Tunel czasoprzestrzenny

Z Wikipedii

Schemat tunelu czasoprzestrzennego - czasoprzestrzeń została przedstawiona jako dwuwymiarowa folia. Droga przez tunel jest krótsza, niż zwykła droga przez czasoprzestrzeń, dlatego można dotrzeć z A do B nawet szybciej od promienia światła

Tunel czasoprzestrzenny (ang. wormhole) - początkowo też nazywany most Einsteina-Rosena - to hipotetyczna właściwość topologiczna czasoprzestrzeni będąca rodzajem "skrótu" pomiędzy co najmniej dwoma obszarami wszechświata lub rodzajem mostu łączącego wszechświaty. Tunele czasoprzestrzenne są przedmiotem poszukiwań i sporów współczesnych fizyków. Nie zanotowano dotąd żadnych obserwacyjnych wskazówek na ich istnienie choć ogólna teoria względności Alberta Einsteina dopuszcza istnienie tuneli w niektórych modelach czasoprzestrzeni. Pytanie czy tunele czasoprzestrzenne mogłyby istnieć rzeczywiście w realnych warunkach należy do nadal nierozwiązanych problemów fizyki.

Tunele czasoprzestrzenne umożliwiałyby podróż do odległych regionów wszechświata we względnie krótkim czasie, szybciej niż dotarłoby tam światło, jednak - co jest ich wyróżniającą zaletą - bez konieczności przekroczenia prędkości światła dla podróżującego (patrz dalej: przemierzalne tunele czasoprzestrzenne).

Ponieważ tunele łączą ze sobą regiony czasoprzestrzeni, umożliwiałyby one nie tylko podróż do odległych regionów, lecz również podróżowanie w czasie.

Obecne wyliczenia wskazują na to, iż nawet gdyby tunele czasoprzestrzenne istniały, to byłyby one zbyt niestabilne by cokolwiek (włącznie z energią) przez nie przesłać. Systematycznie pojawiają się tu jednak nowe hipotezy negujące starsze. Ostateczną odpowiedź mogłaby przynieść dopiero teoria kwantowej grawitacji jednocząca teorię względności z mechaniką kwantową.

[edytuj] Źródła koncepcji

Według Colemana i Korte ^[1] pomysł tunelu czasoprzestrzennego został wprowadzony w 1921 roku przez Hermanna Weyla podczas jego badań nad masą w polu elektromagnetycznym. Jedna z pierwszych prac wskazująca na możliwość istnienia tuneli pod kątem teorii względności to opublikowany w 1935 roku most Einsteina-Rosena. Albert Einstein i Nathan Rosen wspólnie odkryli, że połączenie modelu czarnej dziury z modelem tzw. białej dziury, za które wówczas uważano kwazary prowadzi do powstania rodzaju tunelu w czasoprzestrzeni. Jako, że był to jedyny znany tunel jego nazwa przez długi czas określała wszystkie tunele. Wiele wkładu nad badaniami tuneli włożyli amerykańscy fizycy John Wheeler i Robert Fuller w latach 60., którzy udowodnili m.i., że mosty Einsteina-Rosena są niestabilne i zapadłyby się same w sobie, zanim cokolwiek mogłoby je przemierzyć. Angielska nazwa tuneli Wormhole (dziurka robaka) została wprowadzona w 1957 roku Johna Wheelera, jako analogia do robaczka na powierzchni jabłka, który drąży sobie dziurkę by przedostać się na drugą stronę. Bardziej praktyczny termin spacetime-shortcut (skrót czasoprzestrzenny) został zaproponowany przez Sergieja Krasnikova dla tuneli umożliwiających przesyłanie materii i energii.

[edytuj] Definicja

Tunele czasoprzestrzenne łączące regiony tego samego wszechświata to mały obszar czasoprzestrzeni, którego brzegi są topologicznie zwyczajne lecz której środek nie jest zwyczajnie połączony. Na grafice przedstawiono to schematycznie.

Graficzna definicja tunelu (po prawej) i porównanie do zwyczajnej czasoprzestrzeni (lewa strona) która ulega zakrzywieniu, np. wokół gwiazd i planet, ale pozostaje ciągła

Formalna definicja wynikająca z tego opisu przedstawia się według Matta Vissera następująco (j. ang):

Niektóre informacje zawarte w artykule wymagają weryfikacji.
Do weryfikacji: Konieczna jest pomoc osoby z dużą wiedzą na temat topologii, który zweryfikuje poprawność definicji

Jeżeli czasoprzestrzeń Minkowskiego zawiera spójny obszar Ω i topologia Ω ma postać Ω ~ R x Σ, którego brzeg ma topologię w postaci dΣ ~ S², gdzie Σ jest nietrywialną trójwymiarową rozmaitością topologiczną oraz jeżeli dodatkowo hiperpowierzchnie Σ są przestrzenne, wtedy region Ω zwiera połowicznie stabilny tunel czasoprzestrzenny znajdujący się wewnątrz wszechświata.

Zdefiniowane tuneli czasoprzestrzennych łączących różne wszechświaty może być znacznie trudniejsze.

[edytuj] Klasyfikacja

Ze względu na połączenie wyróżnia się tunele czasoprzestrzenne:

wewnętrzne (ang. intra-wormholes) - łączące miejsca lub czasy i miejsca tego samego wszechświata

zewnętrzne (ang. inter-wormholes) - łączące ze sobą miejsca i czasy różnych wszechświatów. Spekuluje się, że dzięki takim tunelom można by przedostać się do wszechświatów równoległych (zobacz: wieloświaty).

Ze względu na model obliczeniowy:

tunele lorenzowskie (ang. lorenzian) - analizowane głównie pod kątem teorii względnosci oraz klasycznej grawitacji

tunele euklidesowe (ang. euclidian) - analizowane przeważnie pod kątem fizyki cząsteczek (zobacz też: mikroskopijny tunel czasoprzestrzenny)

Ze względu na właściwości:

tunele przenikalne (ang. traversable) - umożliwiające przesłanie przez nie materii lub co najmniej energii, dziś znane modele są na ogół odmianą tuneli lorenzowskich

tunele nieprzenikalne (ang. non-traversable) - nie jest możliwe przesłanie materii, energii lub informacji. Przykładem takiego tunelu jest most Einsteina-Rosena