Eine Theorie jenseits des Standardmodells könnte Wurmlöcher ermöglichen, durch die Sie tatsächlich fliegen könnten
Wurmlöcher sind ein beliebtes Feature in der Science-Fiction, das Mittel, mit dem Raumschiffe schneller als das Licht (FTL) reisen und sich augenblicklich von einem Punkt in der Raumzeit zu einem anderen bewegen können. Und während die Allgemeine Relativitätstheorie verbietet die Existenz von „durchquerbaren Wurmlöchern“, neuere Forschungen haben gezeigt, dass sie im Bereich der Quantenphysik tatsächlich möglich sind.
Die einzigen Nachteile sind, dass sie es tatsächlich tun würden dauert länger, um zu überqueren als normaler Raum und/oder wahrscheinlich mikroskopisch klein. In einer neuen Studie, die von zwei Ivy-League-Wissenschaftlern durchgeführt wurde, könnte die Existenz von Physik jenseits des Standardmodells bedeuten, dass es Wurmlöcher gibt, die nicht nur groß genug sind, um durchquert zu werden, sondern auch für menschliche Reisende, die von diesem Punkt aus gelangen möchten, absolut sicher sind A nach Punkt B.
Die Studie mit dem Titel „ Von Menschen überquerbare Wurmlöcher “ wurde von Juan Maldacena (dem Carl-P.-Feinberg-Professor für theoretische Physik an der Institut für Höhere Studien ) und Alexey Milekhin, ein Absolvent des Astrophysik-Studenten an der Princeton University. Das Paar hat in der Vergangenheit ausführlich zum Thema Wurmlöcher geschrieben und wie sie ein Mittel sein könnten, um sicher durch den Weltraum zu reisen.
Die Theorie über Wurmlöcher entstand Anfang des 20. Jahrhunderts als Reaktion auf Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie. Der erste, der ihre Existenz postulierte, war Karl Schwarzschild, ein deutscher Physiker und Astronom, dessen Lösungen der Einsteinschen Feldgleichung (der Schwarzschild-Metrik) zur ersten theoretischen Grundlage für die Existenz von Schwarzen Löchern führten.
Eine Folge der Schwarzschild-Metrik war das, was er als „ewige Schwarze Löcher“ bezeichnete, die im Wesentlichen Verbindungen zwischen verschiedenen Punkten in der Raumzeit waren. Diese Schwarzschild-Wurmlöcher (auch bekannt als Einstein-Rosen-Brücken) waren jedoch nicht stabil, da sie zu schnell zusammenbrachen, als dass irgendetwas von einem Ende zum anderen überqueren könnte.
Wie Maldacena und Milekhin Universe Today per E-Mail erklärten, erfordern durchquerbare Wurmlöcher besondere Umstände, um zu existieren. Dazu gehört die Existenz negativer Energie, die in der klassischen Physik nicht zulässig ist – im Bereich der Quantenphysik jedoch möglich ist. Ein gutes Beispiel dafür sei der Casimir-Effekt, bei dem Quantenfelder negative Energie erzeugen, während sie sich entlang eines geschlossenen Kreises ausbreiten:
„Dieser Effekt ist jedoch typischerweise klein, weil er quantenhaft ist. In unserer vorherigen Arbeit [“ Überfahrbare Wurmlöcher in vier Dimensionen “] haben wir erkannt, dass dieser Effekt bei Schwarzen Löchern mit großer magnetischer Ladung beträchtlich werden kann. Die neue Idee war, spezielle Eigenschaften geladener masseloser Fermionen (Teilchen wie das Elektron, aber ohne Masse) zu nutzen. Bei einem magnetisch geladenen Schwarzen Loch wandern diese entlang der magnetischen Feldlinien (ähnlich wie die geladenen Teilchen des Sonnenwinds die Polarlichter in der Nähe der Polarregionen der Erde erzeugen).“
Die Tatsache, dass sich diese Teilchen in einem Kreis bewegen können, indem sie an einer Stelle eintreten und dort austreten, wo sie im flachen Umgebungsraum entstanden sind, impliziert, dass die „Vakuumenergie“ modifiziert und negativ sein kann. Das Vorhandensein dieser negativen Energie kann die Existenz eines stabilen Wurmlochs unterstützen, einer Brücke zwischen Punkten in der Raumzeit, die nicht kollabiert, bevor etwas die Chance hat, es zu durchqueren.
Solche Wurmlöcher sind möglich basierend auf Materie, die Teil des Standardmodell der Teilchenphysik . Das einzige Problem ist, dass diese Wurmlöcher mikroskopisch klein sein müssten und nur über sehr kleine Entfernungen existieren würden. Für menschliche Reisen müssten die Wurmlöcher groß sein, was erfordert, dass Physik jenseits des Standardmodells verwendet wird.
Für Maldacena und Milekhin kommt hier das Randall-Sundrum II-Modell (auch bekannt als 5-dimensionale Theorie der verzerrten Geometrie) ins Spiel. Benannt nach den theoretischen Physikern Lisa Randall und Raman Sundrum, beschreibt dieses Modell das Universum in fünf Dimensionen und wurde ursprünglich vorgeschlagen, um ein Hierarchieproblem in der Teilchenphysik zu lösen.
