Felhasználói értékelés: / 2
GyengeLegjobb 

Az utolsó pár évtized komoly tudományának legvadabb fejleménye a tudósok körében, Kaliforniától Moszkváig, az idõutazás lehetõségének elemzése. A tudósok nem foglalkoznak (legalábbis még nem) idõgépek kifejlesztésével laboratóriumaikban, de Einstein általános relativitás-elméletének (ARE)–(amely ez idáig a legjobb elmélet a térrõl és az idõrõl) híres egyenleteit tanulmányozva arra a megállapításra jutottak, hogy semmilyen fizikai törvény nem sérti meg az idõutazás lehetõségét. Nagyon valószínû, hogy nagyon nehéz ezt megvalósítani, de nem lehetetlen.

Habár ez az egész sci-finek tûnik, a tudósok egy része komolyan vette ezt az elképzelést és egy olyan természeti törvény bevezetését javasolták, mely megakadályozza az idõutazást s ezáltal meghiúsítja különbözõ paradoxonok kialakulását. Ez idáig azonban senkinek sincs semmilyen elképzelése a törvény mûködésérõl. Klasszikus paradoxon például az az eset, amikor egy személy az idõben utazva visszakerül a múltba s valami módon megakadályozza saját maga megszületését - megöli például nagyanyját még kisgyermek korában vagy pedig olyasmit tesz, ami folytán szülei sosem találkoznak egymással (mint Vissza a jövõbe címû filmben). Az egész ellentmond a józan észnek, állítják a szkeptikusok, tehát valami törvénynek léteznie kell, mely ezeket megakadályozza. Többé-kevésbé hasonló indoklással próbálták bebizonyítani azt, hogy az idõutazás lehetetlen.

Nos, mit is lehet valójában kifacsarni Einstein egyenleteibõl? Mint egyesek elvárhatják, az idõutazáshoz extrém fizikai objektumok - fekete lyukak szükségesek. S mivel Einstein elmélete a téridõ elmélete, nem meglepõ számunkra, hogy elvben a fekete lyukak tényleg lehetõséget nyújtanak egyfajta tér- illetve idõutazásra. Bár mondhatjuk, hogy egy egyszerû fekete lyuk erre nem is a legmegfelelõbb, mivel ha ilyen lyuk keletkezik valamilyen nagytömegû nem forgó anyagból, akkor csupán "elpihen" valahol az ûrben s elnyel mindent, ami a közelébe kerül. E lyuk középpontjában létezik egy pont - az ún. szingularitás, ahol a tér és az idõ megszûnik s az anyag sûrûsége végtelenné válik. Körülbelül 30 évvel ezelõtt Roger PENROSE az Oxford egyetemrõl bebizonyította, hogy bármilyen tárgy, mely ilyen fekete lyuk közelébe kerül, a lyuk gravitációs vonzása következtében a szingularitásba zuhan s örökre eltûnik számunkra.

Az 1960-as években azonban Roy KERR Új Zéland-i matematikus bebizonyította, hogy a dolgok egészen másképpen alakulnak forgó fekete lyuk esetében. Szintén létrejön szingularitás a lyuk középponti részében, melynek azonban gyûrû formája van. Elvben lehetséges "átúszni" a lyuk gyûrûjén s megjelenni egy más helyen, más idõben. Ez az ún. "Kerr megoldás" volt az idõgép elsõ matematika modellje, de abban az idõben senki sem vette komolyan ezt az elképzelést. E megoldás iránti érdeklõdés is csupán a 70-es években nõtt meg, miután a csillagászok felfedeztek pár fekete lyuknak tûnõ objektumot Tejútrendszerünk és más galaxisok központjában.

Ezen tudományos felfedezések során hatalmas mértékben megnõtt az olyan populáris cikkek száma, melyek állítása szerint - számos tudós bosszúságára - az idõutazás mégiscsak lehetséges. Az 1980-as években Kip THORNE (az ARE egyik legelismertebb szakértõje) és a kollégái a CalTech-bõl elhatározták, hogy egyszer s mindenkorra bebizonyítják, hogy ezen valótlan állítások nem következnek Einstein egyenleteibõl. Megvizsgálva a problémát minden szemszögbõl kellemetlenül arra a következtetésre jutottak, hogy tényleg nincs semmi ezekben az egyenletekben, mely megakadályozhatja az idõutazást, feltéve ha (és ez egy komoly kikötés) létezik olyan technológia, mellyel a fekete lyukak manipulálhatók.

Hasonlóan a Kerr-megoldáshoz, más típusú fekete-lyuk-idõgépek is megengedettek, mint például a féreglyukként ismert konfigurációk, melynél két fekete lyuk (saját térrel és idõvel) ún. "torokkal" van összekötve. Számos más példát is említ Thorne Black Holes and Time Warps címû könyvében, melynek picit nehezebb a stílusa (habár komoly mennyiségû információt hordoz) mint Michio KAKU, New York-i fizikaprofesszor Hyperspace címû könyve. A könyv, Thorne könyvével ellentétben számos elemzést tartalmaz olyan tudósok hozzájárulásáról az idõutazás témájához, mint például Robert HEINLEIN. A Nagy Robbanás, a húrelmélet, fekete lyukak, kisded világegyetemek s még más ismert és ismeretlen téma elemzésre kerül, de ezek közül is legérdekesebb az a fejezet, mely az idõgép felépítésérõl szól.

