Skróty w czasoprzestrzeni?

Skróty w czasoprzestrzeni?

Na gruncie teorii względności powstała myśl o możliwości znalezienia "skrótów" w czasoprzestrzeni i obejścia w ten sposób bariery stawianej przez prędkość światła. Z koncepcją tą wystąpili po raz pierwszy w 1988 roku dwaj fizycy amerykańscy: specjalista w zakresie teorii względności Kip Thorn i Michael Morris z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego w Pasadenie. Badali oni tę hipotezę na prośbę astrofizyka Carla Sagana, który będąc wrogiem koncepcji UFO, jest zarazem płomiennym zwolennikiem poszukiwania życia pozaziemskiego. Sagan pracował w owym czasie nad książką Contact  ("Kontakt"), w której zamierzał wyłożyć naukowe podstawy podróży międzygwiezdnych z prędkością większą od prędkości światła.
Według obu fizyków czarne dziury (których istnienie ciągle nie jest pewne) mogłyby być punktami wejścia do "skrótów" czy zwarć w czasoprzestrzeni. W takiej sytuacji byłoby możliwe pokonywanie całych lat świetlnych w ciągu kilku godzin naszego czasu, na podobieństwo bohaterów Wojen Gwiezdnych.
Gdy bardzo masywna gwiazda wyczerpie zapasy paliwa jądrowego, może zapaść się i przeobrazić w czarną dziurę, w której znika zarówno materia, jak i czasoprzestrzeń. Nawet światło zostaje uwięzione w zakrzywionej przestrzeni! Hipoteza czarnych dziur wypływa z ogólnej teorii względności. Jej geneza nie jest prosta. "W grudniu 1915 roku, w miesiąc po ogłoszeniu przez Einsteina teorii względności -pisze Jean-Pierre Luminet w książce Les Trous noirs ("Czarne dziury") -niemiecki astrofizyk Karl Schwarzschild dochodzi do rozwiązania opisującego pole grawitacyjne sferycznej masy otoczonej próżnią" . Z rozwiązania tego wynika, iż jeśli wyobrazimy sobie masę skoncentrowaną w jednym punkcie, to w pobliżu tego punktu, w obrębie pewnego "promienia progowego" czy "promienia Schwarzschilda ", czas i przestrzeń są na tyle zaburzone, że pojęcia te przestają mieć sens. W kilka lat po sformułowaniu tej teorii mechanika kwantowa pozwoliła opisać możliwości "kolapsu grawitacyjnego" masywnej gwiazdy z doprowadzeniem do skrajnie gęstych stanów materii.
Astrofizycy doszli do wniosku, że czarna dziura powinna jak w zwierciadle mieć swój symetryczny obraz -"drugą stronę" czasoprzestrzeni połączoną z nią "mostem", tak zwanymi wrotami Schwarzschilda lub mostem Einsteina-Rosena. Po drugiej stronie czarnej dziury, w innym obszarze czasoprzestrzeni lub w innym odgałęzieniu wszechświata, istniałaby "biała dziura", z której wylatywałaby materia pochłonięta przez dziurę czarną. W modelu sferycznie symetrycznej czarnej dziury most ten jest jednak nie do przebycia! Jak więc można sobie wyobrazić scenariusz podróży międzygwiezdnej, jeśli pojazd skazany byłby na zgniecenie?
Temat podjęto po opracowaniu innego, bardziej skomplikowanego modelu czarnej dziury, powstałej z gwiazdy obracającej się wokół własnej osi. Fizyk nowozelandzki Roy Kerr podał w 1962 roku dokładne rozwiązanie, opisujące pole grawitacyjne wirującej czarnej dziury. Jest to coś w rodzaju "kosmicznego maelstroemu" o bardzo skomplikowanej geometrii wewnętrznej. W modelu tym, tłumaczy Jean-Pierre Luminet, "centralna osobliwość, miejsce, w którym krzywizna osiąga nieskończoność, nie jest już punktem, lecz pierścieniem ułożonym w płaszczyźnie równikowej. Pierścień ten nie jest węzłowym punktem w czasoprzestrzeni, do którego obowiązkowo dąży cała materia. Możliwe staje się podróżowanie wewnątrz obracającej się czarnej dziury bez stykania się z pierścieniem; można przelecieć nad nim lub przez jego środek" . Most Einsteina-Rosena staje się w tej sytuacji czymś w rodzaju tunelu łączącego dwa regiony czasoprzestrzeni, nazwanym "korytarzem kornika" (worm-hole) przez analogię z korytarzami, jakie drążą korniki w drzewie.
