Ussiauk (Einsteini-Roseni sild): teoreetiline läbipääs aja ja ruumi vahel
Ussiauk (Einsteini–Roseni sild): ülevaade teoreetilisest läbikäigust aja ja ruumi vahel, vajalikust eksootilisest ainest, ajarändest ja teaduslikest võimalustest ning piirangutest.
Ussiauk on teoreetiline läbipääs läbi ruumi, mis loob otsetee läbi aja ja ruumi. Ei ole teada, kas need on olemas või mitte.
Ussiaugud on üldrelatiivsusteooria lahendustes võimalused, mis seovad erinevaid kohti ruumi‑aja kontinuumis. Mõistet kasutas esmakordselt teoreetiline füüsik John Wheeler; mõnikord nimetatakse mõistet ka Einsteini‑Roseni sillaks. Traditsiooniline Einsteini–Roseni lahendus, mis tekib näiteks silla kaudu kaksikmustast aukudest, osutub reeglina mitte‑läbitavaks: sild sulgub enne, kui mööda seda saab läbida.
Mis oleks vaja läbitavaks hoida
Kui ussiauk oleks läbitav, nõuaks selle stabiilsena hoidmine tavapärastes tingimustes midagi sellist, mida tuntakse eksootilise aine või negatiivse energia‑tihedusega materjalina. See tähendab aine‑olekut, mis rikub teatud energia‑tingimusi (näiteks nullenergia tingimust), mida tavaline aine ei täida. Ilmsed kandidaadid negatiivse energia tekitamiseks on kvantiefektid (näiteks Casimiri efekt), kuid nende suurusjärk on tänase teaduse hinnangul kaugel sellest, mis oleks vajalik makroskoopilise ussiaugu stabiliseerimiseks.
Ajareis ja sünkroniseerimine
Ussiauke on sageli seostatud ajarändega, sest kui kaks ussiaugu otsa satuvad erinevatesse tingimustesse, võib nendevaheline ajaline nihkuda võimaldada tagasiminekut minevikku. Kaks levinud idee meetodit on:
- üks ussiaugu ots kiirendatakse kõrge kiiruseni ja seejärel tuuakse tagasi – liikumisest põhjustatud ajadilatatsioon tähendab, et ühe otsa proper aeg kulub teistmoodi;
- üks ots viiakse tugevama gravitatsioonivälja (näiteks massiivse tähe või musta augu lähedusse) ja seejärel tagasi – gravitatsiooniline aegnähtus mõjub samamoodi.
Tulemuseks võib olla, et ussiaugu kaks otsa on üksteise suhtes ajaliselt nihkes. See tähendab, et läbi ussiaugu reisides võidakse jõuda väliskoordinatite järgi teise ajahetke. Sellised olukorrad võivad teoreetiliselt tekitada suletud ajakõveraid (closed timelike curves), mis viivad tuntud paradokside (nt vanaisa‑paradoks) ja fundamentaalsete loogiliste probleemideni. Stephen Hawking on selle konteksti kirjeldanud hüpoteesina nimega chronology protection conjecture, mis pakub, et looduse reeglid takistavad enamikku ajareisi stsenaariume.
Olulised teoreetilised punktid
- Ei ole olemas kindlaid vaatlusandmeid, mis kinnitaksid ussiaukude olemasolu.
- Einsteini‑Roseni sillad, mis tekivad lahendina näiteks Schwarzschildi musta augu ruumi‑ajas, ei ole üldjuhul läbitavad.
- Morris–Thorne tüüpi läbitavad ussiaugud on matemaatiliselt konstrueeritavad, kuid nõuavad energiateiseseisvaid tingimusi ja eksootilist ainet.
- Kvantarvud ja väikemahulised kvantiefektid (nt Casimiri efekt) näitavad, et negatiivne energia võib kohati esineda, kuid pole selge, kas ja kuidas seda saaks makroskoopiliselt ja kontrollitult kasutada ussiaukude stabiliseerimiseks.
