Lubang cacing adalah andalan dalam fiksyen sains, menyediakan wira-wira kita dengan cara cepat dan mudah untuk berkeliling Alam Semesta dengan serta-merta. Walaupun fiksyen sains menjadikan mereka popular, lubang cacing mempunyai asal usul dalam sains - memutarbelitkan masa seperti ini secara teorinya mungkin. Tetapi menurut Dr Stephen Hsu dari University of Oregon membina lubang cacing mungkin tidak mungkin.
Dengarkan temu ramah: Lubang Cacing Tidak Mungkin (4.5 mb)
Atau melanggan Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Sekarang, saya telah menonton bahagian episod Star Trek saya. Sejauh manakah ini mempersiapkan saya untuk pemahaman saintifik sebenar mengenai lubang cacing?
Dr. Stephen Hsu: Di Star Trek, mereka tidak betul-betul menggunakan lubang cacing, tetapi mungkin rawatan terbaik dalam sci-fi untuk lubang cacing adalah dalam filem Contact, yang berdasarkan buku karangan Carl Sagan. Dan sebenarnya dari segi sejarah, ketika Sagan menulis novel - Sagan adalah profesor astronomi - dia menghubungi seorang pakar dalam Relativiti Umum, seorang lelaki bernama Kip Thorne, di Caltech, dan ingin memastikan bahawa cara lubang cacing diperlakukan dalam Kontak sebenarnya seperti hampir betul secara saintifik mungkin. Dan itu sebenarnya mendorong Thorne untuk melakukan banyak penyelidikan mengenai lubang cacing. Pekerjaan kita sebenarnya adalah penyambungan perkara yang dia lakukan.
Fraser: Oleh itu, jika anda ingin membina lubang cacing, secara teorinya, apa yang akan anda lakukan?
Hsu: Anda perlu mempunyai perkara yang sangat pelik atau eksotik dan perkara itu mesti mempunyai tekanan yang sangat negatif. Ternyata untuk menstabilkan kerongkong atau saluran lubang cacing, anda memerlukan perkara yang sangat pelik dan kerja kita ada kaitannya dengan seberapa mungkin perkara seperti itu terdapat dalam model fizik zarah.
Fraser: Katakan anda membina air mata dalam jarak masa dan anda mengisinya dengan bahan eksotik agar tetap terbuka, dan kemudian anda dapat menggerakkan dua titik akhir lubang cacing di sekitar Alam Semesta dan mereka akan menghubungkan ruang dan waktu.
Hsu: Tetapi dalam beberapa kisah fiksyen ilmiah, mereka berpendapat bahawa hanya ada beberapa lubang cacing yang tersisa dari Big Bang, dan kita akan menjumpainya dan mula menggunakannya. Tetapi model yang membina adalah bahawa manusia, atau beberapa peradaban asing, benar-benar membangun sendiri, dan dalam kes itu kedua ujung lubang cacing mungkin cukup dekat bersama pada awalnya tetapi kemudian anda melepaskannya.
Fraser: Di manakah penyelidikan anda mendorong anda melihat lubang cacing?
Hsu: Kami sedang mengkaji kekangan mendasar pada sesuatu yang disebut "persamaan keadaan jirim" - sifat apa, seperti tekanan atau ketumpatan tenaga. Kami menemui beberapa kekangan yang sangat kuat, dan ternyata kekangan tersebut sangat negatif untuk kemungkinan membina lubang cacing.
Fraser: Apa kesannya pada lubang cacing?
Hsu: Untuk mendapatkan perkara eksotik yang sangat pelik yang saya sebutkan sebelumnya dengan tekanan yang sangat negatif, ternyata persamaan menunjukkan bahawa apabila anda memaksa tekanan menjadi negatif, selalu ada mod yang tidak stabil dalam masalah ini, yang bermaksud bahawa jika anda berada untuk membongkar alat anda, anda mungkin menemui bahan eksotik - yang menstabilkan lubang cacing - hanya runtuh menjadi sekumpulan foto atau sesuatu.
Fraser: Adakah masalah untuk tidak memukul alat anda, atau secara teorinya mustahil untuk mencapai titik yang stabil?
Hsu: Saya akan mengatakan bahawa secara teorinya mustahil untuk membina perkara klasik yang stabil dan dapat menstabilkan lubang cacing. Anda mungkin bertanya, mungkin saya hanya akan menghindar dari membongkar barang itu, tetapi jika anda menghantar seseorang melalui lubang cacing, itu sendiri akan memberikan lebam dan kemungkinan besar akan menyebabkan keseluruhannya hancur.
Fraser: Katakan anda tidak mahu menghantar orang, anda hanya mahukan cara menghantar maklumat - bercakap kembali pada masa yang lalu.
