Jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że w hollywoodzkich filmach science fiction postacie pokonują międzygwiezdne odległości w kilka sekund. Jednocześnie wiemy, że w rzeczywistości jest to niemożliwe, ponieważ nawet światło podróżuje do najbliższych gwiazd przez ponad cztery lata. Czy istnieją sposoby na pokonanie barier stawianych przez naturę i urzeczywistnienie fikcji?
BRANA LUZEM
W swojej ogólnej teorii względności Albert Einstein wykazał, że masywne ciała nie tylko zmieniają upływ czasu, ale także zakrzywiają przestrzeń. Obie teoretyczne pozycje zostały niemal natychmiast udowodnione przez obserwację Merkurego i gwiazd, których światło jest odchylane w polu grawitacyjnym Słońca. Ale przez długi czas dokładność istniejących urządzeń nie pozwalała zmierzyć wymiarów deformacji przestrzeni, jaką tworzy nasza oprawa oświetleniowa.
W latach 1976-1977 amerykańscy fizycy Robert Riesenberg i Irwin Shapiro przeprowadzili eksperyment z wykorzystaniem modułów ze statków kosmicznych Viking-1 i Viking-2, które znajdowały się na orbitach w pobliżu Marsa. Wysyłali sygnały radiowe w kierunku pojazdów, gdy czerwona planeta znajdowała się w pobliżu Słońca, patrząc z Ziemi. Wikingowie przechwycili sygnały, wzmocnili je i odesłali. Mierząc rzeczywistą prędkość sygnału radiowego za pomocą obliczonego, Amerykanie ustalili: opóźnienie wynosi setki mikrosekund, co przy przeliczeniu daje wzrost odległości transmisji sygnału o 50 km. Taki „dodatek” do odległości nie byłby możliwy, gdyby przestrzeń była płaska jak kartka papieru. W związku z tym jest zakrzywiony w pobliżu powierzchni Słońca.
Naukowcy ustalili teoretycznie i eksperymentalnie, że przestrzeń się wygina. Ale gdzie? Postawili hipotezę, że zapada się w wielowymiarową hiperprzestrzeń zwaną „masą”. Nasza przestrzeń w tej interpretacji jawi się jako brana, czyli trójwymiarowa membrana. Udowodnione istnienie wyższych wymiarów daje nadzieję, że pewnego dnia zostanie znaleziony sposób na dosłowne przebicie się przez przestrzeń, natychmiast pokonując kolosalne odległości dzielące nas od innych światów.
MOST NA CAŁYM ŚWIECIE
Film promocyjny:
W 1916 roku, czyli zaledwie rok po opublikowaniu przez Einsteina swoich głównych artykułów dotyczących ogólnej teorii względności, austriacki fizyk Ludwig Flamm znalazł rozwiązanie swoich równań, opisując taką krzywiznę przestrzeni, w której możliwe jest „krótkie” przejście z jednego punktu Wszechświata do drugiego i tak daleko, jak chcesz, przez specjalne „mosty”.
Egzotyczny wniosek Flamm został wówczas zignorowany. Znacznie większy rezonans wywołał tak zwany „most czasoprzestrzenny”, który został opisany w 1935 roku przez samego Alberta Einsteina i jego asystenta Nathana Rosena. W przeciwieństwie do swojego poprzednika zastanawiali się nad znaczeniem proponowanego modelu dla świata rzeczywistego, ale doszli do wniosku, że „most” nie może istnieć na naszej branie jako obiekt materialny dostępny do obserwacji. Niemniej niemal od razu pomysł został wykorzystany przez pisarzy science fiction jako hipotetyczny środek transportu, co przyczyniło się do jego popularyzacji.
W 1957 roku amerykański fizyk John Wheeler zaproponował własną wersję „mostu”. Opisując to, odwołał się do analogii z mrówką na jabłku, która może zająć bardzo dużo czasu, zanim dotrze do przeciwnej części owocu, lub może użyć tunelu gryzionego przez robaki, aby przyspieszyć. Opierając się na tej analogii, Wheeler nazwał tunele przestrzenne „tunelami czasoprzestrzennymi”; wśród sowieckich fizyków termin „tunele czasoprzestrzenne” został później ugruntowany. Oprócz wprowadzenia nowych słów, Amerykanin wraz ze swoim studentem Robertem Fullerem opracował model narodzin, ekspansji i zapadania się "tuneli czasoprzestrzennych" poprzez masę i choć wydawało się, że wskazuje on na nieuchronność niemal natychmiastowej "śmierci" tych formacji, to teoretyczne uzasadnienie ich istnienia dostarczyło podstawy do dalszych badań.
