Most Einsteina-Rosena

    Most Einsteina-Rosena to hipotetyczny tunel łączący dwa różne miejsca w czasoprzestrzeni w taki sposób, że podróż przez niego mogłaby trwać o wiele krócej niż podróż pomiędzy tymi samymi punktami w normalnej przestrzeni.

     Idea tuneli czasoprzestrzennych opiera się na ogólnej teorii względności Alberta Einsteina oraz na rozwiązaniu jego równań przez Karla Schwarzschilda. Obliczył on pole grawitacyjne stacjonarnej gwiazdy o dużej masie oraz stwierdził, że każdy obiekt, który zbliży się do czarnej dziury na odległość mniejszą niż pewien charakterystyczny promień, zostanie wessany do niej.

     Rozwiązanie Schwarzschilda - metryka czasoprzestrzeni dana jest wzorem:

Przyjęto tu c = G = 1 (są to tak zwane jednostki ogólnej teorii względności (OTW)), a

jest standardowym elementem kątowym dwuwymiarowej sfery. Rozwiązanie Schwarzschilda jest rozwiązaniem w próżni bez materii (T_{μ ν}=0).

Ze wzoru tego widać, że szczególne znaczenie ma wielkość :

gdzie G jest stałą grawitacyjną, M jest masą obiektu i c prędkością światła. Nazywa się ją promieniem Schwarzschilda lub promieniem grawitacyjnym i określa ona rozmiar horyzontu zdarzeń.

Rozwiązanie Schwarzschilda mówi, że każdy kto trafiłby do obszaru zakreślonego przez promień grawitacyjny czarnej dziury, znalazłby się ,,po drugiej stronie'' czasoprzestrzeni.

   Astrofizycy doszli do wniosku, że czarna dziura powinna jak w zwierciadle mieć swój symetryczny obraz -"drugą stronę" czasoprzestrzeni połączoną z nią "mostem". Po drugiej stronie czarnej dziury, w innym obszarze czasoprzestrzeni lub w innym odgałęzieniu wszechświata, istniałaby "biała dziura", z której wylatywałaby materia pochłonięta przez dziurę czarną. W modelu sferycznie symetrycznej czarnej dziury most ten jest jednak nie do przebycia.

  Jak więc można sobie wyobrazić scenariusz podróży międzygwiezdnej, jeśli pojazd skazany byłby na zgniecenie? Temat podjęto dopiero po opracowaniu innego, bardziej skomplikowanego modelu czarnej dziury, powstałej z gwiazdy obracającej się wokół własnej osi.

  Roy Kerr podał w 1962 roku dokładne rozwiązanie, opisujące pole grawitacyjne wirującej czarnej dziury. W modelu tym centralna osobliwość, miejsce, w którym krzywizna osiąga nieskończoność, nie jest już punktem, lecz pierścieniem ułożonym w płaszczyźnie równikowej. Pierścień ten nie jest węzłowym punktem w czasoprzestrzeni, do którego obowiązkowo dąży cała materia. Możliwe staje się podróżowanie wewnątrz obracającej się czarnej dziury bez stykania się z pierścieniem; można przelecieć nad nim lub przez jego środek.

  Most Einsteina-Rosena staje się w tej sytuacji czymś w rodzaju tunelu łączącego dwa regiony czasoprzestrzeni, nazwanym "korytarzem kornika" (wormhole). Takie jest właśnie jedno z "rozwiązań" zaproponowanych w 1988 roku przez Thorne'a i Morrisa.

  Okazuje się, że wszelka materia, która dostaje się do takiego korytarza, uzyskuje wskutek oddziaływania z jego polem grawitacyjnym tak wysoką energię, że grawitacja tej materii modyfikuje właściwości czasoprzestrzeni i powoduje zatkanie się korytarza . Thorne i Morris proponują w swoim rozwiązaniu wprowadzenie "egzotycznej" materii, która sprawiałaby, że "korytarz" pozostawałby otwarty.

Jeśli czasoprzestrzeń jest zakrzywiona, mogą istnieć różne drogi łączące dwa punkty, między innymi takie, wzdłuż których odległość między punktami jest o wiele krótsza, niż gdybyśmy zmierzyli ją, podróżując przez zakrzywioną przestrzeń po "linii prostej".

Na widocznym powyżej diagramie przestrzeń naszego Wszechświata jest przedstawiona w postaci dwuwymiarowej. Nie wiemy czy Wszechświat leży płasko, czy jest delikatnie zawinięty jak na diagramie. Jednak owo delikatne zawinięcie jest istotne, pozwala, aby dwa miejsca były w hiperprzestrzeni blisko siebie, aby można je było połączyć tunelem czasoprzestrzennym.

O wędrówkach międzygwiezdnych i podróżach w czasie.