"A tudósok nagy többsége, akik nem tanulmányozták behatóbban Einstein egyenleteit", mondja Kaku, "üres fecsegésnek tartja az idõutazást." S ezek után Kaku azzal folytatja magyarázatát, hogy miért is foglalkozik a tudósok kisebb csoportja tüzetesen ezzel a problémával. Kedvenc oldalunk a könyvbõl az a diagramm, mely egy egyén furcsa családfáját ábrázolja, ki Robert HEINLEIN "All You Zombies" címû elbeszélése alapján idõutazva egyszerre saját apjaként s anyjaként jelenik meg a diagrammon. Kaku elképzelésével az idõgéprõl számos Dr.Who- illetve H. G. Wells rajongó kedvében járna:

"[Ez] két terembõl áll, melyek két párhuzamos fémlemezt tartalmaznak. A fémlemezek közt keletkezõ hatalmas elektromos mezõk (sokkal nagyobbak, mint amilyent a mostani technológiával létrehozhatunk) felhasítja a téridõ szerkezetét, lyukat hoz létre a térben, mely összeköti a két termet. Einstein speciális relativitás-elméletét (SRE) felhasználva, mely szerint az idõ lassabban telik a mozgó objektum számára, az egyik terem egy hosszú utat tesz meg nagyon gyorsan és visszatér eredeti helyére: Az idõ másképpen fog folyni a féreglyuk két végén [és] bármi, ami a féreglyuk egyik végébe zuhan, pillanatok alatt a múltba vagy a jövõbe kerül [amikor a lyuk másik végében felbukkan]."

És mindez egy olyan jó hírû folyóiratban jelent meg, mint a Physical Review Letters (ha nem hiszik el, ellenõrizzék a Vol. 61-es szám 1446. oldalán kezdõdõ cikket). Bár mint tudomásul vettük, a technológia, mely segítségével bizonyos mennyiségû anyagot juttatunk át a fénysebességhez közeli sebességgel a fekete lyuk központi részén keresztül, félelmetesnek tûnik. De mi azt sem állítottuk, hogy ez könnyû lesz. De hogyan is kerüljük el a paradoxonokat? A tudósok erre is találtak megoldást. Ha jobban átgondoljuk a dolgokat, nyilvánvalóvá válik számunkra, hogy egy csipetnyi megfontolt kvantumtérelméleti hozzájárulás sikerrel veszi ezen akadályokat is a relativitás-elmélet által megengedett idõutazás megvalósításában.

A dolgok a következõképpen mûködnek. A kvantumfizika egyik értelmezése szerint (mivelhogy számos értelmezés létezik és senki sem tudja, vajon van-e köztük olyan, amelyik az "igazi") egy kvantumobjektum (mint például az elektron) mihelyt választási lehetõséghez jut, egyúttal új világokat hoz létre. Vegyük csak a legegyszerûbb esetet, amikor egyetlen elektron egy olyan akadály irányában mozog, melyes két rés található. Az elektronnak át kell jutnia a rések egyikén (mivel az akadály másik oldalán ezt az elektront regisztráltuk). Nos, a Világegyetem felhasad s a valóság egyik verziójában (a relatív dimenziók egyik csoportjában) az elektron az egyik résen halad át, míg a másik világban a másik résen.

Ezen értelmezés szerint extrém esetben a Világegyetem annyi részre hasad fel, amennyi az adott pillanatban az összes bekövetkezhetõ folyamat, melyek mindegyike biztosan lejátszódik a "multiverzumok" egyikében. Létezik tehát ezek szerint egy univerzum, melyben az angol Munkáspárt van hatalmon már 15 éve s amelyet most John Major vezette Konzervatív párt fenyeget.

S hogyan oldódnak meg a paradoxonok? Képzeljük el, hogy valaki elhatározza, hogy visszamegy a múltba megölni a saját nagyanyját. Ezen multiverzumos (több-világegyetemes) elképzelés szerint a személy visszatér egy ún. bifurkációs pontba, melybõl késõbb a lehetõségek számától függõen új világok jönnek létre. Miután a személy megölte a nagyanyját, ismét "elõrefelé" mozog az idõben, de más világban. A valóság ezen ágán õ sosem létezett, de ez nem vezet paradoxonhoz, mivel a hozzá "szomszédos" világban a nagyanyja él és virul, akinek lányától a késõbbi (vagy korábbi J ) gyilkos megszülethet, hogy visszamehessen a múltba és gyilkoljon.

Még egyszer hangsúlyozom, hogy ez az egész scifinek tûnik és scifiírók már tényleg jártak elõttünk. De a párhuzamos világok és alternatív történelmek ötletét, mint megoldást az idõutazás paradoxonjaira, néhány (elismerjük - nem sok) tudós is, mint például David DEUTSCH az Oxford egyetemrõl, komolyan veszi. Tudományos kutatásuk az idõre s a tér relatív dimenzióira terjed ki. Innen ered az ún. TARDIS betûszó (time and relative dimensions in space).

