Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 12 – vyšlo 1. dubna, ročník 15 (2017) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

12/2017

Červí díry skutečně fungují jako stroje času

Petr Kulhánek

Dávný sen člověka o cestování rychlejším než světlo se konečně stal skutečností. Řešení, které nalezli odborníci z NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. ve spolupráci s vědeckým týmem Barcelonské univerzity ve Španělsku, je překvapivé. Už dlouhá léta se spekulovalo, že by tzv. červí díry, jejichž existenci předpověděli v roce 1935 německý fyzik Albert Einstein (1879–1955) a americko-izraelský fyzik Nathan Rosen (1909–1995), mohly být jakýmisi tunelovými zkratkami mezi různými částmi vesmíru nebo dokonce mezi různými vesmíry. Nebylo ale jasné, jak takový časoprostorový tunel zkonstruovat a navíc se zdálo, že jde za všech okolností pouze o nestabilní řešení Einsteinových rovnic obecné relativity, které se okamžitě zaškrtí. A budovat tunel, který zanikne dříve, než jím proletí jediný foton, je poněkud nepraktické. Zcela nový pohled na problém přinesli barcelonští fyzici, kteří pomocí složitých numerických simulacíPočítačová simulace – napodobení skutečnosti pomocí numerického výpočtu, nezbytná součást modelování fyzikálních procesů. Dokáže na základě sofistikovaných algoritmů předpovědět jak kvantitativní, tak kvalitativní výsledky pokusů při různých počátečních podmínkách. Umožňuje omezit výběr jevů, které celý pokus ovlivňují nejvíce, a tím vysvětlit příčiny a podstatu procesů. zjistili, že by červí díru mohlo stabilizovat magnetické pole, na něž všichni jejich předchůdci pozapomněli. Znova se tak potvrdilo, že spolupráce odborníků z na první pohled odlehlých oborů může být nesmírně užitečná. Po několika desítkách měsíců trvajících testů se nalezené řešení podařilo americkým odborníkům z NASA dokonce zkonstruovat, a byl tak prolomen další z fyzikálních mýtů.

Červí díry se silným magnetickým polem – tunely budoucnosti.
Zdroj: NASA/Barcelonská univerzita.

Obecná relativita – teorie gravitace publikovaná Albertem Einsteinem v roce 1915. Její základní myšlenkou je tvrzení, že každé těleso svou přítomností zakřivuje prostor a čas ve svém okolí. Ostatní tělesa se v tomto pokřiveném světě pohybují po nejrovnějších možných drahách, tzv. geodetikách. Černá díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. Elektromagnetická interakce – interakce působící na všechny částice s elektrickým nábojem. Má nekonečný dosah, mezi tělesy ubývá s druhou mocninou vzdálenosti. Polními částicemi jsou fotony, které vytvářejí mezi nabitými tělesy elektromagnetické pole. Nemají elektrický náboj, mají nulovou klidovou hmotnost a spin rovný jedné. Teorie elektromagnetické interakce se nazývá kvantová elektrodynamika (QED). NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších.

Trocha historie

V roce 1935 německý fyzik Albert Einstein (1879–1955) a americko-izraelský fyzik Nathan Rosen (1909–1995) objevili řešení rovnic obecné teorie relativity spojující dvě oblasti časoprostoru. Takovému řešení se v odborných kruzích proto říká Einsteinův-Rosenův most, ve scifi literatuře se většinou hovoří o tzv. červí díře. Zdálo se, že by v principu nemělo nic bránit tomu, aby se těleso, které spadlo do černé díry, vynořilo v jiné oblasti časoprostoru, kterou nazýváme bílá díra. Tato časoprostorová zkratka by umožnila velmi rychlé cestování mezi dvěma vzdálenými oblastmi vesmíru bez nutnosti překročit rychlost světla.

Uvedené řešení je ale jen řešením ve fixním čase. Jeho dynamickou analýzu provedli američtí fyzici Robert Fuller (*1936) a John Archibald Wheeler (1911–2008) v roce 1962. Ukázalo se, že jde o řešení nestabilní, které se zaškrtí rychleji, než jím prolétne nejrychlejší částice, tj. foton. Červí díry se staly natolik populárními, že bylo jen velmi obtížné se jich vzdát. Spekulovalo se o tom, že by kvantové procesy mohly umožnit protunelování částice z jedné oblasti do druhé. Ovšem možnost doslovného prosáknutí jedné jediné elementární částice není to, co by umožnilo cestování větších předmětů, neřkuli kosmických lodí s posádkami. Z hlediska obecné relativity je ovšem červí díra postavená na Schwarzschildově metrice zcela neprůchozí. Byla činěna řada pokusů s jinými metrikami, které sice vedou na průchozí červí díry, ale za nefyzikálních podmínek. Na desítky let tak jitřily červí díry pouze fantazii spisovatelů scifi povídek a románů. Ve fyzikální komunitě byly červí díry odloženy na smetiště nesplnitelných přání.