„Das Randall-Sundrom II-Modell basierte auf der Erkenntnis, dass diese fünfdimensionale Raumzeit auch Physik bei niedrigeren Energien beschreiben könnte als die, die wir normalerweise erforschen, dass sie jedoch der Entdeckung entgangen wäre, da sie sich nur durch die Schwerkraft mit unserer Materie koppelt. Tatsächlich ähnelt seine Physik dem Hinzufügen vieler stark wechselwirkender masseloser Felder zur bekannten Physik. Und aus diesem Grund kann sie die erforderliche negative Energie erzeugen.“
Von außen kamen Maldacena und Milekhin zu dem Schluss, dass diese Wurmlöcher mittelgroßen, geladenen Schwarzen Löchern ähneln würden, die ähnlich starke Gezeitenkräfte erzeugen würden, vor denen Raumschiffe vorsichtig sein müssten. Um dies zu tun, behaupten sie, würde ein potenzieller Reisender einen sehr großen Boost-Faktor benötigen, wenn er das Zentrum des Wurmlochs passiert.
Unter der Annahme, dass dies machbar ist, bleibt die Frage, ob diese Wurmlöcher als Abkürzung zwischen zwei Punkten in der Raumzeit fungieren könnten oder nicht? Wie bereits erwähnt, frühere Forschungen von Daniel Jafferis von der Harvard University (die auch die Arbeit von Einstein und Nathan Rosen berücksichtigte) zeigte, dass stabile Wurmlöcher zwar möglich sind, aber tatsächlich länger brauchen, um durch den normalen Weltraum zu gelangen.
Nach der Arbeit von Maldacena und Milekhin würden ihre Wurmlöcher jedoch aus der Perspektive des Reisenden fast keine Zeit benötigen, um sie zu durchqueren. Aus der Sicht eines Außenstehenden wäre die Reisezeit viel länger, was mit der Allgemeinen Relativitätstheorie übereinstimmt – wo Menschen, die nahe der Lichtgeschwindigkeit reisen, eine Zeitdilatation erfahren (d. h. die Zeit verlangsamt sich). Wie Maldacena und Milekhin es ausdrücken:
„]Wenn Astronauten das Wurmloch durchqueren, würde es nur 1 Sekunde ihrer Zeit dauern, um eine Distanz von 10.000 Lichtjahren (ungefähr 5000 Milliarden Meilen oder 1/10 der Größe der Milchstraße) zurückzulegen. Ein Beobachter, der nicht durch das Wurmloch geht und draußen bleibt, sieht, dass sie mehr als 10.000 Jahre brauchen. Und das alles ganz ohne Treibstoff, da die Schwerkraft das Raumschiff beschleunigt und abbremst.“
Künstlerische Illustration einer Raumsonde, die durch ein Wurmloch zu einer entfernten Galaxie fährt. Bildnachweis: NASA.
Ein weiterer Bonus ist, dass das Durchqueren dieser Wurmlöcher ohne den Einsatz von Treibstoff erfolgen könnte, da die Gravitationskraft des Wurmlochs selbst das Raumschiff beschleunigen und verlangsamen würde. In einem Weltraumforschungsszenario müsste ein Pilot die Gezeitenkräfte des Wurmlochs steuern, um sein Raumfahrzeug genau richtig zu positionieren, und dann die Natur den Rest erledigen lassen. Eine Sekunde später würden sie auf der anderen Seite der Galaxis auftauchen!
Dies mag zwar ermutigend für diejenigen klingen, die glauben, dass Wurmlöcher eines Tages ein Mittel zur Raumfahrt sein könnten, aber die Arbeit von Maldacena und Milekhin weist auch einige erhebliche Nachteile auf. Zunächst betonen sie, dass durchquerbare Wurmlöcher mit negativer Masse konstruiert werden müssten, da kein plausibler Mechanismus für die natürliche Bildung existiert.
Dies ist zwar (zumindest theoretisch) möglich, aber die notwendigen Raumzeit-Konfigurationen müssten vorher vorhanden sein. Trotzdem sind Masse und Größe so groß, dass die Aufgabe jede praktikable Technologie, die wir vorhersehen können, übersteigen würde. Zweitens wären diese Wurmlöcher nur sicher, wenn der Weltraum kalt und flach wäre, was jenseits des Randall-Sundrum-II-Modells nicht der Fall ist.
Darüber hinaus würde jedes Objekt, das in das Wurmloch eindringt, beschleunigt und sogar das Vorhandensein von durchdringender kosmischer Hintergrundstrahlung wäre eine erhebliche Gefahr. Maldacena und Milekhin betonen jedoch, dass ihre Studie mit dem Ziel durchgeführt wurde, zu zeigen, dass durchquerbare Wurmlöcher als Ergebnis des „subtilen Zusammenspiels zwischen allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenphysik“ existieren können.
Kurz gesagt, Wurmlöcher werden wahrscheinlich keine praktische Möglichkeit sein, durch den Weltraum zu reisen – zumindest nicht in absehbarer Weise. Vielleicht wären sie nicht jenseits einer Kardashev-Zivilisation vom Typ II oder Typ III, aber das ist nur Spekulation. Trotzdem ist es ermutigend zu wissen, dass ein wichtiges Element der Science-Fiction nicht außerhalb des Bereichs des Möglichen liegt!
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