Talán elkerülhetetlen volt, hogy éppen a scifi regények hatására a tudósok meggyõzték magukat arról, hogy az idõutazás kellõ mértékben fejlett technológiával rendelkezõ civilizáció által lehetséges. Az egész a következõképpen történt. Carl Sagan, az ismert csillagász egyik novellájában egy szerkezetet használ arra, hogy szereplõit egy fekete lyukon keresztül juttassa el a Föld egy adott pontjáról a Vega csillag közelébe. Habár Sagan sztorija minden igyekezete ellenére, hogy ne térjen el a fizika elfogadott törvényeitõl, akkor is csak novella maradt. Mint tudós, Sagan azt szerette volna, hogy sztorija tudományos oldala olyan pontos legyen, amilyen csak lehet. Megkérte ezért Kip Thorne-t, hogy regényét ellenõrizze s tanácsot adjon bizonyos homályos kérdésekben. Elemezve Einstein egyenleteit Thorne arra a következtetésre jutott, hogy ilyen féreglyuk mint a téridõ stabil objektuma, a valóságban létezhet Einstein elméletének keretei között.

Sagan hálás volt Thorne tanácsaiért és féreglyukja megjelent az 1985-ben kiadott Kapcsolat (Contact) címû regényében. A lyuk azonban mint útrövidítõ szolgált a térben s azidõtájt sem Sagan sem pedig Thorne gondolt arra, hogy ezen objektum idõgépként is mûködhet. Csupán 1986 decembere után kezdett ezzel a gondolattal komolyabban foglalkozni, mikor is az egyik chicagói szimpóziumon az egyik jelenlevõ tudós felvetette Thorne diákjának, Mike MORRIS-nak, hogy a féreglyuk segítségével lehetséges a múltba is utazni. Az egész történet megtalálható Thorne Black Holes and Time Warps címû könyvében. Úgy tûnik azonban, hogy az idõgép segítségével nem utazhatunk vissza korábbi idõkbe, mint amikor a gépet építették. A jövõ bármelyik pontja elérhetõ vele, visszatérhetünk a kiindulási pontunkba, de sohasem korábbi idõkbe. Ez az egész megszorítás magyarázatot ad arra, hogy miért is nem találkoztunk eddig idõutazókkal a jövõbõl - azért, mert az idõgépet még nem találták fel.

Amos ORI, a Technion Israel Institute of Technology izraeli fizikusa Haifában hibát talált Stephen Hawking (Cambridge Egyetem) levezetésében, mely szerint az idõutazás teljes mértékben ki van zárva. Miután Thorne és munkatársa kimutatták, hogy nem létezik semmilyen eddig ismert fizikai törvény, mely megtiltaná az idõutazást, számos tudós elemzésnek vetette alá ezen konklúziót, s arra jutottak, hogy teljesülnie kell egy ún. "gyenge energiafeltételnek" (WEC = weak energy condition), mely szerint minden reális megfigyelõnek pozitív energiaeloszlást kell mérnie. E feltétel némely típusú idõgép létezését kiküszöböli, melyek esetében a fekete lyuk negatív energia segítségével lenne nyitva tartva.

Problémák merülnek fel olyan idõgépek esetében is, melyeknél szingularitások keletkeznek. De Ori olyan matematikai leírást talált az ARE keretein belül, mely esetében a téridõ idõben önmagába hajlik vissza, de semmilyen olyan szingularitás nem keletkezik, mely hatással lenne az idõutazásra s ráadásul a "gyenge energiafeltétel" is teljesül (lásd Physical Review Letters, Vol. 71, 2517). Mint állítja: "Jelenleg senki sem vetheti el teljesen annak a lehetõségét, hogy pozitív energiasûrûségû anyagból idõgép szerkeszthetõ."

Miért lehetséges az idõutazás?

A tudósok "találtak" egy olyan természeti törvényt, mely elkerüli az idõutazással kapcsolatos paradoxonokat s ezáltal lehetõvé teszi az idõutazást. Kiderült az is, hogy ez ugyanaz a törvény, mely értelmében a fény egyenes vonal mentén mozog, s megerõsíti a kvantummechanika fél évszázaddal ezelõtt Richárd FEYNMAN által megalkotott legelegánsabb verzióját.

Ha az idõutazás lehetséges, a tudósok a következõ paradoxonra is választ kell találniuk. Képzeljünk el egy biliárdgolyót, mely belekerül a féreglyuk egyik szájába, megjelenik a másik nyílásban (persze korábbi idõben, mint amikor eltûnt) és összeütközik saját magával s így sosem kerül a lyukba. Meg kell jegyezni, hogy természetesen számos lehetséges "önkonzisztens" út létezik a lyukon keresztül, mely esetén a biliárdgolyó két verziója sosem zavarja egymást. Igor NOVIKOV, a P.N. Lebegyev Intézet valamint a koppenhágai Nordita elméleti fizikai intézmény kettõs fizikusa 1989-es cikkében (JETP, Vol. 68, 439) mutatott rá az önkonzisztencia elv megfogalmazásának szükségességére.

Újonnan dán, kanadai, orosz és svájci tudósokból kialakított tudóscsoportjával egyetemben úgy tûnik, hogy valós fizikai alapot talált ezen elv számára. Ez az ún. legkisebb hatás elve, mely ilyen vagy olyan formában már a 17. század kezdete óta ismert. Ezen elv határozza meg, milyen pályán mozogjon a fénysugár egy A pontból egy B pontba. Ezen elv alapján mozog egy ablakon kidobott labda. És úgy tûnik, hogy ugyanez az elv határozza meg a féreglyukban mozgó biliárdgolyó pályáját is. Bizonyos értelemben a hatás (mint speciális matematikai fogalom) azon energia mértéke, mely meghatározza egy test bizonyos idõ alatt megtett teljes pályáját. Fény esetében (mely mindig speciális eset) ezen hatás a legrövidebb idõ elvére redukálódik - ezért is mozog a fény egyenesvonalúan.

