Seltsam geformte Wurmlöcher funktionieren möglicherweise besser als kugelförmige

Wurmlöcher oder Tunnel in der Struktur der Raumzeit sind grausam instabil. Sobald auch nur ein einziges Photon den Tunnel hinunterrutscht, schließt sich das Wurmloch blitzschnell. 

Aber was wäre, wenn das Problem wäre, dass unsere imaginären Wurmlöcher nicht seltsam genug wären?? 

Eine neue Studie legt nahe, dass das Geheimnis eines stabilen Wurmlochs darin besteht, dass sie lustig aussehen. Indem wir das Wurmloch so formen, dass es keine perfekte Kugel ist, können wir diesen Tunnel möglicherweise lange genug offen halten, um ihn zu durchqueren. Der einzige Haken ist, dass das Wurmloch unverständlich klein sein muss.

Die Luke runter

Wurmlöcher, falls vorhanden, ermöglichen es Ihnen, von Punkt A zu einem extrem entfernten Punkt B zu reisen, ohne sich um die mühsame Reise von Punkt A nach Punkt B zu kümmern. Sie sind eine Abkürzung. Ein Cheat-Code für das Universum. Sehen Sie einen Stern in Millionen von Lichtjahren Entfernung? Sie könnten es in nur wenigen Minuten erreichen, wenn Sie ein Wurmloch hätten, das Sie mit diesem Stern verbindet.

Kein Wunder, dass es ein Grundnahrungsmittel der Science-Fiction ist.

Aber Wurmlöcher sind nicht nur Erfindungen unserer Fantasie, die alle langweiligen Teile des interstellaren Reisens (was das meiste davon ist) herausschneiden sollen. Sie stammen aus der Mathematik von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, unserem modernen Verständnis der Funktionsweise der Schwerkraft. In dieser Sprache verbiegen und verzerren Materie und Energie das Gefüge der Raumzeit. Als Reaktion darauf informiert das Biegen und Verziehen der Raumzeit darüber, wie man sich bewegt.

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Wenn es also um Wurmlöcher geht, müssen Sie sich nur fragen: Ist es möglich, die Raumzeit so verzerrt zu biegen, dass sie sich auf sich selbst faltet und einen Tunnel über kurze Entfernungen zwischen zwei ansonsten entfernten Punkten bildet?? 

Die Antwort, die in den 1970er Jahren entdeckt wurde, ist ein überraschendes Ja. Wurmlöcher sind im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie durchaus möglich und erlaubt.

Ein Haken: Sie neigen dazu, unmittelbar nach ihrer Bildung auseinanderzufallen.

Der Schlüssel zur Stabilität

Wurmlöcher sind so instabil, weil sie im Wesentlichen aus zwei sich berührenden Schwarzen Löchern bestehen, die an ihren Singularitäten zu einem Tunnel verbunden sind. 

Aber Singularitäten sind schlechte Nachrichten: Sie sind Punkte unendlicher Dichte. Und sie sind von Regionen umgeben, die als Ereignishorizont bekannt sind, Einbahnstraßenbarrieren im Kosmos. Wenn Sie den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs überqueren, werden Sie niemals entkommen.

Um dieses Problem zu lösen, muss sich der Eingang zu einem Wurmloch außerhalb des Ereignishorizonts befinden. Auf diese Weise können Sie das Wurmloch durchqueren, ohne durch einen Ereignishorizont zu stürzen und niemals zu entkommen.

Aber sobald Sie in ein solches Wurmloch eintreten, hängt einfach zu viel Masse herum, und die Schwerkraft Ihrer Anwesenheit verzerrt den Wurmlochtunnel, wodurch er in sich zusammenfällt und wie ein überdehntes Gummiband zuklappt und zwei einsame Schwarze zurücklässt Löcher im Raum getrennt (und vermutlich Teile Ihrer Leiche, die über das beobachtbare Universum verstreut sind).

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Es stellt sich heraus, dass es eine Möglichkeit gibt, den Wurmlocheingang vom Ereignishorizont fernzuhalten und ihn stabil genug zu halten, damit Sie hindurchfahren können. Ein Haken: Die Lösung erfordert das Vorhandensein eines Materials mit negativer Masse. Negative Masse ist wie normale Masse, jedoch mit einem Minuszeichen. Und wenn Sie genug negative Masse an einem einzigen Punkt gesammelt haben, können Sie damit ein Wurmloch offen halten.

