Astronauții ar supraviețui unei călătorii interstelare printr-o gaură de vierme?

În opera spațială Interstellar, astronauții care doresc să salveze umanitatea și-au găsit o linie de salvare: o gaură de vierme care a apărut în mod misterios lângă Saturn. Tunelul prin spațiu-timp duce la o galaxie îndepărtată și șansa de a găsi planete locuibile pe care oamenii le pot coloniza. Gaura de vierme a filmului se bazează pe fizica reală a profesorului pensionar CalTech, Kip Thorne, un pionier al astrofizicii care l-a ajutat și pe Carl Sagan să-și proiecteze gaura de vierme pentru romanul Contact . Vizualizările sunt uimitoare și sunt salutate ca fiind unele dintre cele mai precise simulări ale găurilor de vierme și ale găurilor negre din film. Există însă un aspect al plonjării într-un expresie interstelară pe care filmul nu îl abordează: Cum supraviețuiți călătoriei?

Continut Asemanator

• Stephen Hawking crede că putem rezolva un mister cu gaură neagră majoră cu păr
• Fizicienii au construit o gaură de vierme pentru magneți
• De ce „Interstellar” aparține în panteonul celor mai bune filme științifice „realiste”
• Cea mai apropiată chestie din viața reală a cărții lui Myst's Wormhole Book

Deși nu l-au numit așa, gaura de vierme originală a fost creierul lui Albert Einstein și al asistentului său, Nathan Rosen. Încercau să rezolve ecuațiile lui Einstein pentru relativitatea generală într-un mod care să conducă în cele din urmă la un model pur matematic al întregului univers, inclusiv gravitația și particulele care compun materia. Încercarea lor a implicat descrierea spațiului ca două foi geometrice conectate de „poduri”, pe care le percepem ca particule.

Un alt fizician, Ludwig Flamm, descoperise în mod independent astfel de poduri în 1916 în soluția sa la ecuațiile lui Einstein. Din păcate, pentru toți, această „teorie a tuturor” nu a funcționat, deoarece podurile teoretice nu s-au comportat în cele din urmă ca niște particule reale. Dar lucrarea din 1935 a lui Einstein și Rosen au popularizat conceptul de tunel prin țesătura spațiu-timpului și i-au determinat pe alți fizicieni să se gândească serios la implicații.

Fizicianul Princeton, John Wheeler, a inventat termenul „gaura de vierme” în anii ’60, când explora modelele podurilor Einstein-Rosen. El a menționat că podurile sunt asemănătoare cu găurile pe care le-au purtat viermii prin mere. O furnică care se târăște dintr-o parte a mărului în alta poate să plutească până la suprafața sa curbă, sau să ia o scurtătură prin tunelul viermei. Acum imaginați-vă spațiul nostru tridimensional este pielea unui măr care se curbe în jurul unei dimensiuni superioare numită „vrac”. Un pod Einstein-Rosen este un tunel prin cea mai mare parte care permite călătorilor să ia o bandă rapidă între două puncte în spațiu. Pare ciudat, dar este o soluție matematică legitimă pentru relativitatea generală.

Wheeler și-a dat seama că gurile punților Einstein-Rosen se potrivesc cu ușurință la descrierile a ceea ce este cunoscut drept gaura neagră Schwarzschild, o simplă sferă de materie atât de densă încât nici măcar lumina nu poate scăpa de atracția gravitațională. Ah-ha! Astronomii cred că găurile negre există și se formează atunci când nucleele stelelor excesiv de masive se prăbușesc asupra lor. Deci, găurile negre ar putea fi, de asemenea, găuri de vierme și, prin urmare, porți de călătorie interstelară? Poate, matematic vorbind, dar nimeni nu va supraviețui călătoriei.

În modelul Schwarzschild, inima întunecată a unei găuri negre este o singularitate, o sferă neutră, nemodificată, cu o densitate infinită. Wheeler a calculat ce s-ar întâmpla dacă o gaură de vierme se naște atunci când două singularități din părțile îndepărtate ale universului se contopesc în cea mai mare parte, creând un tunel între găurile negre ale lui Schwarzschild. El a descoperit că un astfel de orificiu de vierme este în mod inestabil: tunelul se formează, dar apoi se contractă și ciupește, lăsându-vă încă o dată doar două singularități. Acest proces de creștere și de contracție se întâmplă atât de repede încât nici măcar lumina nu trece prin tunel, iar un astronaut care încearcă să treacă ar întâlni o singularitate. Aceasta este moartea subită, deoarece imensele forțe gravitaționale l-ar despărți pe călător.

"Orice sau oricine încearcă călătoria va fi distrus în ciupit!" Thorne scrie în cartea sa de însoțire a filmului, The Science of Interstellar .

