We zijn eraan gewend dat personages in sciencefictionfilms uit Hollywood in een paar seconden interstellaire afstanden afleggen. Tegelijkertijd weten we dat dit in werkelijkheid onmogelijk is, omdat zelfs het licht meer dan vier jaar naar de dichtstbijzijnde sterren reist. Zijn er manieren om de barrières van de natuur te overwinnen en fictie te realiseren?
BRANA IN HET BULK
In zijn algemene relativiteitstheorie toonde Albert Einstein aan dat massieve lichamen niet alleen de stroom van tijd veranderen, maar ook de ruimte buigen. Beide theoretische posities werden vrijwel onmiddellijk bewezen door Mercurius en sterren te observeren, waarvan het licht wordt afgebogen in het zwaartekrachtveld van de zon. Maar lange tijd stond de nauwkeurigheid van bestaande apparaten ons niet toe om de afmetingen te meten van de ruimtevervorming gecreëerd door ons licht.
In 1976-1977 voerden de Amerikaanse natuurkundigen Robert Riesenberg en Irwin Shapiro een experiment uit waarbij de modules van het ruimtevaartuig Viking-1 en Viking-2, die zich in banen nabij Mars bevonden, werden gebruikt. Ze stuurden radiosignalen naar de voertuigen toen de rode planeet in de buurt van de zon was, gezien vanaf de aarde. De Vikingen onderschepten de signalen, versterkten ze en stuurden ze terug. Door de werkelijke snelheid van het radiosignaal te meten met het berekende signaal, hebben de Amerikanen vastgesteld: de vertraging is honderden microseconden, wat bij herberekening een toename van de signaaltransmissieafstand met 50 km oplevert. Zo'n "toevoeging" aan de afstand zou niet mogelijk zijn als de ruimte zo vlak was als een vel papier. Daarom is het gebogen nabij het oppervlak van de zon.
Wetenschappers hebben theoretisch en experimenteel vastgesteld dat de ruimte buigt. Maar waar? Ze veronderstelden dat het wegzakt in een multidimensionale hyperspace die de "bulk" wordt genoemd. Onze ruimte verschijnt in deze interpretatie als een braan, dat wil zeggen, een driedimensionaal membraan. Het bewezen bestaan van hogere dimensies geeft hoop dat er ooit een manier zal worden gevonden om letterlijk de ruimte te doorboren, en onmiddellijk de enorme afstanden te overwinnen die ons van andere werelden scheiden.
BRUG OVER DE WERELD
Promotie video:
In 1916, dat wil zeggen, slechts een jaar nadat Einstein zijn belangrijkste artikelen over de algemene relativiteitstheorie had gepubliceerd, vond de Oostenrijkse natuurkundige Ludwig Flamm een oplossing voor zijn vergelijkingen door een dergelijke kromming van de ruimte te beschrijven waarin een 'korte' overgang van het ene punt van het heelal naar het andere mogelijk wordt., en voor zover je wilt, via speciale "bruggen".
De exotische conclusie van Flamm werd destijds genegeerd. Veel meer resonantie werd veroorzaakt door de zogenaamde "ruimte-tijdbrug", die in 1935 werd beschreven door Albert Einstein zelf en zijn assistent Nathan Rosen. In tegenstelling tot hun voorganger dachten ze na over de betekenis van het voorgestelde model voor de echte wereld, maar kwamen tot de conclusie dat de 'brug' niet op onze braan kan bestaan als een materieel object dat toegankelijk is voor observatie. Niettemin werd het idee vrijwel onmiddellijk door sciencefictionschrijvers gebruikt als een hypothetisch vervoermiddel, wat bijdroeg aan de popularisering ervan.
In 1957 stelde de Amerikaanse natuurkundige John Wheeler zijn eigen versie van de "brug" voor. Toen hij het beschreef, nam hij zijn toevlucht tot een analogie met een mier op een appel, die erg lang kan duren om bij het andere deel van de vrucht te komen, of hij kan de tunnel gebruiken die door wormen wordt geknaagd voor snelheid. Op basis van deze analogie noemde Wheeler de ruimtelijke tunnels "wormgaten"; onder Sovjetfysici raakte de term "wormgaten" later verankerd. Naast het introduceren van nieuwe woorden ontwikkelde de Amerikaan samen met zijn leerling Robert Fuller een model van de geboorte, uitbreiding en ineenstorting van 'wormgaten' door de massa heen, en hoewel het de onvermijdelijkheid leek aan te tonen van de bijna onmiddellijke 'dood' van deze formaties, vormde de theoretische rechtvaardiging van hun bestaan de basis voor verder onderzoek.
