Maskhål är en grundpelare i science fiction, vilket ger våra hjältar ett snabbt och enkelt sätt att omedelbart resa runt universum. Trots att science fiction gjorde dem populära, hade maskhål sitt ursprung i vetenskapen - att teoretiskt möjligt snedvrida rymdtiden. Men enligt Dr. Stephen Hsu från University of Oregon är det antagligen omöjligt att bygga ett maskhål.
Lyssna på intervjun: Unannsynliga maskhål (4,5 mb)
Eller prenumerera på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Nu har jag sett min del av Star Trek-avsnitt. Hur väl har detta förberett mig för den faktiska vetenskapliga förståelsen av ett maskhål?
Dr. Stephen Hsu: I Star Trek använder de inte riktigt maskhål, men kanske den bästa behandlingen inom sci-fi för maskhål var i filmen Contact, som är baserad på en bok av Carl Sagan. Och faktiskt historiskt, när Sagan skrev romanen - Sagan var en astronomiprofessor - kontaktade han en expert på generell relativitet, en kille vid namn Kip Thorne, på Caltech, och ville se till att hur ormhål behandlades i kontakt var faktiskt som nära att vara vetenskapligt korrekt som möjligt. Och det faktiskt stimulerade Thorne att göra en hel del forskning om maskhål. Vårt arbete är faktiskt en förlängning av saker som han gjorde.
Fraser: Så om du ville bygga ett maskhål, teoretiskt, vad skulle du göra?
Hsu: Du måste ha en mycket konstig eller exotisk typ av materia och den saken måste ha mycket negativt tryck. Det visar sig att för att stabilisera halsen eller röret i maskhålen behöver du mycket konstigt material och vårt arbete har att göra med hur möjligt den typen av materia skulle vara i modeller av partikelfysik.
Fraser: Låt oss säga att du bygger en tår i rymden och du fyller den med exotiska ämnen för att hålla den öppen, och sedan kan du flytta de två slutpunkterna på maskhålen runt universum och de skulle ansluta både i rymden och i tiden.
Hsu: Men i vissa science fiction-berättelser säger de att det bara finns några maskhål kvar från Big Bang, och vi skulle bara upptäcka en och börja använda den. Men den konstruktiva modellen är att människor, eller någon främmande civilisation, faktiskt bygger sina egna, och i så fall är de två ändarna av maskhålen troligen ganska nära varandra i början, men sedan drar du dem isär.
Fraser: Var har din forskning lett till att du tittar på maskhål?
Hsu: Vi studerade grundläggande begränsningar för något som kallas ”ekvationen av materiens tillstånd” - vilka egenskaper, som tryck eller energitäthet kan ha materia. Vi hittade några mycket starka begränsningar, och det visar sig att dessa begränsningar är mycket negativa för möjligheten att bygga ett maskhål.
Fraser: Vilken effekt kommer de att ha på maskhålen?
Hsu: För att få det mycket konstiga exotiska ämnet som jag nämnde tidigare med mycket negativt tryck, visar det sig att ekvationerna visar att när du tvingar trycket att vara så negativt, finns det alltid ett instabilt läge i saken, vilket betyder att om du var För att stöta på din apparatur kanske du hittar det exotiska ämnet - som stabiliserar maskhålen - bara kollapsar i ett gäng foton eller något.
Fraser: Är det fråga om att inte stöta på din apparat, eller är det teoretiskt omöjligt att nå en stabil punkt?
Hsu: Jag skulle säga att det är teoretiskt omöjligt att bygga klassiskt material som är stabilt och kan stabilisera ett maskhål. Du kanske frågar, ja, kanske kommer jag bara att undvika att stöta på saken, men om du skulle skicka en person genom maskhålen, skulle det i sig självt ge en ojämnhet och mycket troligtvis få hela saken att falla isär.
Fraser: Låt oss säga att du inte ville skicka folk, du ville bara ha något sätt att skicka information - prata tillbaka i tiden.
