Mi az a féreglyuk? – definíció és elméleti magyarázat
Mi az a féreglyuk? – Ismerd meg a féreglyuk definícióját, elméleti működését, Einstein–Rosen-híd kapcsolatát és az időutazás lehetséges következményeit.
A féreglyuk egy elméleti átjáró a téren keresztül, amely rövidített utat hoz létre az időn és a téren keresztül. Jelenleg nem ismert, hogy léteznek-e valóságban — a féreglyukak a relativitáselmélet és a kvantumgravitáció egyes megoldásaiban felbukkanó matematikai lehetőségek.
Alapvető elméleti magyarázat
A klasszikus általános relativitáselméletben az egyik legismertebb példa az úgynevezett Einstein–Rosen-híd, amelyet John Wheeler elméleti fizikus is említett. Ez a megoldás két téridő-„felületet” köt össze egy alagútszerű struktúrával. Ha egy kétdimenziós síkon ábrázoljuk, a féreglyuk úgy néz ki, mintha a síkot meghajlítanánk vagy a papírt összehajtanánk, és a két különböző pont egymás mellé kerülne.
Áthatolhatóság és az egzotikus anyag
A legegyszerűbb Einstein–Rosen-hidak általában nem áthatolhatók; rögtön összeomlanak, ha valami belépne rajtuk. Ahhoz, hogy egy féregjárat tartósan nyitva maradjon és áthatolható legyen, az elméleti modellek szerint olyan anyagra van szükség, amelynek a gravitációs hatása „negatív energia-sűrűségként” írható le — ezt gyakran nevezik egzotikus anyagnak. Ez olyan tulajdonságokat jelent, amelyek a klasszikus energiatörvényeket megszegik (pl. az energiafeltétel megsértése). Egyes kvantumjelenségek, mint a Casimir-effektus, valóban mutatnak lokális negatív energiahatásokat, de ezek a hatások nagyon kicsik és nem egyértelműen alkalmasak makroszkopikus féreglyukak stabilizálására.
Idődilatáció, időutazás és paradoxonok
A féreglyukakra vonatkozó elméleti javaslatok között szerepel az a gondolat is, hogy ha egyik végét nagyon gyorsan mozgatjuk vagy erős gravitációs térbe helyezzük, akkor az időtágulás miatt a két vég különböző korú lehet. Ennek az az érdekessége, hogy a féreglyukon belüli kapcsolat miatt ez bizonyos feltételek mellett időutazáshoz vezethet. A fikcióban és egyes tudományos dolgozatokban is felmerülnek ilyen lehetőségek, de a fizikusok rendre figyelmeztetnek a logikai és fizikai paradoxonokra; Stephen Hawking például a „kronológiai védelem” (chronology protection) elvét javasolta, amely szerint a természet valamilyen módon megakadályozhatja az időutazással járó paradoxonok megvalósulását.
Miért nem láttunk még féreglyukat?
Számos okból nincs megfigyelési bizonyítékunk féreglyukakra. Elméletileg:
- a legtöbb megoldás instabil és hamar összeomlik;
- az egzotikus anyag szükségessége nem bizonyított makroszkopikus léptékben;
- a kvantumgravitáció pontos szabályai és a Planck-skálán fellépő hatások ismeretlenek, így nem tudjuk biztosan, mit enged meg a természet;
- ha léteznek is, előfordulhat, hogy nagyon ritkák vagy olyan méretűek/szerkezetűek, hogy észrevétlenek maradnak.
Lehetséges megfigyelési jelek
A kutatók elméleti munkái alapján néhány lehetséges, megfigyelhető nyomot vizsgálnak, amelyek féreglyuk jelenlétére utalhatnának:
- szokatlan gravitációs lencsehatások (a féreglyuk másként torzítaná a háttérben lévő fényt, mint egy normális tömeg);
- speciális időbeli eltolódások vagy kettős képek egyes asztrofizikai forrásoknál;
- pl. aszimmetrikus mikro- vagy makro-lencsehatások, gyors rádiókitörések vagy gamma‑sugárzás forrásai körüli szokatlan viselkedés — ezek azonban sok más, egyszerűbb magyarázattal is rendelkeznek.
Eddig egyik jelenség sem adott egyértelmű bizonyítékot féreglyukra.
