I romoperaen Interstellar har astronauter som søker å redde menneskeheten funnet en livline: et ormehull som på mystisk vis har dukket opp ved siden av Saturn. Tunnelen gjennom romtiden fører til en fjern galakse og sjansen for å finne beboelige planeter som mennesker kan kolonisere. Filmens ormhull er basert på ekte fysikk fra pensjonert CalTech-professor Kip Thorne, en astrofysikkpioner som også hjalp Carl Sagan med å designe ormhullet sitt for romanen Kontakt . Visualiseringene er fantastiske og hylles som noen av de mest nøyaktige simuleringene av ormehull og sorte hull i filmen. Men det er ett aspekt ved å kaste seg ut i et interstellært uttrykk som filmen ikke tar opp: Hvordan overlever du turen?
Relatert innhold
- Stephen Hawking tror vi kan løse et stort svart hulmysterium med hår
- Fysikere bygde et ormhull for magneter
- Hvorfor "Interstellar" tilhører pantheonet til de beste "realistiske" science fiction-filmene
- Det nærmeste i det virkelige liv til Mysts ormhullsbok
Selv om de ikke kalte det slik, var det opprinnelige ormehullet hjernen til Albert Einstein og hans assistent Nathan Rosen. De prøvde å løse Einsteins ligninger for generell relativitet på en måte som til slutt ville føre til en rent matematisk modell av hele universet, inkludert tyngdekraften og partiklene som utgjør saken. Deres forsøk innebar å beskrive rom som to geometriske ark koblet sammen med "broer", som vi oppfatter som partikler.
En annen fysiker, Ludwig Flamm, hadde uavhengig oppdaget slike broer i 1916 i sin løsning på Einsteins ligninger. Dessverre for alle av dem, fungerte ikke denne "teorien om alt", fordi de teoretiske broene ikke til slutt oppførte seg som virkelige partikler. Men Einstein og Rosen's papir fra 1935 populariserte konseptet med en tunnel gjennom stoffet i romtid og fikk andre fysikere til å tenke alvorlig på implikasjonene.
Princeton-fysiker John Wheeler myntet begrepet "ormhull" på 1960-tallet da han utforsket modellene til Einstein-Rosen-broer. Han bemerket at broene tilsvarer hullene som ormer bar gjennom epler. En maur som kryper fra den ene siden av eplet til den andre, kan enten plodde hele veien rundt den buede overflaten, eller ta en snarvei gjennom ormens tunnel. Tenk deg at vår tredimensjonale romtid er huden til et eple som krummer seg rundt en høyere dimensjon kalt "hoveddelen". En Einstein-Rosen-bro er en tunnel gjennom hovedvekten som lar reisende ta en rask bane mellom to punkter i verdensrommet. Det høres rart ut, men det er en legitim matematisk løsning på generell relativitet.
Wheeler innså at munnene til Einstein-Rosen-broer lett samsvarer med beskrivelser av det som er kjent som et Schwarzschild-svart hull, en enkel sfære av materie så tett at ikke engang lys kan slippe unna gravitasjonstrekket. Ah-ha! Astronomer tror at sorte hull eksisterer og dannes når kjernene til ekstremt massive stjerner faller sammen på seg selv. Så kunne sorte hull også være ormegat og dermed innganger til interstellare reiser? Matematisk sett kanskje - men ingen ville overleve turen.
I Schwarzschild-modellen er det mørke hjertet i et svart hull en singularitet, en nøytral, bevegelig sfære med uendelig tetthet. Wheeler beregnet hva som ville skje hvis et ormehull blir født når to singulariteter i fjerntliggende deler av universet smelter sammen i bulk, og skaper en tunnel mellom Schwarzschild sorte hull. Han fant ut at et slikt ormhull i seg selv er ustabilt: tunnelen dannes, men så trekker den seg sammen og klemmer seg av, slik at du igjen bare har to singulariteter. Denne prosessen med vekst og sammentrekning skjer så fort at ikke engang lys kommer gjennom tunnelen, og en astronaut som prøver å passere gjennom vil møte en enestående. Det er plutselig død, da de enorme gravitasjonskreftene ville rive den reisende fra hverandre.
"Alt eller noen som prøver turen vil bli ødelagt i klemme!" Thorne skriver i sin ledsagerbok til filmen, The Science of Interstellar .
The Interstellar Science
Amazon.com: The Science of Interstellar (9780393351378): Kip Thorne, Christopher Nolan: Books
KjøpeDet er et alternativ: et roterende Kerr-svart hull, som er en annen mulighet i generell relativitet. Singulariteten i et Kerr svart hull er en ring i motsetning til en sfære, og noen modeller antyder at en person kunne overleve turen hvis de passerer pent gjennom midten av denne ringen som en basketball gjennom en bøyle. Thorne har imidlertid en rekke innvendinger mot denne oppfatningen. I en artikkel fra 1987 om reiser via ormhull, bemerker han at halsen til et Kerr-ormhull inneholder et område som kalles en Cauchy-horisont som er veldig ustabil. Regnestykket sier at så snart alt, selv lys, prøver å passere denne horisonten, kollapser tunnelen. Selv om ormhullet på en eller annen måte kunne stabiliseres, forteller kvanteteorien at innsiden skal oversvømmes med partikler med høy energi. Sett foten i et Kerr-ormhull, så blir du stekt til en skarp.
