Kunstenaarillustratie van een ruimtevaartuig dat door een wormgat naar een verre melkweg gaat. Afbeelding tegoed: NASA. Klik om te vergroten.
Luister naar het interview: Unlikely Wormholes (4.5 mb)
Of abonneer u op de podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Nu heb ik mijn deel van de Star Trek-afleveringen bekeken. Hoe goed heeft dit me voorbereid op het feitelijke wetenschappelijke begrip van een wormgat?
Dr. Stephen Hsu: In Star Trek gebruiken ze niet echt wormgaten, maar misschien was de beste behandeling in scifi voor wormgaten de film Contact, die is gebaseerd op een boek van Carl Sagan. En historisch gezien, toen Sagan de roman aan het schrijven was - Sagan was een professor in de astronomie - nam hij contact op met een expert in General Relativity, een man genaamd Kip Thorne, bij Caltech, en wilde hij zeker weten dat de manier waarop wormgaten in Contact werden behandeld, in feite was zoals bijna wetenschappelijk correct zijn. En dat stimuleerde Thorne om veel onderzoek te doen naar wormgaten. Ons werk is eigenlijk een verlengstuk van de dingen die hij deed.
Fraser: Dus als je theoretisch een wormgat wilt bouwen, wat zou je dan doen?
Hsu: Je moet een heel rare of exotische materie hebben en die materie moet een zeer negatieve druk hebben. Het blijkt dat je om de keel of de buis van het wormgat te stabiliseren heel vreemde materie nodig hebt en ons werk heeft te maken met hoe mogelijk dat soort materie zou zijn in modellen van deeltjesfysica.
Fraser: laten we zeggen dat je een traan in ruimtetijd bouwt en je vult het met exotische materie om het open te houden, en dan zou je de twee eindpunten van het wormgat rond het heelal kunnen verplaatsen en ze zouden zowel in de ruimte als in de tijd met elkaar verbinden.
Hsu: Maar in sommige sciencefictionverhalen stellen ze dat er slechts enkele wormgaten overblijven van de oerknal, en we zouden er gewoon een ontdekken en deze gaan gebruiken. Maar het constructieve model is dat mensen, of een buitenaardse beschaving, er zelf een bouwen, en in dat geval liggen de twee uiteinden van het wormgat in het begin waarschijnlijk vrij dicht bij elkaar, maar dan trek je ze uit elkaar.
Fraser: Waar heeft je onderzoek je naar wormgaten geleid?
Hsu: We bestudeerden fundamentele beperkingen van iets dat de "vergelijking van de toestand van de materie" wordt genoemd - welke eigenschappen, zoals druk of energiedichtheid, materie kunnen hebben. We hebben enkele zeer sterke beperkingen gevonden, en het blijkt dat die beperkingen zeer negatief zijn voor de mogelijkheid om een wormgat te bouwen.
Fraser: Welk effect hebben ze op het wormgat?
Hsu: Om de zeer vreemde exotische materie die ik eerder noemde met zeer negatieve druk te krijgen, blijkt uit de vergelijkingen dat wanneer je de druk zo negatief maakt, er altijd een onstabiele modus in de materie is, wat betekent dat als je was om je apparaat tegen het lijf te lopen, zou je kunnen merken dat de exotische materie - die het wormgat stabiliseert - gewoon instort in een stel foto's of zoiets.
Fraser: Is het een kwestie van niet tegen je apparaat stoten of is het theoretisch onmogelijk om een stabiel punt te bereiken?
Hsu: Ik zou zeggen dat het theoretisch onmogelijk is om klassieke materie te bouwen die stabiel is en een wormgat kan stabiliseren. Je zou je kunnen afvragen, misschien vermijd ik het ding gewoon te stoten, maar als je iemand door het wormgat zou sturen, zou dat zelf een hobbel veroorzaken en zou het hele ding waarschijnlijk uit elkaar vallen.
Fraser: Laten we zeggen dat je geen mensen wilde sturen, je wilde gewoon een manier om informatie te sturen - terug in de tijd praten.