HIPOTEZA THORNA
Następny krok podjął Kip Thorne, uczeń Wheelera. Do problemu tuneli czasoprzestrzennych zwrócił się po tym, jak słynny popularyzator Carl Sagan przesłał mu rękopis swojej powieści science fiction Kontakt do recenzji w maju 1985 roku. W oryginale bohaterowie powieści, naukowcy, zostali wysłani na spotkanie z przedstawicielami starożytnej supercywilizacji przez „czarną dziurę”. Thorne wiedział, że podróżowanie po Wszechświecie w ten sposób jest niemożliwe, ponieważ każdy obiekt materialny wewnątrz „czarnych dziur” zostałby zniszczony, więc zasugerował, aby Sagan zastąpił je „tunelami czasoprzestrzennymi” Wheelera. Wymagało to uzasadnienia, w jakich warunkach byłby możliwy tunel przez masę.
Thorne był w stanie matematycznie udowodnić, że „tunel czasoprzestrzenny” może istnieć w naszym świecie przez dowolnie długi czas, jeśli w jego wnętrzu znajduje się „materia egzotyczna”, czyli substancja o ujemnej masie i ujemnej energii. Choć na pierwszy rzut oka taka myśl wydaje się nonsensowna, obecność „egzotycznej materii” nie jest sprzeczna ze znanymi nam prawami fizyki.
W 1988 roku Kip Thorne, współautorstwo ze swoimi studentami, Markiem Morrisem i Ulvi Yartsever, opublikował artykuł wzywający społeczność naukową do dyskusji na temat tworzenia i stabilizacji tuneli czasoprzestrzennych. Jak przyznaje sam Thorne, od czterech dekad nie otrzymano satysfakcjonującej odpowiedzi, co nie przeszkodziło fizykowi w konsultowaniu się z fantastycznym filmem „Interstellar”, w którym pojawienie się sztucznego „tunelu czasoprzestrzennego” w pobliżu Saturna stało się jednym z założeń fabularnych.
Jednak nadal istnieją pewne osiągnięcia. Na przykład wykazano, że naturalne występowanie „tuneli czasoprzestrzennych” jest niezwykle mało prawdopodobne. W przeciwieństwie do „czarnych dziur”, których proces narodzin z masywnych gwiazd został opisany i obliczony, we Wszechświecie nie ma obiektów, które można by „połączyć” z „tunelami czasoprzestrzennymi”. Rozważano hipotezę, że „tunele czasoprzestrzenne” mogą pojawić się na poziomie subatomowym w postaci tzw. „Piany kwantowej”, ale ta opcja również jest przedmiotem poważnej krytyki.
Okazuje się, że jeśli „tunele czasoprzestrzenne” kiedykolwiek się pojawią, będą one produktem technologii supercywilizacyjnej, co pokazuje powieść Carla Sagana „Kontakt” i film „Międzygwiezdny” Christophera Nolana. Kip Thorne zaproponował nawet schemat, jak taka cywilizacja mogłaby je zbudować: „Po prostu weź i wepchnij część naszej brany (Wszechświata) do masy i otrzymujesz wgniecenie, a następnie zginasz branę w masie, wbijasz w nią dziurę, jakbyś pod wgnieceniem, szturchnął kolejny otwór na dole wgniecenia i na koniec zszycie krawędzi otworów. Usuń coś!”
ZNAJDŹ „WORM”
Nie wszyscy naukowcy zgodzili się z pesymistycznymi wnioskami Kipa Thorne'a. Na przykład rosyjski astrofizyk Nikołaj Semenowicz Kardaszew, znany z klasyfikacji hipotetycznych cywilizacji pozaziemskich, rozwija teorię Multiwersu jako zbiór nieskończonego zestawu światów o różnych stałych fizycznych i odpowiednio rozmieszczonych na innych branach.
Według obliczeń grupy Kardashev „tunele czasoprzestrzenne” powstają wraz z licznymi wszechświatami i trwają, łącząc je w miarę ich wzrostu. Oczywiście „tunele czasoprzestrzenne” ewoluują, ale można je znaleźć po ich charakterystycznych cechach: w szczególności mogą wyglądać jak „czarne dziury” o anomalnych właściwościach. Wśród podejrzanych obiektów Kardaszew nazywa kwazar Q0957 + 561.
Obecnie orbiter Radioastron (Spektr-R) zajmuje się poszukiwaniem „tuneli czasoprzestrzennych”; w 2025 r. ma do niego dołączyć obserwatorium orbitalne Milimetron (Spectrum-M). Rosyjscy fizycy wierzą w sukces. Jeśli uda im się potwierdzić swoje obliczenia teoretyczne, to otwarcie tunelu do sąsiedniego wszechświata przewyższy w swoim znaczeniu nawet teorię Einsteina. I tam, widzisz, na przykładzie naturalnego „tunelu czasoprzestrzennego” nauczą się tworzyć sztuczne.
Anton Pervushin