Wurmlöcher sind eine wichtige Stütze in der Science-Fiction und bieten unseren Helden eine schnelle und einfache Möglichkeit, sofort durch das Universum zu reisen. Obwohl Science Fiction sie populär machte, hatten Wurmlöcher ihren Ursprung in der Wissenschaft - eine solche Verzerrung der Raumzeit war theoretisch möglich. Laut Dr. Stephen Hsu von der University of Oregon ist der Bau eines Wurmlochs wahrscheinlich unmöglich.
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Fraser Cain: Jetzt habe ich meinen Anteil an Star Trek-Episoden gesehen. Wie gut hat mich das auf das tatsächliche wissenschaftliche Verständnis eines Wurmlochs vorbereitet?
Dr. Stephen Hsu: In Star Trek werden Wurmlöcher nicht wirklich verwendet, aber die vielleicht beste Behandlung für Wurmlöcher in Science-Fiction war der Film Contact, der auf einem Buch von Carl Sagan basiert. Und tatsächlich, als Sagan den Roman schrieb - Sagan war ein Astronomieprofessor -, kontaktierte er einen Experten für Allgemeine Relativitätstheorie, einen Mann namens Kip Thorne von Caltech, und wollte sicherstellen, dass die Art und Weise, wie Wurmlöcher in Contact behandelt wurden, tatsächlich so war fast wissenschaftlich korrekt wie möglich. Und das hat Thorne tatsächlich dazu angeregt, viel über Wurmlöcher zu forschen. Unsere Arbeit ist eigentlich eine Erweiterung der Dinge, die er getan hat.
Fraser: Wenn Sie also theoretisch ein Wurmloch bauen wollten, was würden Sie tun?
Hsu: Sie müssen eine sehr seltsame oder exotische Art von Materie haben und diese Materie muss einen sehr negativen Druck haben. Es stellt sich heraus, dass Sie zur Stabilisierung des Rachens oder der Röhre des Wurmlochs sehr seltsame Materie benötigen, und unsere Arbeit hat damit zu tun, wie möglich diese Art von Materie in Modellen der Teilchenphysik wäre.
Fraser: Nehmen wir an, Sie bauen in der Raumzeit eine Träne und füllen sie mit exotischer Materie, um sie offen zu halten. Dann könnten Sie die beiden Endpunkte des Wurmlochs um das Universum bewegen und sie würden sich sowohl räumlich als auch zeitlich verbinden.
Hsu: Aber in einigen Science-Fiction-Geschichten postulieren sie, dass vom Urknall nur noch einige Wurmlöcher übrig sind, und wir würden einfach eines entdecken und damit beginnen. Aber das konstruktive Modell ist, dass Menschen oder eine fremde Zivilisation tatsächlich ihre eigenen bauen, und in diesem Fall sind die beiden Enden des Wurmlochs wahrscheinlich am Anfang ziemlich nahe beieinander, aber dann ziehen Sie sie auseinander.
Fraser: Wo haben Sie aufgrund Ihrer Forschung Wurmlöcher untersucht?
Hsu: Wir haben grundlegende Einschränkungen für etwas untersucht, das als „Zustandsgleichung der Materie“ bezeichnet wird - welche Eigenschaften wie Druck oder Energiedichte Materie haben können. Wir haben einige sehr starke Einschränkungen festgestellt, und es stellt sich heraus, dass diese Einschränkungen für die Möglichkeit, ein Wurmloch zu bauen, sehr negativ sind.
Fraser: Wie werden sie sich auf das Wurmloch auswirken?
Hsu: Um die sehr seltsame exotische Materie, die ich zuvor erwähnt habe, mit sehr negativem Druck zu erhalten, stellen sich die Gleichungen heraus, dass es immer einen instabilen Modus in der Materie gibt, wenn Sie den Druck so negativ erzwingen, was bedeutet, dass Sie es sind Wenn Sie Ihren Apparat stoßen möchten, können Sie feststellen, dass die exotische Materie - die das Wurmloch stabilisiert - einfach zu einer Reihe von Fotos oder Ähnlichem zusammenfällt.
Fraser: Geht es darum, Ihren Apparat nicht zu stoßen, oder ist es theoretisch unmöglich, einen stabilen Punkt zu erreichen?
Hsu: Ich würde sagen, es ist theoretisch unmöglich, klassische Materie zu bauen, die stabil ist und ein Wurmloch stabilisieren kann. Sie könnten fragen, vielleicht vermeide ich es einfach, das Ding zu stoßen, aber wenn Sie eine Person durch das Wurmloch schicken würden, würde dies selbst eine Beule verursachen und sehr wahrscheinlich dazu führen, dass das Ganze auseinander fällt.
Fraser: Nehmen wir an, Sie wollten keine Leute senden, Sie wollten nur Informationen senden - in der Zeit zurückreden.