Féreglyukak a tudományos fantasztikumban
A féreglyukak gyakori elemei a tudományos fantasztikumnak, mivel lehetővé teszik a gyors csillagközi, intergalaktikus, sőt univerzumközi utazást, valamint az időutazást is. Ezek a történetek leegyszerűsítik vagy feltételezik az egzotikus anyag és a stabil féreglyuk létezését, így az emberi életen belüli csillagközi utazás lehetőségét is felvázolják. A fikció fontos szerepe, hogy népszerűsíti és intuíciókat ad a lehetséges fizikai elméletekhez, de nem helyettesíti a kísérleti vagy megfigyelési bizonyítékot.
Összefoglalás
Összefoglalva: a féreglyuk egy erősen elméleti fogalom, amely az általános relativitás keretein belül adódó megoldások egyik lehetséges következménye. Bár matematikailag lehetségesak a kapcsolódó megoldások, a gyakorlati létrejöttük, stabilizálásuk és megfigyelésük számos komoly problémába ütközik, mint az egzotikus anyag igénye és a kvantumgravitáció hiányos ismerete. A kutatások folynak, mind elméleti, mind megfigyelési irányban, de jelenleg nincs meggyőző bizonyíték arra, hogy féreglyukak léteznének.
Megjegyzés: az egyik elméleti javaslat szerint egy áthatolható féreglyukon alapuló időgépet úgy lehetne elméletben működtetni, hogy a féregjárat egyik végét nagyon nagy sebességre gyorsítják, vagy a másik végét erős gravitációs térbe helyezik, majd visszahozzák — az időtágulás és a féreglyukon belüli kapcsolódás miatt a két vég különböző módon öregedhet. Fontos megérteni, hogy ezek a gondolatkísérletek elméleti jellegűek, és a valóságban számos további fizikai korlát állhat útjukban. Az ilyen típusú elképzelések vizsgálata azonban segít feltárni az általános relativitás és a kvantumelmélet határait, valamint a lehetséges új fizikai jelenségeket.
Egy Schwarzschild-féreglyuk ábrája
Kérdések és válaszok
K: Mi az a féregjárat?
V: A féreglyuk egy elméleti átjáró a téren keresztül, amely rövidített utat hoz létre az időn és a téren keresztül. Nem ismert, hogy léteznek-e vagy sem.
K: Hogyan jön létre egy féregjárat?
V: A tudósok úgy vélik, hogy ha léteznének is féreglyukak, azokat nem lehetne hagyományos tudományos módszerekkel létrehozni. Ahhoz, hogy egy féregjáratot nyitva lehessen tartani, egyfajta elméleti egzotikus anyagra lenne szükség. Ellenkező esetben a féreglyuk egyszerűen nagyon gyorsan eltűnne a létrehozása után.
K: Hogyan jelenik meg egy kétdimenziós síkon?
V: Ha egy 2 dimenziós síkon ábrázoljuk, a féreglyuk meghajlítja a síkot, mintha egy papírt hajtogatnánk, úgy, hogy a két vége összeérjen (ahogy a képen látható).
K: Ki használta először a "féreglyuk" kifejezést?
V: A "féreglyuk" kifejezést először John Wheeler elméleti fizikus használta. Einstein-Rosen-hídként is ismert.
K: Mi a kutatók bizonyítéka a létezésükre?
V: A kutatóknak nincs megfigyelési bizonyítékuk a féreglyukak létezésére.
K: Miért szerepelnek gyakran sci-fi történetekben?
V: A féreglyukak gyakran szerepelnek a tudományos-fantasztikus történetekben, mert gyors csillagközi, intergalaktikus, sőt néha univerzumközi utazást tesznek lehetővé, ami az emberi életen belüli időutazást is lehetővé teszi.
K: Hogyan használhatnánk őket időutazásra?
V: Egy javasolt, áthatolható féregjáratot használó időutazó gép elméletileg úgy működne, hogy a féregjárat egyik bejáratát egy olyan objektum gravitációs mezejébe helyeznék, amelynek nagyobb a gravitációja, mint a másik bejáraté, majd visszahelyeznék a másik bejárat közelében lévő eredeti helyére; ez időtágulást okoz, ami az alagút egyik végét fiatalabbá teszi, mint a másik végét egy külső megfigyelő számára, de a két végén lévő szinkronizált órák szinkronban maradnak, amikor áthaladnak rajta, függetlenül attól, hogy a két végpont között mekkora mozgás történik.
Keres