THORN'S HYPOTHESE
De volgende stap werd gezet door Kip Thorne, de leerling van Wheeler. Hij richtte zich op het probleem van wormgaten nadat de beroemde popularisator Carl Sagan hem in mei 1985 een manuscript van zijn sciencefictionroman Contact ter beoordeling stuurde. In de originele tekst werden de karakters van de roman, wetenschappers, door een "zwart gat" naar een bijeenkomst gestuurd met vertegenwoordigers van de oude superbeschaving. Thorne wist dat het onmogelijk was om op deze manier door het heelal te reizen, aangezien elk materieel object in de "zwarte gaten" zou worden vernietigd, dus stelde hij voor dat Sagan ze zou vervangen door Wheeler's "wormgaten". Dit vereiste onderbouwing onder welke voorwaarden een tunnel door de bulk mogelijk zou zijn.
Thorne was in staat om wiskundig te bewijzen dat een "wormgat" gedurende een willekeurig lange tijd in onze wereld kan bestaan, als er "exotische materie" in zit, dat wil zeggen een substantie met negatieve massa en negatieve energie. Hoewel een dergelijke gedachte op het eerste gezicht onzin lijkt, is de aanwezigheid van 'exotische materie' niet in tegenspraak met de natuurkundige wetten die we kennen.
In 1988 publiceerde Kip Thorne, co-auteur met zijn studenten, Mark Morris en Ulvi Yartsever, een artikel waarin de wetenschappelijke gemeenschap werd opgeroepen het ontstaan en stabiliseren van wormgaten te bespreken. Zoals Thorne zelf toegeeft, is gedurende vier decennia geen bevredigend antwoord ontvangen, wat de natuurkundige niet belette deel te nemen aan het raadplegen van de fantastische film Interstellar, waar het verschijnen van een kunstmatig 'wormgat' in de buurt van Saturnus een van de plotvormende veronderstellingen werd.
Er zijn echter nog enkele successen. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat het natuurlijk voorkomen van "wormgaten" uiterst onwaarschijnlijk is. In tegenstelling tot "zwarte gaten", waarvan het geboorteproces uit massieve sterren is beschreven en berekend, zijn er geen objecten in het heelal die kunnen worden "verbonden" met "wormgaten". De hypothese werd overwogen dat "wormgaten" op subatomair niveau kunnen voorkomen in de vorm van het zogenaamde "kwantumschuim", maar ook deze optie is onderhevig aan serieuze kritiek.
Het blijkt dat als er ooit ‘wormgaten’ verschijnen, ze het product zullen zijn van superbeschavingstechnologie, zoals blijkt uit Carl Sagans roman ‘Contact’ en de film ‘Interstellar’ van Christopher Nolan. Kip Thorne stelde zelfs een plan voor hoe zo'n beschaving ze zou kunnen bouwen: "Je neemt gewoon een deel van ons braan (universum) naar beneden en duwt het in de massa en krijgt een deuk, buigt dan de braan in de massa, prikt er een gat in, alsof je onder een deuk zit, porren nog een gaatje aan de onderkant van de deuk en tenslotte de randen van de gaatjes naaien. Delov iets!"
VIND EEN "WORM"
Niet alle wetenschappers waren het eens met de pessimistische conclusies van Kip Thorne. De Russische astrofysicus Nikolai Semenovich Kardashev, bekend om zijn classificatie van hypothetische buitenaardse beschavingen, ontwikkelt bijvoorbeeld de theorie van het Multiversum als een reeks van een oneindige reeks werelden met verschillende fysische constanten en dienovereenkomstig ingezet op andere branen.
Volgens de berekeningen van de Kardashev-groep worden "wormgaten" gevormd samen met talrijke universums en blijven bestaan en verbinden ze terwijl ze groeien. Natuurlijk evolueren "wormgaten", maar ze zijn te vinden aan de hand van hun karakteristieke kenmerken: ze kunnen er in het bijzonder uitzien als "zwarte gaten" met abnormale eigenschappen. Onder de objecten die onder verdenking vielen, noemt Kardashev de quasar Q0957 + 561.
Momenteel is de Radioastron-orbiter (Spektr-R) bezig met het zoeken naar "wormgaten"; in 2025 zal het orbitale observatorium Millimetron (Spectrum-M) zich erbij aansluiten. Russische natuurkundigen geloven in succes. Als ze erin slagen hun theoretische berekeningen te bevestigen, zal de opening van een tunnel naar het aangrenzende universum zelfs de theorie van Einstein overtreffen in zijn betekenis. En daar, zie je, aan de hand van het voorbeeld van een natuurlijk ‘wormgat’ leren ze kunstmatige wormgaten te maken.
Anton Pervushin