Megfigyelhetjük, hogyan is mûködik ez az elv, amikor egy fénysugarat eresztünk át levegõbõl üvegbe (melyben a fény kisebb sebességgel terjed). Abból a célból, hogy a fény a legrövidebb idõ alatt jusson egy a levegõben levõ A pontból az üvegben levõ B pontba, a fény egyenes vonal mentén mozog az üveg és a levegõ határfelületéig, majd megtörik s újabb egyenesvonalú pályán mozog (kisebb sebességgel) a B pontig. Minden más pálya esetén az út hosszabb ideig tart.

A hatás a teljes pálya tulajdonsága, és a fény (vagy a Természet) mindig tudja, hogy miképpen kell a legegyszerûbb s a "legolcsóbb" utat kiválasztani. Hasonló módon a legkisebb hatás elve felhasználható az ablakon kidobott labda teljes pályájának leírására, ha adott az eséshez szükséges idõ. A labda különbözõ pályákon mozoghat különbözõ kezdõsebesség mellett (magasan és lassan vagy laposan és gyorsabban), csupán olyan pályák a megoldások, melyek kielégítik a legkisebb hatás elvét. Novikov s kollégái ezen elvet használták a biliárdgolyó mozgásának leírására a féreglyukban az idõhurkok mentén "önütközések" nélkül és "önütközések"-kel, mely paradoxonhoz vezet s arra a következtetésre jutottak számításaik során, hogy mindkét esetben csupán az egyenletek önkonzisztens megoldásai elégítik ki a legkisebb hatás elvét; vagy az õ szavaikat használva: "a klasszikus pályák teljes csoportja, melyek globálisan önkonzisztensek, egyenesen s egyszerûen levezethetõk a legkisebb hatás elvébõl". (Nordita Preprint, No. 95/49A).

A klasszikus szó azt jelenti, hogy Novikovék nem vették figyelembe a kvantumelmélet törvényeit számításaikban. De nincs semmi okunk azt képzelni, hogy ezen elmélet módosítani fogja a számításokból levont következtetéseket. Feynman, aki saját maga vezette be a legkisebb hatás elvét a kvantumfizikába s az elméletét teljes mértékben erre alapozta - az ún. "az összes történet szummázása" (sum over histories) és a "pályaintegrál" (path integral) fogalmait vezette be, mivel szerinte a fény úgy tûnik, hogy látszólag "kiszimatolja" az összes létezõ pálya közül, melyek A-ból B-be vezetnek, a legrövidebb (s a leghatásosabb) utat.

Látjuk tehát, hogy az önkonzisztencia a legkisebb hatás elvének következménye s a természet, úgy tûnik, hogy irtózik az olyan paradoxonoktól, melyek idõutazáskor elõfordulhatnak. S ezáltal elvben legyõztük a fizikusok utolsó akadályát s most már a mérnökökre hagyhatjuk az idõgép megépítését.

Féreglyuk-tervezés

Még mindig maradt egy probléma, amit a hipertér mérnökeinek figyelembe kell venniük. A legegyszerûbb számítások is azt mutatják, hogy bármi is történik az univerzumban a féreglyuk tartományán kívül, a kísérleti átjárónak a lyukon keresztül be kell záródnia. A probléma ugyanis a következõ. Az ARE értelmében minden gyorsuló objektum gravitációs hullámokként ismert fodrokat hoz létre a téridõ szerkezetében. A gravitációs sugárzás, mely az ûrhajótól a lyuk felé hullámzik fénysebességgel, végtelen energiájúvá erõsödhet, mihelyt eléri a lyuk szingularitásként ismert pontját s önmagába zárja a téridõt - s ezáltal elzárja az utat a fejlett technológiájú ûrhajó számára. Még ha létezik is természetes átjárható féreglyuk, a legkisebb zavarok (perturbációk) hatására instabillá válik (beleértve minden kísérlet által keltett zavart, mely célja a rajta keresztüli utazás).

Még mindig maradt egy probléma, amit a hipertér mérnökeinek figyelembe kell venniük. A legegyszerûbb számítások is azt mutatják, hogy bármi is történik az univerzumban a féreglyuk tartományán kívül, a kísérleti átjárónak a lyukon keresztül be kell záródnia. A probléma ugyanis a következõ. Az ARE értelmében minden gyorsuló objektum gravitációs hullámokként ismert fodrokat hoz létre a téridõ szerkezetében. A gravitációs sugárzás, mely az ûrhajótól a lyuk felé hullámzik fénysebességgel, végtelen energiájúvá erõsödhet, mihelyt eléri a lyuk szingularitásként ismert pontját s önmagába zárja a téridõt - s ezáltal elzárja az utat a fejlett technológiájú ûrhajó számára. Még ha létezik is természetes átjárható féreglyuk, a legkisebb zavarok (perturbációk) hatására instabillá válik (beleértve minden kísérlet által keltett zavart, mely célja a rajta keresztüli utazás).

