas zina? Varbūt dažas no šīm zināšanām ļaus mums atrast ceļu ap šo klupšanas akmens, kas pazīstams kā Īpašā relativitāte!