Trikset er at fysikken ennå ikke har gifta seg med de klassiske tyngdelighetsreglene med kvanteverdenen, en unnvikende matematikk som mange forskere prøver å slå fast. I en vri på bildet foreslo Juan Maldacena ved Princeton og Leonard Susskind i Stanford at ormehull kan være som de fysiske manifestasjonene av sammenfiltring, når kvanteobjekter henger sammen uansett hvor langt fra hverandre de er.
Einstein beskrev berømt forviklinger som "nifs handling på avstand" og motsto forestillingen. Men mange eksperimenter forteller oss at sammenfiltring er reell - den brukes allerede kommersielt for å beskytte elektronisk kommunikasjon, for eksempel banktransaksjoner. I følge Maldacena og Susskind endrer store mengder på sammenfiltring geometrien i romtiden og kan gi opphav til ormehull i form av sammenfiltrede sorte hull. Men deres versjon er ingen interstellar inngangsport.
"Dette er ormehull som ikke lar deg reise raskere enn lys, " sier Maldacena. "Imidlertid kan de tillate deg å møte noen inne, med det lille forbeholdet som de begge begge to ville dø ved en gravitasjonell singularitet."
OK, så sorte hull er et problem. Hva kan da et ormehull være? Avi Loeb ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics sier at alternativene våre er åpne: "Siden vi ennå ikke har en teori som pålitelig forener generell relativitet med kvantemekanikk, vet vi ikke om hele dyrehagen med mulige romtidskonstruksjoner som kan romme ormehull ".
En still fra Interstellar- traileren viser det blomsterlignende utholdenhetsromskipet som nærmer seg ormhullet. (Paramount Pictures og Warner Brothers Entertainment, i tilknytning til Legendary Pictures) Det er fremdeles et problem. Thorne fant i sitt arbeid fra 1987 at enhver type ormhull som er i samsvar med generell relativitet, vil kollapse med mindre det blir åpnet av det han kaller "eksotisk materie" med negativ energi. Han argumenterer for at vi har bevis på eksotiske stoffer takket være eksperimenter som viser hvordan kvantumsvingninger i et vakuum ser ut til å skape negativt trykk mellom to speil som er plassert veldig nær hverandre. Og Loeb mener våre observasjoner av mørk energi er ytterligere hint om at eksotiske stoffer kan eksistere.
"Vi observerer at galaksene i løpet av den siste kosmiske historien har løpt fra oss med en hastighet som øker med tiden, som om de ble utøvd av frastøtende tyngdekraft, " sier Loeb. "Denne akselererte utvidelsen av universet kan forklares hvis universet er fylt med et stoff som har et undertrykk ... akkurat som materialet som trengs for å lage et ormhull." Begge fysikere er enige om at du trenger for mye eksotisk stoff for at et ormhull noen gang kan dannes naturlig, og bare en svært avansert sivilisasjon kunne noensinne håpe å samle nok av tingene for å stabilisere et ormhull.
Men andre fysikere er ikke overbevist. "Jeg tror at et stabilt, gjennomkjørbart ormhull ville være veldig forvirrende og virker i strid med fysikkens lover som vi kjenner, " sier Maldacena. Sabine Hossenfelder ved Nordisk institutt for teoretisk fysikk i Sverige er enda mer skeptisk: "Vi har absolutt null indikasjoner på at dette eksisterer. Det antas faktisk at det ikke kan eksistere, for hvis det gjorde vakuumet ville være ustabilt." Selv om eksotiske stoffer var tilgjengelige, er det kanskje ikke pent å reise gjennom det. De eksakte effektene vil avhenge av krumningen av romtiden rundt ormhullet og tettheten av energien inni, sier hun. "Det er ganske mye som med sorte hull: for mye tidevannskrefter og du blir dratt fra hverandre."
Til tross for sine bånd til filmen, er Thorne også pessimistisk på at et gjennomkjørt ormhull til og med er mulig, langt mindre overlevelig. "Hvis de kan eksistere, tviler jeg veldig på at de kan danne seg naturlig i det astrofysiske universet, " skriver han i boken. Men Thorne setter pris på at Christopher og Jonah Nolan, som skrev Interstellar, var så opptatt av å fortelle en historie som er forankret i vitenskapen.
"Historien er nå egentlig alle Chris og Jonahs, " fortalte Thorne Wired i et eksklusivt intervju. "Men ånden i det, målet om å ha en film der vitenskapen er innebygd i stoffet fra begynnelsen - og det er stor vitenskap - som ble bevart."