Még mindig maradt egy probléma, amit a hipertér mérnökeinek figyelembe kell venniük. A legegyszerûbb számítások is azt mutatják, hogy bármi is történik az univerzumban a féreglyuk tartományán kívül, a kísérleti átjárónak a lyukon keresztül be kell záródnia. A probléma ugyanis a következõ. Az ARE értelmében minden gyorsuló objektum gravitációs hullámokként ismert fodrokat hoz létre a téridõ szerkezetében. A gravitációs sugárzás, mely az ûrhajótól a lyuk felé hullámzik fénysebességgel, végtelen energiájúvá erõsödhet, mihelyt eléri a lyuk szingularitásként ismert pontját s önmagába zárja a téridõt - s ezáltal elzárja az utat a fejlett technológiájú ûrhajó számára. Még ha létezik is természetes átjárható féreglyuk, a legkisebb zavarok (perturbációk) hatására instabillá válik (beleértve minden kísérlet által keltett zavart, mely célja a rajta keresztüli utazás).

Létezik azonban egy nehéz, de nem lehetetlen módszer - az ún. negatív visszahatás elve, mely értelmében minden, a téridõben keletkezõ zavar új olyan zavart kelt, mely az elõzõ hatását semlegesíti. Az az elv pontosan ellentéte a pozitív visszahatás elvének, mely esetében a hangfalakból hallatszó hangok felerõsítik saját magukat, ha az erõsítõhöz kötött mikrofont ugyanazon hangfalak elé tesszük. Ekkor a hangfalakból hullámzó zaj a mikrofonban felerõsödik, kijön a hangfalakon - persze felerõsítve, megint a mikrofonba, és így tovább. Képzeljük most el, hogy ha a hangfalakból jövõ hanghullámokat elõször egy számítógépbe vezetnénk, mely "ellentétes" hullámokat generálna úgy, hogy ismét a mikrofonba vezetve teljesen semlegesítené az eredeti hullámokat - s totális csend keletkezne.

A legegyszerûbb hanghullámok esetében mindez a Földön, most megvalósítható. Bonyolultabb zajok, mint például focirajongók zsivaja esetében ez még most lehetetlen, de pár éven belül megvalósítható. Tehát nem nagyon túlzott Sagan elképzelt "szuper civilizációja", mely gravitációs- hullám-adóvevõ készüléket szerkeszt, mely a féreglyuk torkában minden zavart feljegyez, melyet a lyukba induló ûrhajó kelt, majd olyan hullámokat sugároz, mely teljesen semlegesíti a zavaró hullámokat még mielõtt azok megsemmisítenék az átjárót.

De hol is találhatók ilyen féreglyukak? A módszer, mely alapján Sagan kérésére Morris, Yurtsever és Thorne nekifogott a féreglyukak keresésének, teljesen ellentétes azzal a módszerrel, mely alapján a többi tudós kutatott volna. Ahelyett, hogy számos ismert objektumot figyeltek volna meg (mint például egy halott nagytömegû csillag vagy egy kvazár), Thorne és társai a kutatást azzal kezdték, hogy egy olyan geometria matematikai leírásán kezdtek dolgozni, mely az átjárható féreglyukat teljes mértékben jellemzi s azután az ARE egyenleteit használták fel arra, hogy kiszámítsák , milyen típusú anyag és energia kapcsolható össze ilyen típusú téridõvel. Amire számításaik során rájöttek, ez (most már így utólagosan) nagyon egyszerû. A gravitáció vonzóereje szingularitást próbál létrehozni a lyuk központjában s ezért "szorongatja" a féreglyuk torkát. Az egyenletek szerint ahhoz, hogy egy mesterséges féreglyukat nyitva tudjunk tartani, valamilyen típusú anyag vagy mezõ szükséges, mely negatív nyomással rendelkezik - s kapcsolatba hozható az antigravitációval.

Most az hihetjük (visszagondolva a középiskolás fizikaóráinkra), hogy ez teljes mértékben elveti az átjárható féreglyuk kialakításának lehetõségét. A negatív nyomás valami olyasmi, amivel mindennapi életünkben nem nagyon találkozunk (képzeljünk el egy lufit negatív nyomású anyaggal telítve, amely egy idõ után leereszt). Tényleg nincs ilyen anyag az Univerzumban? Talán nagyot tévedünk.

A választ az antigravitációhoz Hendrik CASIMIR, dán fizikus szolgáltatta még 1948-ban. Casimir, aki 1909-bem született Hágában, 1942-tõl dolgozott a nagy elektromos gigász, a Philips laboratóriumaiban - s itt dolgozva fedezte fel a késõbb róla elnevezett Casimir - effektust.

Képzeljünk el két párhuzamos fémlemezt egymáshoz nagyon közel, miközben a lemezek közt nincs semmi. Az ún. "kvantumvákuum" azonban nem "semmi", mint ahogy a fizikusok régebben gondolták. A tér a lemezek közt állandó aktivitást mutat, részecskék s antirészecskék keletkeznek folyamatosan s annihilálódnak. Ezen részecskéken kívül számos elektromágneses erõt közvetítõ részecske - foton is található a kvantumvákuumban. Valójában nagyon könnyû a vákuum számára virtuális fotonokat termelni. mivel a foton megegyezik antirészecskéjével és mivel nyugalmi tömege nulla. Tehát a Heisenberg kvantum-határozatlanságából származó összes energia a foton elektromágneses hullámzási energiájává alakul. Különbözõ energiájú fotonokhoz különbözõ hullámhosszú sugárzás rendelhetõ (kisebb hullámhossznál nagyobb energia). A kvantumvákuum tehát úgy képzelhetõ el, mint egy a fotonok különbözõ hullámhosszú sugárzásának tengere. Ezen vákuumaktivitás eredménye az, hogy a vákuum ún. "vákuumenergiá"-val rendelkezik, mely értéke minden pontban azonos, tehát nem mérhetõ. Nagysága csupán energiaváltozáskor - tehát például munkavégzéskor határozható meg.

