Ormhull er science fiction-stifter som kan sende reisende over galakser uten å måtte bekymre seg for 1000-års turer eller kosmiske veisperringer. Forutsagt av generell relativitet er slike gjenstander bare teoretiske - med mindre du er en magnet.
Relatert innhold
- Skulle astronauter overleve en interstellar tur gjennom et ormhull?
- Rart fysikk kan synliggjøre en usynlig katt
En trio av forskere ved Universitat Autònoma de Barcelona har bygget en enhet som fungerer som et slags ormhull for magnetfelt. Hvis enheten plasseres i et påført magnetfelt, er det magnetisk uoppdagelig. Og hvis et annet magnetfelt beveger seg gjennom ormhullet, ser det ut til å forlate plass helt og vises bare i hver ende.
Dette magnetiske ormhullet vil ikke teleportere noe til et annet stjernesystem, men det kan tilby en vei til å bygge MRI-maskiner (magnet resonance imaging) som ikke innebærer å sette pasienter i et klaustrofobt rør.
I følge teorien rynker et ormhull stoffet i romtid, slik at to fjerne steder blir koblet sammen, og det å reise gjennom tunnelen tar ikke tid i det hele tatt. Ormehull er ikke absolutt forbudt av fysikk, da de dukker opp i visse løsninger av Einsteins relativitetsligninger, men det er livlig debatt blant fysikere om hvorvidt de er mulige i vårt univers. Samtidig viste tidligere studier at det kan være mulig å bygge et forenklet ormhull i laboratoriet som ville tillate elektromagnetiske bølger å reise gjennom en usynlig tunnel.
For å lage modellormhullet startet fysikkprofessor Alvaro Sanchez og teamet hans med en 3, 2-tommers sfære av kobber, yttrium, oksygen og karbon - en vanlig legering for kommersielle superledere. De omringet den med et lag plast, og dekket det med et annet tynt lag av ferromagnetisk materiale.
"Vi omringet den med en nøye designet 'metasurface' for å avbryte feltet, " sier Sanchez.
Den lagdelte sfæren hadde et hull i seg, og gjennom det satte forskerne et sammenrullet metallrør som også var magnetisert - effektivt, en mager dipolmagnet. Teamet skrudde på et magnetfelt og satte hele apparatet inne, ved å bruke flytende nitrogen for å avkjøle sfæren og opprettholde supreledningsevnen til metalllegeringen.
Vanligvis vil magnetfeltlinjene som omgir en magnetisert superleder bøye seg og bli forvrengt - ikke ulikt forvrengningen av rom-tid forårsaket av intens tyngdekraft. Det skjedde ikke. I stedet passerte det omkringliggende magnetfeltet rett ved sfæren som om ingenting var der.
En illustrasjon av det magnetiske ormhullet og dets tverrsnitt som viser lagene inni. (Jordi Prat-Camps og Universitat Autònoma de Barcelona) Det siste trinnet var å teste ormhullet. Den magnetiserte sylinderen viste to poler til den ble sendt inn i sfæren. Da den beveget seg gjennom enheten, så det ut til at sylinderens felt blinket ut og bare viste seg ved ormhullets munn. Mens sylinderen ikke beveget seg raskere enn lys, beveget den seg uforstyrret og usett mellom to områder av verdensrommet og påkalte bildet av et klassisk ormhull.
Og da sylinderen kom ut fra den andre enden av sfæren, kunne bare polen som stakk ut, sees, noe som skapte illusjonen av en magnetisk monopol - noe som ikke virkelig eksisterer i naturen.
Matti Lassas, en matematiker ved Universitetet i Helsingfors som har studert magnetiske kapper, sier at selv om denne monopol er en illusjon, kan den fortsatt tilby innsikt i måtene teoretiske monopol kan oppføre seg på. "Det er en måte å lure likningene på, " sier han.
Fra et praktisk synspunkt viser demonstrasjonen at du kan skjerme magnetiske felt slik at de ikke forstyrrer hverandre, sier Sanchez. Det er her applikasjonen til MR-maskiner kommer inn.
Menneskekroppen er stort sett vann, som inneholder hydrogenatomer laget av mindre partikler kalt protoner som hver spinner på en akse. Normalt justeres disse spinnene tilfeldig. En MR fungerer ved å generere et sterkt magnetfelt, noe som gjør at protonene stiller seg opp som jernfilinger. Maskinen stråler deretter pulser av radiobølger i området som skal avbildes, og slår protonene ut av linjen. Når de svinger tilbake for å samordne seg med magnetfeltet, avgir protonene radiobølger, og kroppens vev "gløder" i de bølgelengdene.
For å rette et sterkt magnetfelt mot kroppen, involverer aktuelle MR-maskiner å plassere pasienten i en gigantisk magnetisk spole som er avkjølt til kryogene temperaturer. Disse maskinene er i utgangspunktet kistlignende rør, som mange pasienter synes trangt og angstfremkallende. I stedet kan det å strekke sfæren til en trådform gjøre det mulig å rette et sterkt, uavbrutt felt mot hvilken som helst del av kroppen du ønsker uten å omslutte pasienten, sier Sanchez.
I tillegg kan skjermingseffekten tillate ingeniører å bygge en MR som bruker flere sensorer, bruker forskjellige radiofrekvenser og ser på forskjellige kroppsdeler på samme tid - uten forstyrrelser. De forskjellige frekvensene kan brukes til å tydeligere avbilde deler av kroppen som er vanskeligere å se når pasienten ligger utsatt for armene på sidene.
Å kunne skjerme magnetiske felt, spesielt hvis man kan gjøre det i små områder, kan også hjelpe med avbildning mens man gjør kirurgi, sier Lassas. Han bemerker at du vanligvis må fjerne alt metall i nærheten av en MR - det har vært tilfeller av personskader da usikrede metallgjenstander flyr over rommet. Mer enn det forstyrrer metall bildebehandlingen.
"Du har med deg noe lite, og det ødelegger bildet, " sier han. "Så at nå, hvis du har dette magnetiske ormhullet, har du et rør, og du kan passere ting uten å forstyrre bildet. Kanskje man kan få et bilde og gjøre en operasjon samtidig."
Slike bruksområder er imidlertid veier, og noen eksperter på området er fremdeles skeptiske til at enheten vil være nyttig for mer enn teoretisk modellering. "De gir ikke mange detaljer om [enhets] -designet sitt, så jeg er litt nølende med å slutte meg til konklusjonene deres, " sier Sir John Pendry, professor i fysikk ved Imperial College London og meddirektør for Centre for Plasmonics & metamaterials.
"Når det er sagt, er det sant at ved å manipulere permittiviteten og permeabiliteten kan det simuleres noen ekstraordinære topologiske forvrengninger av rommet, i det minste når det gjelder elektromagnetiske felt."