Hsu: Das ist nicht ausgeschlossen. Es stellt sich heraus, dass die Einschränkungen, die wir ableiten, mit Materie zu tun haben, bei der Quanteneffekte relativ gering sind. Wenn Sie Materie haben, in der Quanteneffekte sehr groß sind, könnten Sie immer noch ein stabiles Wurmloch haben. Das Wurmloch selbst wäre quantenweise verschwommen. Die Röhre des Wurmlochs würde wie ein Quantenzustand schwanken. Das hindert Sie nicht daran, eine Nachricht rechtzeitig zurückzusenden. Möglicherweise müssen Sie mehrmals versuchen, die Nachricht zu senden, damit sie dorthin gelangt, wo Sie sie haben möchten. Aber vielleicht könnten Sie trotzdem eine Nachricht senden. Das Senden einer Person kann gefährlich sein, wenn das Wurmloch schwankt, da die Person möglicherweise am falschen Ort oder zur falschen Zeit landet.
Fraser: Ich hatte Schätzungen gehört, dass der Bau eines Wurmlochs mehr Energie erfordern würde als das gesamte Universum. Haben Sie entsprechende Berechnungen?
Hsu: Unsere Berechnungen zeigen das nicht unbedingt. Es braucht eine enorme Energiedichte, um ein Wurmloch zu schaffen, das groß genug ist, damit ein Mensch hindurch passt. Wenn man diese Art von Problem betrachtet, geht man normalerweise davon aus, dass jede Zivilisation, die dies versucht, willkürlich fortschrittliche Technologien hat. Wir versuchen zu verstehen, ob es eine Einschränkung gibt, die nicht von der Technologie, sondern wirklich von den Grundgesetzen der Physik herrührt.
Fraser: Und wohin wird Sie Ihre Forschung von diesem Punkt an führen? Gibt es etwas, bei dem Sie sich noch nicht sicher sind?
Hsu: Unser Ergebnis befasst sich hauptsächlich mit den klassischen Wurmlöchern oder Wurmlöchern, deren Raumzeit nicht sehr quantenmechanisch ist, und wir sind immer noch daran interessiert, ob wir unsere Ergebnisse auf Wurmlöcher ausweiten können, in denen die Raumzeit unscharf ist.
Fraser: Es gibt einige neue Arbeiten zur Dunklen Energie, in denen sie sagen, dass der Dunkle-Energie-Effekt im Universum zu geschehen scheint und sich beschleunigt. Entweder gibt es eine neue Form von Energie, die vorher nicht gesehen wurde, oder es ist ein Zusammenbruch in Einsteins Theorien auf einer großen Ebene. Wenn einige dieser Arbeiten zu zeigen beginnen, dass Einsteins Relativitätstheorie es möglicherweise nicht auf einer größeren Ebene erklären kann, hat dies Auswirkungen auf das klassische Verständnis dessen, was ein Wurmloch ist?
Hsu: Im Kontext der Dunklen Energie ist es immer möglich, dass die Allgemeine Relativitätstheorie als Theorie in sehr großen Entfernungen modifiziert wird, weil sie die großräumige Struktur des Universums und das Verhalten des Universums auf Längenskalen von Megaparsec beeinflusst Auf diesen Entfernungen konnten wir es nicht testen. Es ist also immer möglich, dass Schlussfolgerungen aus der Relativitätstheorie einfach nicht zutreffen. In unserem Fall entspricht die Längenskala, über die wir die Allgemeine Relativitätstheorie verwenden, der Größe eines Menschen. Es wäre also etwas überraschend, wenn die Allgemeine Relativitätstheorie bereits auf diesen Längenskalen zusammenbrechen würde, obwohl dies möglich ist.
Fraser: Es ist also eher klein, was Sie sehen. Es erklärt die Dinge in dieser Größenordnung immer noch recht gut.
Hsu: Richtig, es gibt stärkere experimentelle Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie oder zumindest der Newtonschen Schwerkraft auf Längenskalen von Metern als auf Megaparsec. Wir sind also etwas zuversichtlicher, dass die von uns verwendete mathematische Formulierung der Schwerkraft korrekt ist.
Fraser: Wenn ich ziemlich schnell durch das Universum kommen wollte, sollte ich vielleicht stattdessen auf den Warp-Antrieb schauen oder einfach nur alt, um mich im normalen Raum zu bewegen.
Hsu: Ich bin ein großer Science-Fiction-Fan und das schon seit meiner Kindheit, aber als Wissenschaftler muss ich sagen, dass es so aussieht, als ob unser Universum nicht so konstruiert zu sein scheint, wie es Menschen erreichen können von Stern zu Stern. Und das Science-Fiction, bei dem wir am Ende in der Nähe unserer Sonne bleiben, aber wir machen erstaunliche Dinge mit Bioengineering oder Informationstechnologie oder A.I. scheinen eher mit unseren physikalischen Gesetzen realisierbar zu sein als Star Trek.
