Kan Wormholes verkligen fungera? Antagligen inte

Paul Sutter är astrofysiker vid Ohio State University och chefsforskare vid COSI Science Center. Sutter är också värd för Ask a Spaceman, RealSpace och COSI Science Now.

Ah, maskhål. Den intergalaktiska genvägen. En tunnel genom rymdtid som tillåter otrygga resenärer att hoppa från stjärnsystem till stjärnsystem utan att någonsin komma nära ljusets hastighet.

Wormholes är en arbetshorse för sci-fi interstellära civilisationer i böcker och på skärmen eftersom de löser det irriterande problemet med "Tja, om vi fastnar i känd fysik, skulle 99,99999 procent av historien vara så fascinerande att vi såg folk som sover."

Men kan vi göra det? Kan vi faktiskt varpa och böja rymdtid för att göra en bekväm tunnel, så att alla våra galaktiska drömmar blir sanna? [Kuslig vetenskap: Wormholes gör de bästa tiden]

Kort svar: inte troligt.

Långt svar: Tja, fortsätt läsa.

Akta dig för det vita hålet

Begreppet maskhål började när fysiker Ludwig Flamm och senare Albert Einstein och Nathan Rosen insåg att svarta hål kan "utvidgas". När man går för att lösa de fantastiskt komplicerade ekvationerna av generell relativitet, förutspår det maskineri som förutspår ett svart hål ett fenomen som kallas ett vitt hål. Ett vitt hål är ganska mycket vad du tycker: Med ett svart håls händelseshorisont markeras ett område av utrymme som när du kommer in kan du inte lämna, är det omöjligt att stiga på ett vitt hål horisont, även om allt som finns där inne kan fly.

Samma matematiska maskiner ger också en bonus: Alla svarta hål skulle naturligt "anslutas" till vita hål via sina singulariteter, vilket gör en tunnel genom rymden. Woohoo, maskhål här går vi!

Eller inte. Medan vi har gobs bevis för existensen av svarta hål, verkar vita hål vara matematisk fiktion. Det finns ingen känd process i vårt universum som faktiskt skulle bilda dem, och även om de kom till existens, skulle deras naturliga extrema instabilitet snuffa dem rätt ut igen. [Watch: Inställningar av ormhål.]

Åh, ja, och mekanismen för att göra svarta hål - kollapsen av massiva stjärnor - förhindrar automatiskt bildandet av ett symbiotiskt vitt hål.

Och även om de bildades (och de inte) skulle den ömsesidiga gravitationen hos de ömsesidiga singulariteterna leda till att maskhåltunneln omedelbart sträcker sig och snapar mycket snabbare än vad som helst kan korsa det.

Död av maskhål

Men det hindrar inte någon från att spela ett roligt spel av "vad händer." Vad händer om vita hål skulle kunna bildas eller byggas? Vad händer om vi kan stabilisera dem? Vad händer om vi kunde fästa ett vitt håls singularitet mot ett svart hål och göra ett maskhål? Tänk om? Tänk om? Tänk om?

Tja, för en sak skulle det verkligen, suga på en resa runt ett sådant maskhål. Bokstavligen. Ingången till maskhålet - "halsen" - sitter inuti det svarta håls händelsehorisont.

Det är ett problem.

Själva definitionen av en händelsehorisont - deras mycket Cosmique existensberättigande - Det är när du kommer in i dem, kommer du inte att komma ut. Inget sätt, nej hur. Det spelar ingen roll om det finns en maskhålstunnel inuti den - du får inte lämna.

Inuti en svart hålhändelseshorisont har du bara en destination: singularity town, platsen för oändlig densitet och själskrossande gravitationskrafter.