     Od dawna statki kosmiczne przemierzają bezkres Wszechświata na kartach licznych książek fantastycznonaukowych czy filmów sf. W tym miejscu należy postawić pytanie: Czy kiedykolwiek powstanie szansa, aby przyszłe pokolenia Ziemian spenetrowały chociażby naszą Galaktykę, nie wspominając już o najodleglejszych krańcach kosmosu?

   Gdyby statki kosmiczne mogły przemieszczać się jedynie z prędkościami choćby niewiele mniejszymi od prędkości światła, podróż do środka Galaktyki i z powrotem trwałaby dla załogi tylko kilka lat, ale na Ziemi upłynęłoby w tym czasie 80 tysięcy lat. Na szczęście ogólna teoria względności Einsteina stwarza możliwość obejścia tej trudności: można zakrzywić czasoprzestrzeń i stworzyć drogę „na skróty'' między miejscami, które chce się odwiedzić. Mimo pojawiających się wtedy problemów z ujemną energią, takie zakrzywianie czasoprzestrzeni może być dla nas w przyszłości wykonalne. Jedną z konsekwencji szybkich podróży międzygwiezdnych byłaby możliwość podróży wstecz w czasie.

  Gdyby podróże w czasie stałyby się możliwe, załamałaby się zasada przyczynowości. Cała historia, którą znamy, mogłaby przestać istnieć. Aby zrozumieć problemy związane z podróżami w czasie, trzeba najpierw sklasyfikować różne związane z nimi paradoksy.

Jednym z nich jest tzw. paradoks dziadka. Udajemy się w przeszłość, napotykamy naszego dziadka, zabijamy go - i co dalej? Znikamy, bo nigdy się nie urodziliśmy? Więc kto zabił dziadka? Otóż z teorii Einsteina wynika, że skoro linia czasu naszego życia już powstała, będzie ciągnąć się zawsze. Nie ma możliwości jej wytarcia. Co to oznacza dla podróżnika w czasie? To, że jego przeszłość i przyszłość się wypełnią, a to za sprawą pętli czasowych. Jeśli już udaliśmy się do dziadka, by go zabić, może się okazać, że nie jesteśmy w stanie z jakichś przyczyn tego zrobić.

Wydaje się, że istnieją dwa rozwiązania paradoksów związanych z podróżami w czasie:

   Pierwszy mówi, że nawet jeśli czasoprzestrzeń ma taką krzywiznę, że możliwe są podróże w czasie, to wszystkie zdarzenia w czasoprzestrzeni muszą stanowić spójne rozwiązanie równań fizycznych.

   Drugie możliwe rozwiązanie paradoksów podróży w czasie polega na przyjęciu hipotezy alternatywnych historii. Zgodnie z tą ideą, gdy podróżnik w czasie cofa się w głąb przeszłości, wkracza do alternatywnej historii, różnej od zapisanej i nie musi się troszczyć o zachowanie spójności z zapisaną historią.

Równie dziwnym efektem teorii Einsteina, choć już zakorzenionym w świadomości fizyków jest możliwość podróży w przyszłość. Chyba wszystkim znana jest słynna opowieść o dwóch bliźniakach. Jeden zostaje na Ziemi, a drugi wybiera się rakietą w podróż kosmiczną. Załóżmy, że rakieta pędzi przez przestrzeń z szybkością bliską prędkości światła, przez kilka godzin - według zegara w rakiecie (ani przyrządy w rakiecie, ani sam kosmonauta nie zauważą zwolnienia czasu; dla nich czas będzie płynął tak jak zwykle, gdyż wszystkie procesy na pokładzie statku będą zachodziły wolniej), hamuje, zawraca i udaje się w drogę powrotną ku Ziemi. Gdy bliźniak kosmonauta wysiądzie z rakiety po podróży, która dla niego trwała kilka godzin, ujrzy swego brata mocno posuniętego w latach. Można więc powiedzieć, że bliźniak kosmonauta właśnie dokonał podróży w przyszłość. Gdyby podróżował, załóżmy, przez kilka lat według wskazań pokładowego zegara, z tak wielką prędkością, wróciwszy na Ziemię, odkryłby, że tutaj minęło kilkaset lub nawet kilka tysięcy lat (zależałoby to od czasu i szybkości lotu).

Innym pomysłem jest koncepcja istnienia równoległego wszechświata, która mówi, że tunel czasoprzestrzenny niekoniecznie musi łączyć dwa różne miejsca we wszechświecie, ani teraźniejszość z przeszłością. Może łączyć dwa równoległe wszechświaty.

Bibliografia:

"Wiedza i życie"

"Hiperprzestrzeń" Michio Kaku

"Krótka historia czasu" Stephen Hawking