Konstigt formade maskhål kan fungera bättre än sfäriska

Maskhål eller tunnlar i rymdtidens tyg är grymt instabila. Så snart till och med en enda foton glider ner i tunneln stängs maskhålen med en blixt. 

Men tänk om problemet var att våra föreställda maskhål inte var riktigt tillräckligt konstiga? 

En ny studie tyder på att hemligheten med ett stabilt maskhål gör dem roliga. Genom att forma maskhålet så att det inte är en perfekt sfär kan vi kanske hålla tunneln tillräckligt länge för att resa igenom. Den enda fångsten är att sagda maskhål måste vara obegripligt liten.

Botten upp

Ormhål, om de finns, skulle du kunna resa från punkt A till någon extremt avlägsen punkt B utan att bry dig med alla svåra resor från punkt A till punkt B. De är en genväg. En fuskkod till universum. Ser du en stjärna miljoner ljusår bort? Du kan nå det på bara några minuter om du hade ett maskhål som länkar dig till den stjärnan.

Inte konstigt att det är en häftklammer i science fiction.

Men maskhål är inte bara tecken på vår fantasi som är utformade för att skära ut alla tråkiga delar av interstellar resor (som är mest av det). De är födda från matematiken i Einsteins allmänna relativitetsteori, vår moderna förståelse av hur gravitation fungerar. På det språket böjer materien och energin rymdens tid. Som svar informerar böjning och vridning av rymdtid frågan hur man ska röra sig.

Relaterad: Åtta sätt du kan se Einsteins relativitetsteori i verkliga livet

Så när det gäller maskhål behöver du helt enkelt fråga dig själv: Är det möjligt att böja rymdtid på ett så förvrängt sätt att det viker över sig själv och bildar en tunnel på kort avstånd mellan två annars avlägsna punkter? 

Svaret, som upptäcktes på 1970-talet, är ett överraskande ja. Maskhål är helt möjliga och tillåtna inom ramen för allmän relativitet.

En fångst: De tenderar att falla isär, omedelbart efter att de bildats.

Nycklarna till stabilitet

Maskhål är så instabila eftersom de i huvudsak består av två svarta hål som vidrör varandra, kopplade till deras singulariteter för att bilda en tunnel. 

Men singulariteter är dåliga nyheter: Det är poäng med oändliga tätheter. Och de är omgivna av regioner kända som händelshorisonten, envägsbarriärer i kosmos. Om du korsar ett svart håls händelseshorisont kommer du aldrig att fly.

För att övervinna detta problem måste ingången till ett maskhål vara utanför händelseshorisonten. På det här sättet kan du korsa maskhålen utan att kasta genom en händelsehorisont och aldrig fly.

Men så fort du kommer in i ett sådant maskhål är det helt enkelt för mycket massor som hänger runt, och allvarligheten i din närvaro snedvrider maskhåltunneln, vilket gör att den kollapsar i sig själv, kläms fast som ett översträckt gummiband och lämnar två ensamma svart hål separerade i rymden (och förmodligen bitar av ditt lik spridda över det observerbara universum).

Relaterad: Tänk om du föll i ett svart hål?

Det visar sig att det finns ett sätt att hålla ormhålens ingång borta från evenemangshorisonten och hålla den tillräckligt stabil för dig att resa igenom. En fångst: Lösningen kräver närvaro av ett material med negativ massa. Negativ massa är precis som normal massa, men med ett minustecken. Och om du samlade tillräckligt med negativ massa tillsammans på en enda plats, kan du använda den för att hålla ett maskhål öppet.

Men så vitt vi inte existerar sak med negativ massa. Vi har inga bevis för det, och om det fanns skulle det bryta mot många lagar i universum, som tröghet och bevarande av fart. Om du till exempel sparkade en boll med negativ massa skulle den flyga bakåt. Om du lägger ett objekt med negativ massa bredvid ett objekt med positiv massa, istället för att locka till sig, skulle de slå tillbaka varandra och snabbt accelerera bort från varandra till oändligheten.

Eftersom negativ massa verkar vara en ingen gång i kosmos ser det vid första anblicken ut att det inte är troligt att maskhål finns i universum.

Ett uns tröst

Men den berättelsen om maskhål förlitar sig på den relativa relativitetens matematik, som, som sagt, vår nuvarande förståelse för hur gravitation fungerar.

Det vill säga vår nuvarande, ofullständiga förståelse för hur tyngdkraften fungerar.

Vi vet att allmän relativitet inte beskriver alla gravitationsinteraktioner i universum, eftersom det faller isär när tyngdekraften blir mycket stark över små skalor (som, till exempel, singulariteterna inuti svarta hål). För att lösa dessa situationer, måste vi vända oss till en kvantteori om tyngdkraft, som skulle smälta vår förståelse av världen av subatomära partiklar med vår större skalförståelse av tyngdkraften. Och det har vi inte, eftersom varje gång vi försöker dela en ihop faller det ihop till nonsens.

Men ändå har vi några ledtrådar om hur kvanttyngd kan fungera, och ju mer vi lär oss, desto mer kan vi förstå om maskholms möjliga genomförbarhet. Det kan vara så att en ny och förbättrad tyngdförståelse skulle avslöja att du inte behöver negativ massmaterial alls, och att stabila, korsbara maskhål är A-OK.

Ett par teoretiker vid Teheran University i Iran publicerade en ny utredning av maskhål till förtryckningsdatabasen arXiv. De använde vissa tekniker som gjorde det möjligt för dem att studera hur kvantmekanik kan förändra den allmänna relativitetsbilden. De fann att korsbara maskhål kunde tillåtas utan negativ massmaterial, men bara om ingångarna sträcktes lite från rena sfärer. 

Resultaten är intressanta, men det finns en fångst. Dessa hypotetiska genomfarliga maskhål är små. Som i extremt liten. Ormhålen skulle vara högst 30% större än Planck-längden, eller 1,61 x 10 ^ minus 35 meter. Och det betyder att resenären inte kan vara större än så. 

Åh, och maskhålsresande måste bläddra med nästan ljusets hastighet.

Även om den är begränsad, öppnar den nya forskningen en liten spricka i genomförbarheten av maskhål som kan öppnas med ytterligare arbete. Och då kanske TV-författare inte behöver glänsa över någon teknik längre.

Paul M. Sutter är en astrofysiker på SUNY Stony Brook och Flatiron Institute, värd för Fråga en Spaceman och Space Radio, och författare till Din plats i universum.

• De största fynden i svarthålet
• Interstellar rymdfärd: 7 futuristiska rymdskepp för att utforska kosmos
• De 18 största olösta mysterierna inom fysik

Ursprungligen publicerad den .

ERBJUDANDE: Spara 45% på "Hur det fungerar" Allt om rymden "och" Allt om historia "!

Under en begränsad tid kan du ta ut en digital prenumeration på någon av våra bästsäljande vetenskapsmagasiner för bara 2,38 dollar per månad, eller 45% rabatt på standardpriset för de första tre månaderna.