Mint ahogy Casimir kimutatta, két elektromosan vezetõ fémlemez között csak bizonyos típusú elektromágneses hullámok találhatók. A két lemez között ficánkoló hullámok ugyanúgy fognak viselkedni, mint a gitár megpendített húrjai által keltett hanghullámok. Ilyen hullámok esetében csupán a hullámhossz egész számú többszörösei "férhetnek" a gitár húrjára és a húr két végén nincsen hullámzás. A megengedett hullámzásokat adott húrhossz mellett harmonikusoknak illetve felhangoknak nevezzük. Hasonló módon a sugárzás néhány megengedett hullámhossza fér el a két lemez közé a Casimir kísérletben. Pontosabban kifejezve, a résben csak olyan fotonok lehetnek, melyek hullámhosszára érvényes a következõ összefüggés:

lambda=x/a

Ez azt jelenti, hogy a lemezek külsõ oldalán több foton található köbcentiméterenként, melyek nyomást fognak gyakorolni a lemezekre s ezáltal közelebb kerülnek egymáshoz. Az egész nagyon bizarrnak tûnik, de ez történik a valóságban. Számos kísérletet hajtottak végre különbözõ anyagból készült, lapos és más alakú lemezekkel az ún. "Casimir-féle erõ" nagyságának megmérésére s a kísérletek bizonyítják az elmélet helyességét (a résnagyság 1. 4 nm-tõl 15 nm-ig terjedt).

Az 1987-ben publikált cikkükben Morris és Thorne felhívták a figyelmet erre a lehetõségre is, s rámutattak arra, hogy még a féreglyukat átszövõ elektromos vagy mágneses mezõ is "pont a határán van annak, hogy egzotikus legyen; ha a feszültség egy picit is nagyobb lenne, kielégítené utazási vágyunkat a féreglyukon keresztül". Ugyanabban a cikkükben arra a következtetésre jutottak, hogy "nem kéne jókedvûen feltételezni egzotikus anyag jelenlétét az átutazható féreglyuk torkában". Amint a CalTech két tudósa megjegyezte, a fizikusok nagyobb része képzelõtehetség hiányával küszködik, amikor arra kerül sor, hogy egyenleteket állítsanak fel, melyek bizonyos anyagot és energiát jellemeznek olyan feltételek mellett, melyek sokkal extrémebbek, mint a Földön. És ezt ki is hangsúlyozták egyik példájukban 1985 egyik õszi, kezdõknek tartott ARE elõadásuk során - nem sokkal azután, hogy Sagan kérésére munkájuk elsõ fázisának végén jártak, de még azelõtt, hogy ezen dolgok közismertek lettek volna (még a relativisták között is). A tudományos munkába bevont diákok nem hallgattak semmilyen speciális elõadást a féreglyukakról, csupán a téridõ metrikájának fizikai jelentésével ismerkedtek meg. Vizsgájuk során olyan feladatot kaptak, mely lépésrõl lépésre elvezette õket a féreglyukat leíró megfelelõ metrika matematikai leírásához. "Megdöbbentõ volt látni", mondja Morris és Thorne, "hogy milyen maradiak is voltak a diákok elképzelései". Többségük le tudta vezetni a metrika tulajdonságait, de közülük kevesen vették észre, hogy a megoldás egy olyan átjárható féreglyuk, mely két különbözõ univerzumot köt össze.

A kevésbé "földhözragadtak" számára két probléma marad - olyan leírást találni, mely esetében a féreglyuk olyannyira kitágul, hogy ember (vagy akár ûrhajó) is átjuthasson rajta, és távol tartani a féreglyuk torkához közeli részben levõ egzotikus anyagot az ûrutazóktól. Bármilyen nemû terv ilyen szerkezet megépítésére mai képességeinken kívülre esik. De mint Morris és Thorne kihangsúlyozták, ez nem lehetetlen és "következésképpen nem zárhatjuk ki átjárható féreglyukak létezését".

Majdnem 500 éve Leonardo da Vinci elmélkedett repülõ szerkezetekrõl. Szárnyakkal rendelkezõ repülõgépet és helikoptert is szerkesztett és a modern aeronautikai mérnökök szerint ezen gépek repültek is volna, ha da Vinci korában lettek volna megfelelõ erejû hajtómûvek. Leonardo azonban nem álmodhatott lökhajtású motorokról és a hangsebességnél is gyorsabban repülõ, utasszállító repülõkrõl. S most a Concorde-ok és a jumbók hasonló fizikai alapelvek szerint repülnek, mint Leonardo tervezett gépei. Majdnem 500 év eltelt álmai nemhogy valóra váltak, de a kor felül is múlta õket. Talán több mint 500 évre lesz szükségünk arra, hogy átutazható féreglyukat tervezzünk, de a fizika törvényei azt mondják, hogy ez lehetséges - és mint ahogy Sagan spekulált - talán már valami hasonló megtörtént egy tõlünk sokkal fejlettebb civilizációval.