Hsu: Itu tidak dikecualikan. Ternyata kekangan yang kami hasilkan berkaitan dengan perkara di mana kesan kuantumnya agak kecil. Sekiranya anda mempunyai masalah di mana kesan kuantum sangat besar, anda mungkin masih mempunyai lubang cacing yang stabil. Lubang cacing itu sendiri akan kabur dengan cara kuantum. Tiub lubang cacing akan berubah-ubah seperti keadaan kuantum. Sekarang, itu tidak menghalangi anda menghantar semula mesej pada masa yang lalu; anda mungkin perlu cuba menghantar mesej berkali-kali untuk mendapatkannya ke tempat yang anda mahukan. Tetapi, mungkin anda masih boleh menghantar mesej. Menghantar seseorang mungkin berbahaya jika lubang cacing berubah-ubah kerana orang itu mungkin berakhir di tempat yang salah atau pada masa yang salah.
Fraser: Saya pernah mendengar anggaran bahawa membina lubang cacing memerlukan lebih banyak tenaga daripada seluruh Alam Semesta. Adakah anda mempunyai beberapa jenis pengiraan yang berkaitan?
Hsu: Pengiraan kami tidak semestinya menunjukkannya. Ia memerlukan banyak ketumpatan tenaga untuk membuat lubang cacing yang cukup besar bagi manusia untuk dilalui. Tetapi, biasanya dengan mempertimbangkan masalah seperti ini, anda menganggap bahawa tamadun apa pun yang cuba dilakukan ini mempunyai teknologi yang sewenang-wenangnya maju. Apa yang ingin kami fahami adalah apakah ada batasan yang bukan berasal dari teknologi tetapi benar-benar berasal dari undang-undang asas fizik.
Fraser: Dan dari mana penyelidikan anda akan membawa anda dari sekarang? Adakah terdapat sesuatu yang anda masih tidak pasti?
Hsu: Hasil kami terutama berkaitan dengan lubang cacing klasik, atau lubang cacing yang jarak ruangnya tidak terlalu mekanik kuantum, dan kami masih berminat untuk melihat apakah kami dapat memperluas hasil kami untuk menutup lubang cacing di mana masa ruang kabur.
Fraser: Terdapat beberapa karya baru mengenai tenaga gelap di mana mereka mengatakan bahawa kesan tenaga gelap nampaknya berlaku di Alam Semesta, bahawa ia mempercepat. Sama ada ada bentuk tenaga baru yang belum pernah dilihat sebelumnya, atau mungkin ini adalah kerosakan dalam teori Einstein pada tahap yang besar. Sekiranya sebilangan karya itu mula menunjukkan bahawa mungkin relativiti Einstein tidak dapat menjelaskannya pada tahap yang lebih besar, adakah ia akan mempunyai implikasi terhadap pemahaman klasik tentang apa itu lubang cacing?
Hsu: Dalam konteks tenaga gelap, kerana ia adalah sesuatu yang mempengaruhi struktur skala besar Alam Semesta, tingkah laku Alam Semesta pada skala panjang megaparsec, selalu mungkin bahawa Relativiti Umum sebagai teori diubah pada jarak yang sangat besar dan kerana kita tidak dapat mengujinya pada jarak tersebut. Oleh itu, kemungkinan kesimpulan yang anda dapat dari Relativiti tidak dapat dilaksanakan. Dalam kes kami, skala panjang yang kami gunakan Relativiti Umum adalah pada ukuran manusia. Oleh itu, agak mengejutkan jika Relativiti Umum telah merosot pada skala panjang, walaupun mungkin.
Fraser: Oleh itu, lebih kepada perkara kecil yang anda lihat. Ia masih menerangkan perkara dengan baik pada skala ini.
Hsu: Betul, ada ujian eksperimen kuat Relativiti Umum, atau sekurang-kurangnya graviti Newton, pada skala panjang meter daripada pada megaparsecs. Oleh itu, kami sedikit lebih yakin bahawa rumusan matematik graviti yang kami gunakan adalah betul.
Fraser: Sekiranya saya ingin menyeberangi Alam Semesta dengan cepat, saya mungkin harus melihat ke arah pemacu melengkung, atau mungkin hanya lama yang bergerak di ruang biasa.
Hsu: Saya peminat fiksyen ilmiah, dan sejak saya masih kecil, tetapi sebagai saintis, saya harus mengatakan seolah-olah Alam Semesta kita nampaknya tidak dibina dengan cara yang sangat mudah bagi manusia untuk mendapatkannya dari bintang ke bintang. Dan sains yang akhirnya kita dekat dengan Matahari kita, tetapi kita melakukan perkara-perkara luar biasa dengan bioengineering atau teknologi maklumat atau A.I. nampaknya lebih senang dilaksanakan dengan undang-undang fizikal kita, daripada Star Trek.