Einsteinův-Rosenův most. Řešení z roku 1935, které odstartovalo hledání
časoprostorových zkratek. Zdroj: Nature/MIT.

První konstrukce

V roce 2014 napadla tým vědců z Barcelonské univerzity ve Španělsku, který vede Dr. Jordi Prat Camps, fantastická myšlenka. Ve fyzice plazmatu jsou známé tzv. magnetické trubice, kterými jsou například na Slunci spojeny dvě sluneční skvrny opačné polarity. Co kdyby tyto magnetické trubice tvořily vnitřek červí díry, jakousi výztuž, která by zabránila jejímu zborcení? Matematickou teorii nového řešení rozpracoval profesor Allan Greenleaf z Rochesterské univerzity v New Yorku. Zdálo se, že by původní myšlenka mohla být životaschopná. Rozsáhlé numerické simulace posléze potvrdily, že by magnetické pole mělo skutečně zabránit nestabilitě červí díry a co víc, že by magnetická trubice mohla za určitých podmínek posloužit jako jakési krystalizační jádro, na němž automaticky červí díra vznikne a časoprostor se zprohýbá ve shodě s tvarem magnetické trubice. V roce 2016 se společnému týmu z Barcelony a New Yorku podařilo vytvořit první červí díru na laboratorním stole. Nevedla sice do jiného vesmíru, ale pouze z jednoho místa stolu do druhého, přesto to byl obrovský úspěch. Magnetickou červí dírou bylo možné posílat elektromagnetické impulzy. Vlivem zdlouhavého recenzního řízení vychází článek o tomto experimentu teprve nyní.

V druhé fázi experimentů, do kterých se zapojili odborníci z NASA a které se prováděli v laboratořích Lockheed Martin v USA, se podařilo na počátku roku 2017 zkonstruovat červí díru průchozí pro drobné předměty. Její snímek je na úvodním obrázku. Povšimněte si vroubkované struktury, tu tvoří helikální (šroubovicové) magnetické pole, které vytvoří jakýsi drsný povrch, po němž by v principu šlo i chodit. To ale samozřejmě nebylo cílem těchto úvodních experimentů. Minulý týden se podařilo vytvořit červí díru dlouhou 30 metrů o průměru 2 metry. Červí dírou se dá projít. Postačí pouhé dva kroky k uražení vzdálenosti 30 metrů. Experimenty se nyní přesunuly k výrobě specializovaného vznášedla, které bude testovacími úseky prolétat.

Záběry z experimentu NASA, 30 metrů dlouhá červí díra o průměru
2 metry je „vystlaná“ magnetickým polem. Zdroj: Lockheed Martins.

Závěr

Využití nové technologie cestování může být obrovské. Paradoxně se v první fázi vůbec nepočítá s nějakými lety sluneční soustavou či někam dál do vesmíru, na to zatím naše možnosti nestačí. Je ale zcela reálné budovat červí díry jako dopravní tepny v rámci Země. Cesta k protinožcům se zkrátí na pouhých několik sekund. Zdá se, že konvenčním dopravním prostředkům zvoní hrana. Výrobci automobilů a dopravní giganti jsou zděšeni. Svět se nám mění před očima a nově vyvíjená technologie zjevně nebude sloužit pouze dopravě. Političtí loupežníci si mnou ruce. Tunelování čehokoli získá za pomoci červích děr zcela nový rozměr a netušené možnosti. Rozkrádání by mohlo dosáhnout takových rozměrů, že by se splnil i dávný Leninův sen: nikdo nebude mít nic a všichni všechno. Ale někteří přece jen o něco více.

Vznášedlo vyvíjené NASA pro dopravu červí dirou. Zdroj: NASA/Lockheed Martins.

Klip týdne

Pokusná osoba po průchodu magnetickou červí dírou. Vyvíjená technologie má ještě některé nedostatky. Doktorka Lene V. Hauová, která prošla červí dírou, zjistila, že laboratorní plášť nedoznal žádných změn, ale její vlastní obličej bohužel zezelenal. Tyto drobné nedostatky budou rychle odstraněny. Zdroj: NASA.

Odkazy