Hsu: Dat is niet uitgesloten. Het blijkt dat de beperkingen die we afleiden te maken hebben met materie waarin kwantumeffecten relatief klein zijn. Als je materie hebt waarin kwantumeffecten erg groot zijn, dan zou je nog steeds een stabiel wormgat kunnen hebben. Het wormgat zelf zou op een kwantummanier vaag zijn. De buis van het wormgat fluctueert als een kwantumtoestand. Dat weerhoudt u er niet van om een bericht terug in de tijd te sturen; het kan zijn dat u het bericht vaak moet proberen te verzenden om het op de gewenste plek te krijgen. Maar misschien kunt u nog steeds een bericht sturen. Een persoon sturen kan gevaarlijk zijn als het wormgat fluctueert, omdat de persoon dan op de verkeerde plaats of op het verkeerde moment terecht kan komen.
Fraser: Ik had schattingen gehoord dat het bouwen van een wormgat meer energie zou kosten dan het hele universum. Hebt u daarvoor een soort berekeningen?
Hsu: Onze berekeningen laten dat niet noodzakelijkerwijs zien. Er is een enorme hoeveelheid energiedichtheid voor nodig om een wormgat te creëren dat groot genoeg is voor een mens om er doorheen te passen. Maar, meestal gezien dit soort problemen, ga je ervan uit dat welke beschaving dit ook probeert te doen, willekeurig geavanceerde technologie heeft. Wat we proberen te begrijpen, is of er een beperking is die niet afkomstig is van technologie, maar echt van de fundamentele natuurkundige wetten.
Fraser: En waar zal je onderzoek je vanaf dit punt toe leiden? Is er iets waar je nog steeds een beetje onzeker over bent?
Hsu: Ons resultaat heeft voornamelijk te maken met de klassieke wormgaten, of wormgaten waarvan de ruimtetijd niet erg kwantummechanisch is, en we zijn nog steeds benieuwd of we onze resultaten kunnen uitbreiden tot wormgaten waarin de ruimtetijd wazig is.
Fraser: Er is nieuw werk over donkere energie waarbij ze zeggen dat het donkere energie-effect lijkt te gebeuren in het universum, dat het versnelt. Ofwel is er een nieuwe vorm van energie die nog niet eerder is gezien, of misschien is het een uitsplitsing in de theorieën van Einstein op een groot niveau. Als een deel van dat werk begint te laten zien dat de relativiteit van Einstein het misschien niet op een groter niveau kan verklaren, zal het dan gevolgen hebben voor het klassieke begrip van wat een wormgat is?
Hsu: In de context van donkere energie, aangezien het iets is dat de grootschalige structuur van het heelal beïnvloedt, het gedrag van het heelal op lengteschalen van megaparsecs, is het altijd mogelijk dat algemene relativiteitstheorie als een theorie wordt gewijzigd op zeer grote afstanden en omdat we hebben het niet op die afstanden kunnen testen. Het is dus altijd mogelijk dat conclusies die je uit Relativity haalt, gewoon niet van toepassing zijn. In ons geval is de lengteschaal waarover we Algemene Relativiteit gebruiken de grootte van een mens. Het zou dus enigszins verrassend zijn als General Relativity al op die lengteschalen zou afbreken, hoewel het mogelijk is.
Fraser: Dus het is meer aan de kleine kant waar je naar kijkt. Het verklaart de dingen nog steeds heel mooi op deze schaal.
Hsu: Juist, er zijn sterkere experimentele tests van Algemene Relativiteit, of tenminste de zwaartekracht van Newton, op lengteschalen van meters dan op megaparsecs. We zijn er dus wat meer van overtuigd dat de wiskundige formulering van de zwaartekracht die we gebruiken correct is.
Fraser: Als ik vrij snel het heelal wilde oversteken, zou ik misschien in plaats daarvan naar de warp-drive moeten kijken, of misschien gewoon een oude beweging in de gewone ruimte.
Hsu: Ik ben een grote sciencefictionfan en dat ben ik al sinds mijn kindertijd, maar als wetenschapper zou ik moeten zeggen dat het lijkt alsof ons heelal niet op een erg handige manier lijkt te zijn gebouwd voor mensen om van ster tot ster. En de sci-fi die we uiteindelijk dicht bij onze zon houden, maar we doen geweldige dingen met bio-engineering of informatietechnologie of A.I. lijkt waarschijnlijker te zijn met onze fysieke wetten dan Star Trek.