Czy taki "korytarz kornika" mógłby służyć za skrót dla podróży pomiędzy odległymi punktami czasoprzestrzeni, a może nawet dla podróży w czasie? Takie jest właśnie jedno z "rozwiązań" zaproponowanych w 1988 roku przez Thorne'a i Morrisa. By je uzasadnić, niezbędne są dodatkowe karkołomne założenia. Okazuje się, że "wszelka materia, która dostaje się do takiego korytarza, uzyskuje wskutek oddziaływania z jego polem grawitacyjnym tak wysoką energię, że grawitacja tej materii modyfikuje właściwości czasoprzestrzeni i powoduje zatkanie się korytarza" . Thorne i Morris proponują w swoim rozwiązaniu wprowadzenie "egzotycznej" materii, zdolnej do wytwarzania "ujemnego ciśnienia", co sprawiałoby, że "korytarz" pozostawałby otwarty! Materia taka istniała ponoć w początkowych fazach rozwoju wszechświata, tuż po Wielkim Wybuchu; to właśnie dzięki niej miałaby nastąpić pierwsza faza inflacji. Nie wiadomo jednak, czy istnieje ona jeszcze dzisiaj. "Wszystko to -konkluduje Jean-Pierre Luminet -sprowadza się jednak do spekulacji. Nikt nie wie, czy taka «ujemna» materia istnieje w przyrodzie. Dla sprawnego wykonania skrótów w czasoprzestrzeni trzeba by umieć tworzyć ujemne korytarze, może przez hodowanie mikroskopijnego korytarzyka. I nawet osiągnięcie tak niesamowitego efektu nie daje gwarancji, że zbudowany ze zwykłej materii statek przebędzie bez zagrożenia obszar materii ujemnej" .
Mimo tak ogromnych trudności pomysł podróży międzygwiezdnej przez "korytarz kornika" ciągle zaprząta umysły ludzkie. W czasopiśmie "New Scientist" z dnia 23 marca 1996 roku dokonano przeglądu nowych spekulacji powstałych na gruncie pomysłu "skonstruowania" sztucznego "korytarza kornika" -czegoś, co, być może, potrafią cywilizacje bardziej zaawansowane od naszej. Włoski fizyk Claudio Maccone sugeruje możliwość osiągnięcia tego za pomocą pól magnetycznych. Inni uczeni rozwijają wątek ujemnej masy czy energii, która miałaby bardzo ciekawą możliwość wytwarzania odpychającej grawitacji. Zwracają oni uwagę na to, że próżnia ukrywa ogromne zasoby energii. Jest to tak zwany efekt Casimira opisany już w 1948 roku przez holenderskiego fizyka Henrika Casimira. Jak widać, aktualny stan wiedzy fizycznej nie pozwala na ostateczne rozstrzygnięcie tej kwestii. Niektórzy teoretycy odwołują się bez wahania do "teorii Wszystkiego", czyli do unifikacji dwóch filarów dzisiejszej fizyki: teorii względności i mechaniki kwantowej. Ostatnie próby znane pod nazwą "super-strun" zakładają, że przestrzeń ma więcej niż trzy wymiary. I Bylibyśmy więc zanurzeni, nic o tym nie wiedząc, w "hiperprzestrzeni". Innym wywodzącym się z tych zuchwałych spekulacji pomysłem jest koncepcja istnienia równoległego wszechświata; otwiera ona niesamowite perspektywy.