• Valójában még Einstein Princetonban dolgozva Nathan ROSEN-nal együtt 1930-ban felfedezte, hogy Karl SCHWARZSCHILD megoldása Einstein egyenleteire tulajdonképpen egy fekete lyuk, mely hidat képez a sík téridõ két része között. Ez az ún. "Einstein-Rosen-féle híd" (ERH). Egy fekete lyuknak mindig két "vége" van - ezt a tulajdonságot pár matematikus kivételével a 80-as évek közepéig sokan ignorálták. Mielõtt Sagan ismét érdeklõdni kezdett volna a téma iránt, úgy tûnt, hogy ilyen hipertér kapocsnak nincs fizikai jelentõsége, és soha, még elméletben sem használható fel, mint rövidítõ az Univerzum egyik pontjából a másikba. Morris és Yurtsever jöttek rá, hogy ezen "hit" téves.

• Érdekességnek számít, hogy a téridõ féreglyukait még jóval azelõtt, hogy a fekete lyukakat "komolyan kezdték volna venni", számos matematikai relativista nagyon mélyrehatóan tanulmányozta. 1916-ban - kevesebb, mint egy évvel azután, hogy Einstein megfogalmazta volna az ARE elméleteit, az ausztriai származású Ludwig FLEMM rájött arra, hogy Einstein egyenleteinek Schwarzschild megoldása valójában olyan féreglyukat ír le, mely két sík téridõt ír le - két világegyetemet vagy egyazon univerzum két különbözõ pontját. Különbözõ spekulációk jelentek meg bizonyos megszakításokkal a féreglyukak természetérõl évtizedeken keresztül. Amit az úttörõ relativisták valójában megalapoztak, az azon megállapítás volt, mely szerint a Schwarzschild-féle féreglyukak nem használhatók fel semmilyen világ-egyetemek közti kommunikációra. Ahhoz ugyanis, hogy az ûrutazó az ERH-on átjuthasson az univerzum egyik pontjából a másikba, az út egyik részén fénysebességnél nagyobb sebességgel kell utaznia. A másik probléma a lyuk instabilitása. Az a furcsa a Schwarzschild geometriában, hogy mihelyt az anyagot (adott tömeg mellett) a Schwarzschild sugár alá sûrítünk, akkor nem kapunk egy végtelen bemélyedést a téridõben (lásd Kép2), hanem a bemélyedés alsó része kinyílik, és kapcsolatot hoz létre a sík téridõ más pontjával. Sajnos, ezen gyönyörû nyitott torok, mely tantaloszi lehetõséget kínál világegyetemek közti utazáshoz, csupán nagyon rövid ideig létezik s utána bezárul. A féreglyuk még csak annyi ideig sem létezik, hogy a fény átjuthasson az egyik univerzumból a másikba. A lyuk valójában a gravitáció következtében záródik be. Ez nagyon elszomorító, mert ha eltekintünk a féreglyuk gyors evolúciójától és csupán a torok geometriáját vesszük figyelembe, úgy tûnik, hogy a féreglyuk saját világegyetemünk két különbözõ régióját is összekötheti. A tér eléggé sík lehet a féreglyuk mindkét szájánál, de finoman görbül eléggé messze a lyuktól, úgy hogy a kapcsolat tényleg egy rövidítõ a tér egyik pontjából a másikba (lásd Kép4).

Ha az egész világegyetemet síknak képzeljük el, kivéve a féreglyuk száját, a Kép5-ös hasonló képet kapunk - mely esetén egy görbült féreglyuk egy teljesen sík univerzum két pontját köti össze - s ne zavarjon minket az, hogy a rajzon a távolság az egyik pontból a másikba a lyukon keresztül hosszabb, mint a normális téren keresztül, mivel egy igazi négydimenziós ábrázolásban még egy ilyen görbült féreglyuk is rövidítõ A-ból B-be.

Vagy legalábbis az lenne, ha a lyuk eléggé hosszú ideig nyitva lenne és az utazáshoz nem lenne szükség fénynél nagyobb sebességre. De ez még nem a történet vége. Az egyszerû fekete lyuknak nincs töltése és nem forog. Elektromos töltéssel rendelkezõ forgó fekete lyuk esetén megváltozik a szingularitás tulajdonsága és ezáltal kaput nyit más világegyetembe - ráadásul fénynél kisebb sebességû mozgás esetén. Az elektromos töltés mozgása által keltett elektromágneses tér ellentétes irányúan hat, mint a gravitáció s megpróbálja szétvetni a lyukat. A rotációnak hasonló szerepe van. Még ekkor is akad azonban egy probléma - sohasem térhetünk vissza abba a pontba, ahonnan elindultunk. A téridõ egy másik régiójába jutunk, melyet egy új univerzumnak is nevezhetünk. Ahhoz, hogy visszajussunk eredeti pontunkba, fénynél gyorsabb sebességgel kéne mozognunk.

Amíg Sagan meg nem kérte Thorne-t, hogy tanácsokkal segítse abból a célból, hogy Kapcsolat címû mûve tudományos oldalát minél hitelesebbé tegye, ez volt a matematikusok elképzelése a lehetséges átutazható makroszkopikus féreglyukakról.

Az idõ csupán illúzió?