Vaatlus ja tähendus
Vaatluslikult püütakse otsida võimalikke tunnuseid, mis viitaksid ussiaukude olemasolule, näiteks ebatavalised gravitatsioonilained, valguse painutamise efektid või spetsiifilised läbitungimismustrid radiolainetes ja pulsarite signaalides. Siiski pole praegu ühtegi veenvat tõendit.
Kultuuriline ja ulme‑kasutus
Ulmes on ussiaugud populaarsed, sest need võimaldavad kiiret tähtedevahelist, galaktikatevahelist ja vahel ka universumitevahelist reisimist inimese eluea jooksul. Kirjanduses ja filmides kasutatakse neid sageli lühikesteks reisideks kaugetesse piirkondadesse, kiireks kaubavahetuseks ja loomulikult ajarändeks. Kuigi sellised kujutlused on põnevad ja heaks jutustustehnikaks, on need teaduslikust vaatenurgast spekulatiivsed ja sõltuvad mitmest seni lahendamata füüsikaprobleemist.
Kokkuvõtlikult: ussiaugud on tugevasti teoreetilised objektid, mis annavad huvitavaid võimalusi ning tõstatavad fundamentaalseid küsimusi kaasaegse füüsika piiride kohta. Nende praktiline olemasolu või ehitamine jääb tänase teadmise järgi väga kauge tuleviku või sootuks võimatuks valdkonnaks.
Algtekstis mainitud ruumiga seotud terminid ja isikud: ruumi ja aja, ajadilatatsioon, et, sünkroniseeritud.
Schwarzschildi ussiaugu skeem
Küsimused ja vastused
K: Mis on ussiauk?
V: Maduauk on teoreetiline läbipääs läbi ruumi, mis loob otsetee läbi aja ja ruumi. Ei ole teada, kas need on olemas või mitte.
K: Kuidas võiks ussiauk tekkida?
V: Teadlased usuvad, et kui ussiaugud on olemas, siis ei saaks neid luua ühegi traditsioonilise teadusliku meetodi abil. Selleks, et hoida ussiauku avatuna, oleks vaja mingisugust teoreetilist eksootilist ainet. Vastasel juhul kaoks ussiauk pärast selle loomist lihtsalt väga kiiresti ära.
K: Kuidas ilmub see 2-mõõtmelisel tasapinnal?
V: Kui seda joonistada 2-mõõtmelisel tasapinnal, painutab ussiauk seda tasapinda nagu paberi voltimine, nii et kaks otsa puudutaksid üksteist (nagu pildil näha).
K: Kes kasutas esimesena mõistet "ussiauk"?
V: Terminit "ussiauk" kasutas esimesena teoreetiline füüsik John Wheeler. Seda tuntakse ka kui Einstein-Roseni silda.
K: Mis on teadlastel tõendid nende olemasolu kohta?
V: Teadlastel puuduvad vaatlustõendid ussiaukude olemasolu kohta.
K: Miks on neid sageli kujutatud ulmejuttudes?
V: Madiaugud esinevad sageli ulmejuttudes, sest need võimaldavad kiiret tähtedevahelist, galaktikatevahelist ja mõnikord isegi universumitevahelist reisimist, mis võib võimaldada ajas reisimist inimese eluea jooksul.
K: Kuidas võiks neid kasutada ajarännakuks?
V: Kavandatav ajareisimasin, mis kasutab läbitavat ussiauku, toimiks hüpoteetiliselt nii, et ussiaugu üks sissepääs viiakse teise sissepääsu juures asuva objektiga võrreldes suurema gravitatsiooniga gravitatsioonivälja sisse ja seejärel viiakse see tagasi teise sissepääsu lähedusse; see põhjustab aja laienemist, mis muudab tunneli ühe otsa nooremaks kui teise, nagu seda näeb väline vaatleja, kuid mõlema otsa sünkroniseeritud kellad jäävad tunneli läbimisel sünkroniseeritud, olenemata sellest, kui palju mõlema otsa vahel toimub liikumine.
Otsige