Tunel czasoprzestrzenny

Tunel czasoprzestrzenny(ang.wormhole), początkowo też nazywanymostem Einsteina-Rosena–hipotetycznawłaściwośćtopologicznaczasoprzestrzenibędąca rodzajem „skrótu” pomiędzy co najmniej dwoma obszarami Wszechświata lub rodzajem mostu łączącego wszechświaty. Tunele czasoprzestrzenne są przedmiotem poszukiwań i sporów współczesnych fizyków. Nie zanotowano dotąd żadnych obserwacji wskazujących na ich istnienie, choćogólna teoria względnościAlberta Einsteinadopuszcza istnienie tuneli w niektórych modelach czasoprzestrzeni.

Tunele czasoprzestrzenne umożliwiałyby podróż do odległych regionów Wszechświata we względnie krótkim czasie, szybciej niż dotarłoby tam światło, jednak – co jest ich wyróżniającą zaletą – bez konieczności przekroczenia prędkości światła w próżni dla podróżującego (patrz dalej: przemierzalne tunele czasoprzestrzenne).

Ponieważ tunele łączą ze sobą regiony czasoprzestrzeni, umożliwiałyby one nie tylko podróż do odległych regionów, lecz równieżpodróżowanie w czasie.

Obecne wyliczenia wskazują na to, iż nawet gdyby tunele czasoprzestrzenne istniały, to byłyby one zbyt niestabilne, by cokolwiek (włącznie z energią) można przez nie przesłać. Systematycznie pojawiają się tu jednak nowe hipotezy negujące starsze.

Źródła koncepcji

Według Colemana i Kortepomysł tunelu czasoprzestrzennego został wprowadzony w 1921 roku przezHermanna Weylapodczas jego badań nad masą w polu elektromagnetycznym.

Jedna z pierwszych prac wskazująca na możliwość istnienia tuneli pod kątemteorii względnościto opublikowany w 1935 rokumost Einsteina-Rosena.Albert EinsteiniNathan Rosenwspólnie odkryli, że połączenie modeluczarnej dziuryz modelem tzw.białej dziury,prowadzi do powstania rodzaju tunelu w czasoprzestrzeni. Jako że był to jedyny znany tunel, jego nazwa przez długi czas określała wszystkie tunele. Wiele wkładu nad badaniami tuneli włożyli amerykańscy fizycyJohn Archibald WheeleriRobert Fullerwlatach 60.,którzy udowodnili m.in., że mosty Einsteina-Rosena są niestabilne i zapadłyby się same w sobie, zanim cokolwiek mogłoby je przemierzyć. Angielska nazwa tuneliWormhole(dziurka robaka) została wprowadzona w 1957 roku przez Johna Wheelera, jako analogia do robaczka na powierzchni jabłka, który drąży dziurkę, by przedostać się na drugą stronę. Bardziej praktyczny terminspacetime shortcut(skrót czasoprzestrzenny) został zaproponowany przezSergieja Krasnikovadla tuneli umożliwiających przesyłanie materii i energii.

Definicja

Tunel czasoprzestrzenny łączący regiony tego samego wszechświata to mały obszar czasoprzestrzeni, który łączy odległe fragmenty czasoprzestrzeni. Na grafice przedstawiono to schematycznie.

Graficzna definicja tunelu (po prawej) i porównanie do zwyczajnej czasoprzestrzeni (lewa strona), która ulega zakrzywieniu, np. wokół gwiazd i planet, ale pozostaje ciągła

Klasyfikacja

Ze względu na połączenie wyróżnia się tunele czasoprzestrzenne:

• wewnętrzne(ang.intra-wormholes) – łączące miejsca lub czasy i miejsca tego samego wszechświata
• zewnętrzne(ang.inter-wormholes) – łączące ze sobą miejsca i czasy różnych wszechświatów. Spekuluje się, że dzięki takim tunelom można by przedostać się do wszechświatów równoległych (zobacz:wieloświaty).

Ze względu na model obliczeniowy:

• tunele lorenzowskie(ang.lorenzian) – analizowane głównie pod kątemteorii względnoscioraz klasycznej grawitacji
• tunele euklidesowe(ang.euclidian) – analizowane przeważnie pod kątem fizyki cząsteczek (zobacz też:mikroskopijny tunel czasoprzestrzenny)

Ze względu na właściwości:

• tunele przenikalne(ang.traversable) – umożliwiające przesłanie przez nie materii lub co najmniej energii, dziś znane modele są na ogół odmianą tuneli lorenzowskich
• tunele nieprzenikalne(ang.non-traversable) – nie jest możliwe przesłanie materii, energii lub informacji. Przykładem takiego tunelu jestmost Einsteina-Rosena.

W fikcji

Przykład teoretycznego tunelu czasoprzestrzennego, jaki mógłby zobaczyć obserwator po przejściu przez horyzontczarnej dziury.Oprócz obszaru w pobliżu cienia czarnej dziury, grawitacyjne efektyprzesunięcia ku czerwienisprawiają, że niebo w tle jest bardzo ciemne. Część obszarów nie będzie dostępna dla obserwatora ze względu na nieuniknione i stosunkowo krótkie dążenie doosobliwości.

Tunele czasoprzestrzenne, dzięki swojej własności skracania podróży międzygwiezdnych, są popularnym motywem fantastyki naukowej. Przykładami ich wykorzystania są między innymibajorańskitunel podprzestrzenny w serialuStar Trek: Stacja kosmiczna,tunel prowadzący do gwiazdyWegaw filmieKontakt,na podstawie powieściCarla Saganao tym samym tytule,wir czasu w serialuDoktor Whoczy portal łączący między sobąGwiezdne wrotaw tak samo zatytułowanej serii. W 2014 rokuChristopher Nolanwykorzystał ideę tunelu czasoprzestrzennego w filmieInterstellar.Koncepcje tuneli wykorzystują również gryPortaliPortal 2.Tunel czasoprzestrzenny służący do podróży w czasie w 33-letnich cyklach został użyty w serialuNetfilixaDark.

Zobacz też

• tunel Morrisa-Thorne’a

Linki zewnętrzne

• Sabine Hossenfelder,Can we tell if there's a wormhole in the Milky Way?,YouTube,19 listopada 2019 [dostęp 2021-03-14] (Czy wiadomo, czy w Drodze Mlecznej jest tunel czasoprzestrzenny?).