Știința interstelară

Amazon.com: The Science of Interstellar (9780393351378): Kip Thorne, Christopher Nolan: Cărți

Există o alternativă: o gaură neagră rotativă Kerr, care este o altă posibilitate în relativitatea generală. Singularitatea din interiorul unei găuri negre Kerr este un inel, spre deosebire de o sferă, iar unele modele sugerează că o persoană ar putea supraviețui călătoriei dacă trece perfect prin centrul acestui inel, precum un baschet printr-un cerc. Thorne are însă o serie de obiecții la această noțiune. Într-o lucrare din 1987 despre călătoria prin gaura de vierme, el observă că gâtul unei găuri de vierme Kerr conține o regiune numită orizont Cauchy care este foarte instabil. Matematica spune că imediat ce orice, chiar și lumină, încearcă să treacă acest orizont, tunelul se prăbușește. Chiar dacă gaura de vierme ar putea fi cumva stabilizată, teoria cuantică ne spune că interiorul trebuie inundat cu particule cu energie mare. Puneți piciorul într-o gaură de vierme Kerr și veți fi prăjiți într-un crocant.

Trucul este că fizica trebuie să se însoare cu regulile clasice ale gravitației cu lumea cuantică, un pic evaziv de matematică pe care mulți cercetători încearcă să-l stabilească. Într-o întorsătură a imaginii, Juan Maldacena de la Princeton și Leonard Susskind la Stanford au propus că găurile de vierme pot fi ca manifestările fizice ale înțelegerii, când obiectele cuantice sunt legate indiferent cât de departe sunt.

Einstein a descris faimos înțelegerea drept „acțiune înfricoșătoare la distanță” și a rezistat noțiunii. Însă o mulțime de experimente ne spun că înțelegerea este reală - este deja folosită comercial pentru a proteja comunicațiile online, cum ar fi tranzacțiile bancare. Conform Maldacenei și Susskindului, cantități mari de îmbinare modifică geometria spațiu-timpului și poate da naștere la găuri de vierme sub formă de găuri negre încurcate. Însă versiunea lor nu este o poartă intercalară.

„Sunt găuri de vierme care nu vă permit să călătoriți mai repede decât lumina”, spune Maldacena. „Cu toate acestea, ei îți pot permite să întâlnești pe cineva înăuntru, cu micul avertisment pe care îl vor muri amândoi după o singularitate gravitațională”.

OK, deci găurile negre sunt o problemă. Ce poate fi atunci o gaură de vierme? Avi Loeb de la Centrul de Astrofizică din Harvard-Smithsonian spune că opțiunile noastre sunt larg deschise: „Deoarece nu avem încă o teorie care unifică în mod fiabil relativitatea generală cu mecanica cuantică, nu știm despre întreaga grădină zoologică a posibilelor structuri spațiale care ar putea găzdui găurile de vierme „.

Există încă un cârlig. Thorne a descoperit în lucrarea sa din 1987 că orice tip de gaură de vierme care este în concordanță cu relativitatea generală se va prăbuși dacă nu este propulsat de ceea ce el numește „materie exotică” cu energie negativă. El susține că avem dovezi de materie exotică datorită experimentelor care arată cum fluctuațiile cuantice într-un vid par să creeze presiune negativă între două oglinzi plasate foarte aproape între ele. Și Loeb consideră că observațiile noastre despre energia întunecată sunt alte idei că poate exista materie exotică.

„Observăm că de-a lungul istoriei cosmice recente, galaxiile au fugit de noi cu o viteză care crește cu timpul, ca și cum ar fi fost acționate de gravitația respingătoare”, spune Loeb. „Această expansiune accelerată a universului poate fi explicată dacă universul este umplut cu o substanță care are o presiune negativă… la fel ca materialul necesar pentru crearea unui gă de vierme.” Ambii fizicieni sunt de acord, însă, că ai avea nevoie de prea multă materie exotică pentru ca o gaură de vierme să se formeze vreodată în mod natural și doar o civilizație extrem de avansată ar putea vreodată să spere să adune suficient de multe lucruri pentru a stabiliza o gaură de vierme.

Dar alți fizicieni nu sunt convinși. „Cred că o gaură de vierme stabilă și traversabilă ar fi foarte confuză și pare incompatibilă cu legile fizicii pe care le știm”, spune Maldacena. Sabine Hossenfelder de la Institutul Nordic de Fizică Teoretică din Suedia este și mai sceptică: "Avem indicii absolut zero că acest lucru există. Într-adevăr, se crede că acesta nu poate exista, pentru că, dacă ar face vidul, ar fi instabil". Chiar dacă a fost disponibilă materie exotică, este posibil să călătoriți prin ea. Efectele exacte ar depinde de curbura spațiului în jurul găului de vierme și de densitatea energiei din interior, spune ea. „Este cam ca în cazul găurilor negre: prea multe forțe de maree și te desprinzi”.

În ciuda legăturilor sale cu filmul, Thorne este, de asemenea, pesimist că este posibilă o gaură de vierme traversabilă, mult mai puțin supraviețuitoare. „Dacă pot exista, mă îndoiesc foarte mult că se pot forma în mod natural în universul astrofizic”, scrie el în carte. Dar Thorne apreciază că Christopher și Jonah Nolan, care au scris Interstellar, erau atât de dornici să spună o poveste care se întemeiază în știință.

"Povestea este acum esențială a tuturor lui Chris și a lui Jonah", a spus Thorne pentru Wired într-un interviu exclusiv. „Dar spiritul lui, obiectivul de a avea un film în care știința este încorporată în țesătură de la început - și este o știință grozavă - care a fost păstrată.”