Så låt oss säga att du skriver in ett maskhål. Du kan titta på ljus från en annan lapp i universum filtret in från motsatt sida. Om någon annan hoppar in, kan du träffa dem och ha lite te tillsammans. Och du kan dö - eländigt - som du bryr dig om singulariteten. [Chasing Wormholes: Jakt på tunnel i rymdtid]

Positivt negativ

Finns det något sätt att göra en fungerande, jätte kul, maskhål, istället för en skrämmande portal till oundviklig förstörelse?

Överraskande, ja. Tja, inte helt 100 procent absolut "det här är en vanlig del av vårt universum" ja. Mer som "om vi spelar låtsas" ja.

För att konstruera ett traversabelt maskhål måste du övervinna två viktiga hinder. Först måste ingången till maskhålet faktiskt sitta utanför händelseshorisonten. Det skulle låta dig komma in i maskhålet och spränga igenom det till ditt avlägsna resmål utan att frukta ett "singulärt" möte.

För det andra måste tunneln vara stabil och stark. Den måste stå emot singulariteternas extrema gravitation och motstå att riva ihop när något flyger ner längs.

Det finns verkligen ett material som löser båda problemen. Men det här materialet har ett eget problem: Den har negativ massa.

Det är rätt: massa, men negativ. En ring av negativt massmaterial skulle kunna användas för att konstruera ett helt funktionellt och användbart maskhål. Eftersom den exotiska karaktären av negativ massvärdesperiodens spridningstid på ett unikt sätt "uppblåsar" ingången till maskhålet utanför händelsehorisontens gränser, stabiliserar maskhålets hals mot instabilitet. Det är inte ett intuitivt resultat men matematiken checkar ut.

Men kan ett sådant ämne finnas? Vi har kartlagt en bra bit av universum, och vi har aldrig sett negativ massa. Om det existerade skulle det ha några ganska konstiga egenskaper. Till exempel, efter matematiken i Newtons lagar med några minus tecken kastade in, finner vi att en negativ masspartikel skulle trycka på en positiv massapartikel medan den positiva masspartikeln skulle dra på den negativa massan. Ställ in två motsatta masspartiklar bredvid varandra, perfekt fortfarande, och paret skulle börja accelerera, zooma ut utan någon kraftinsats.

Det verkar som att det kan bryta mot någon form av regel. [Titta på: Problemet med negativ massa.]

Vad sägs om Casimir-effekten, den udda och fascinerande attraktionen av två metallplattor på grund av vakuumenergi? Det trängs ofta ut som ett exempel på att universum beter sig väldigt och en möjlig väg till negativ massa. Men Casimir-kraften kännetecknas av lokalt negativt tryck (det drar istället för att trycka), inte negativ massa. Visst vet vi inte allt som finns att veta om kvanttyngd och rymdtidens natur vid superduper-teensy skalor. Skulle en avancerad civilisation kunna upptäcka vägen till negativ massa och manipulera gravitationen på rätt sätt? Skulle ett genombrott i fysik peka på sätt att utforma maskhål?

Ärligt talat, förmodligen inte. Det finns bara för många saker som arbetar mot dem. Arbetsmaskar skulle bryta mot så många aspekter om känd (och extremt välprövad) fysik som jag tycker är bättre att bara arbeta med andra problem.

Jag vet att vissa människor kan anklaga mig för att inte vara kreativ nog, men universum bryr sig inte om vår kreativitet. Vetenskapens verktyg är hårda men rättvisa domare; om en idé inte fungerar fungerar det helt enkelt inte. Det finns många varierade och vackra mysterier i vårt universum, och vi har verkligen inte låst upp alla kosmoss inre verkningar. Men maskhål är förmodligen inte en av dem.

Läs mer genom att lyssna på avsnittet "Wormholes - deal eller ingen affär?" på Ask A Spaceman podcast, tillgänglig på iTunes och på webben på //www.askaspaceman.com. Tack vare @SkaTaTah och @ bretthines61 för de frågor som ledde till det här stycket! Fråga din egen fråga på Twitter med #AskASpaceman eller genom att följa Paul @PaulMattSutter och facebook.com/PaulMattSutter.