Csupán azért, mert úgy észleljük, hogy az idõ egy bizonyos irányba folyik, azt jelenti egyben, hogy a "valóságban" is különbség van múlt és jövõ közt? Ezen régi filozófiai kérdés került újraelemzésre a kvatummechanika keretein belül Huw PRICE által a Sidney Egyetemrõl. Price arra a következtetésre jutott, hogy azon elképzelés, mely szerint a múltra nincsen behatása a jövõnek, csupán egy antropocentrikus illúzió, "temporális asszimetriánk vetülete". Jövõbõl kiinduló jelek segítségével, melyek meghatározzák a kvantumkísérletek eredményét, Price képes megoldani a kvantumvilág összes problémáját s paradoxonjait.

Ezen megközelítésnek már meglehetõsen nagy a múltja, de következményeit még senki sem tisztázta annyira, mint Price a Mind folyóiratban megjelent cikkében. Például a Maxwell egyenletek egyik furcsa tulajdonsága, hogy két olyan megoldást engedélyez mozgó elektromos töltés esetében, melynél az egyik esetben a megoldás egy olyan elektromágneses hullám, mely a töltéstõl a jövõbe mozog fénysebességgel (retardált hullám) és a másik esetben a hullám a jövõbõl mozog a részecske felé szintén fénysebességgel (advanzsált hullám). E másik típusú hullámoknak nem tulajdonítottak nagy jelentõséget, de néhány tudós, köztük Richard FEYNMAN és Fred HOYLE, fizikálisan reálisnak tartotta ezen hullámokat.

Legújabban John CRAMER vetette tudományos vizsgálat alá ezen hullámokat. Képzeljünk el egy kvantumobjektumot (például egy elektront), mely éppen kölcsönhatásba fog lépni egy másik részecskével. Ekkor egy ún. "felkínáló" hullámot (offering wave) fog kisugározni a jövõbe. A másik részecske felfogja ezen hullámokat és idõben visszafelé szintén válaszhullámokat küld az elektronnak. Az advanzsált és retardált hullám kombinálódik és kapcsolatot hoz létre a két részecske között, mely bizonyos értelemben véve nem idõszerû (temporális) s ezen kapcsolat határozza meg a kölcsönhatás eredményét abban a pillanatban, amikor az elektron sugározni kezdi "felkínáló" hullámait.

Mint Price megjegyzi, ezen megközelítés megoldja azt a klasszikus kvantumproblémát, amikor az elektronnak választania kell, hogy melyik résen keresztül mozogjon, ha egy két réssel ellátott falhoz jut. A kísérleti eredmények szerint, amikor csupán egyetlen elektron megy át az egyik résen, tulajdonságaira nagy hatással van az, hogy a másik rés nyitva van-e vagy nincs. A felkínáló hullám átmegy mindkét résen, de válaszhullám csupán az egyiktõl jön - onnan, amelyiken az elektron át fog menni. Ezek szerint az ún. "kézszorítás" (handshake) folyamat figyelembe veszi mindkét rés jelenlétét még abban az esetben is, ha az elektron csupán az egyiken fog átmenni.

Számos fizikus szerint ezen elképzelések rémítõk, mivel ellentmondanak a józan észnek. Számos, olyan spekulációkra adnak okot, mint például Henry Stapp cikke a Science XX. augusztusi számában, mely szerint agyunk hatással lehet olyan dolgokra, melyek már megtörténtek. Price megközelítése azonban alapot nyújt ahhoz, hogy megértsük, hogy alapjában véve hogyan is mûködhet az elõre- és hátrairányuló okviszony, mely az ember számára úgy nyilvánul meg, hogy az idõ folyásának meghatározott iránya van.

Price érvei nagyon bonyolultak, de egyszerûen megfogalmazva a dolgokat, az ok, amiért az események (melyeket a jelenben teszünk), úgy tûnnek számunkra, hogy nincsenek hatással a múltra, csupán az, hogy a múlt már figyelembe vette ezeket az eseményeket. Ha a jelenben valami mást szándékozunk tenni, a múlt már ezt tudni fogja, ezért "azt mondani, hogy ha feltételezzük, hogy jelenünk más, míg a múltunk ugyanaz marad, akkor ebbõl az következik, hogy a múltunk is más... nem igaz állítás, persze csupán logikailag. Nincs szükség semmilyen aszimmetriára, hogy ezt megmagyarázzuk".

Azok számára, kiket jobban érdekel a matematika, Price John BELL híres egyenlõtlenségét elemzi, mely esetben két egymástól nagyon távol levõ kvantumrendszer úgy tûnik, hogy kapcsolatban van egymással - Einstein e kapcsolatot "kísérteties távolba hatás"-nak nevezte. Price elképzelése szerint e távolba hatás valós és alapjában véve megegyezik Cramer "handshake" folyamatával. Price szerint azonban nincsen határa a szabad akaratnak. Bármilyen választás mellett döntünk, és bármit is teszünk, a múltunk már tud errõl, de ez nem akadályoz meg abban, hogy válasszunk és "nem várhatjuk el, hogy "lássuk" múltba irányuló hatásunkat a választás során". S ez mindenesetre rossz hír Stapp számára. "Éppen itt az ideje", mondja Price, "hogy olyan figyelmet szenteljünk ennek az elhanyagolt megközelítésnek (a kvantummechanikához), melyre méltón rászolgált."

Fordította: Knézel Péter (ArDi)

< Előző		Következő >