Aber soweit wir wissen, existiert keine Materie mit negativer Masse. Wir haben keine Beweise dafür, und wenn es existieren würde, würde es viele Gesetze des Universums verletzen, wie Trägheit und Impulserhaltung. Wenn Sie beispielsweise einen Ball mit negativer Masse treten, fliegt er rückwärts. Wenn Sie ein Objekt mit negativer Masse neben ein Objekt mit positiver Masse stellen, anstatt sich anzuziehen, stoßen sie sich gegenseitig ab und beschleunigen sofort voneinander ins Unendliche.

Da negative Masse im Kosmos ein No-Go zu sein scheint, sieht es auf den ersten Blick so aus, als ob Wurmlöcher auch im Universum unwahrscheinlich sind.

Ein Quantum Trost

Aber diese Geschichte von Wurmlöchern beruht auf der Mathematik der allgemeinen Relativitätstheorie, die, wie ich bereits sagte, unser derzeitiges Verständnis der Funktionsweise der Schwerkraft ist.

Das heißt, unser derzeitiges, unvollständiges Verständnis der Funktionsweise der Schwerkraft.

Wir wissen, dass die allgemeine Relativitätstheorie nicht alle Gravitationswechselwirkungen im Universum beschreibt, da sie auseinanderfällt, wenn die Schwerkraft über kleine Maßstäbe hinweg sehr stark wird (wie zum Beispiel die Singularitäten innerhalb von Schwarzen Löchern). Um diese Situationen zu lösen, müssen wir uns einer Quantentheorie der Schwerkraft zuwenden, die unser Verständnis der Welt der subatomaren Teilchen mit unserem größeren Verständnis der Schwerkraft verbindet. Und das haben wir nicht, da jedes Mal, wenn wir versuchen, eins zusammenzusetzen, es in Unsinn zerfällt.

Dennoch haben wir einige Hinweise darauf, wie die Quantengravitation funktionieren könnte, und je mehr wir lernen, desto besser können wir die mögliche Machbarkeit von Wurmlöchern verstehen. Es könnte sein, dass ein neues und verbessertes Verständnis der Schwerkraft ergeben würde, dass Sie überhaupt keine Materie mit negativer Masse benötigen und dass stabile, durchquerbare Wurmlöcher A-OK sind.

Zwei Theoretiker der Teheraner Universität im Iran veröffentlichten eine neue Untersuchung von Wurmlöchern in der Preprint-Datenbank arXiv. Sie wendeten einige Techniken an, mit denen sie untersuchen konnten, wie die Quantenmechanik das allgemeine Bild der allgemeinen Relativitätstheorie verändern könnte. Sie fanden heraus, dass durchquerbare Wurmlöcher ohne Materie mit negativer Masse erlaubt sein könnten, aber nur, wenn die Eingänge ein wenig von reinen Kugeln gespannt wären. 

Während die Ergebnisse interessant sind, gibt es einen Haken. Diese hypothetischen durchquerbaren Wurmlöcher sind winzig. Wie in extrem klein. Die Wurmlöcher wären höchstens 30% größer als die Planck-Länge oder 1,61 x 10 ^ minus 35 Meter. Und das bedeutet, dass der Reisende nicht größer sein kann. 

Oh, und der Wurmlochreisende muss fast mit Lichtgeschwindigkeit mitflammen.

Die neue Forschung ist zwar begrenzt, eröffnet jedoch einen winzigen Riss in der Machbarkeit von Wurmlöchern, die mit weiteren Arbeiten geöffnet werden könnten. Und dann müssen TV-Show-Autoren vielleicht keine technischen Details mehr beschönigen.

Paul M. Sutter ist Astrophysiker bei sonnig Stony Brook und das Flatiron Institute, Gastgeber von Fragen Sie einen Raumfahrer und Weltraumradio, und Autor von Dein Platz im Universum.

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Ursprünglich veröffentlicht am .

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