Hsu: Det är inte uteslutet. Det visar sig att de begränsningar vi har har att göra med materie där kvanteffekter är relativt små. Om du har fråga i vilka kvanteffekter är mycket stora, kan du fortfarande ha ett stabilt maskhål. Själva maskhålen skulle vara fuzzy på ett kvant sätt. Ormhålets rör rör sig som ett kvanttillstånd. Nu hindrar det inte dig att skicka ett meddelande tillbaka i tiden; Du kanske måste försöka skicka meddelandet många gånger för att få det att gå dit du vill att det ska gå. Men du kanske fortfarande kan skicka ett meddelande. Att skicka en person kan vara farligt om maskhålen fluktuerar eftersom personen kan hamna på fel plats eller fel tid.
Fraser: Jag hade hört uppskattningar att att bygga ett maskhål skulle kräva mer energi än hela universum. Har du någon slags beräkningar för detta?
Hsu: Våra beräkningar visar inte nödvändigtvis det. Det krävs en enorm mängd energitäthet för att skapa ett maskhål som är tillräckligt stort för att en människa ska passa igenom. Men vanligtvis med tanke på den här typen av problem antar du att oavsett vilken civilisation som försöker göra detta har godtyckligt avancerad teknik. Det vi försöker förstå är om det inte finns någon begränsning som kommer från teknik utan verkligen kommer från fysiska grundläggande lagar.
Fraser: Och vart kommer din forskning att leda dig från denna punkt? Finns det något du fortfarande är lite osäker på?
Hsu: Vårt resultat har främst att ta itu med de klassiska maskhålen, eller maskhål vars rymdtid inte är mycket kvantmekanisk, och vi är fortfarande intresserade av att se om vi kan utöka våra resultat till att täcka maskhål där rymden är dum.
Fraser: Det finns något nytt arbete med mörk energi där de säger att den mörka energieffekten verkar hända i universum, att den accelererar. Antingen finns det en ny form av energi som inte har sett förut, eller kanske är det en uppdelning av Einsteins teorier på en stor nivå. Om en del av detta arbete börjar visa att kanske Einsteins relativitet inte kan förklara det på större nivå, kommer det att ha en konsekvens för den klassiska förståelsen av vad ett maskhål är?
Hsu: I samband med mörk energi, eftersom det är något som påverkar universums storskaliga struktur, universums uppförande på längdskalor av megaparsek, är det alltid möjligt att General Relativity som en teori ändras på mycket stora avstånd och eftersom vi har inte kunnat testa det på dessa avstånd. Så det är alltid möjligt att slutsatser du får från Relativitet bara inte är tillämpliga. I vårt fall är den längdskala som vi använder General Relativity på storleken på en människa. Så det skulle vara något överraskande om General Relativity skulle brytas ner redan på de längdskalorna, även om det är möjligt.
Fraser: Så det är mer på den lilla sidan vad du tittar på. Det förklarar fortfarande saker ganska snyggt i denna skala.
Hsu: Höger, det finns starkare experimentella tester av allmän relativitet, eller åtminstone Newtonsk tyngdkraft, på längdskala på meter än på megaparsek. Så vi är lite mer säkra på att den matematiska tyngdformuleringen som vi använder är korrekt.
Fraser: Om jag ville komma över universum ganska snabbt, skulle jag kanske se till varp-enheten istället, eller kanske bara helt gammalt som rör sig i vanligt utrymme.
Hsu: Jag är ett stort science fiction-fan och har varit det sedan jag var liten, men som forskare måste jag säga att det ser ut som vårt universum verkar inte byggas på ett väldigt bekvämt sätt för människor att få från stjärna till stjärna. Och sci-fi som vi hamnar nära vår sol, men vi gör fantastiska saker med bioingenjör eller informationsteknik eller A.I. verkar vara mer benägna att kunna realiseras med våra fysiska lagar än Star Trek.
