Wormhole: sejarah, teori, jenis, pelatihan, perjalanan dalam waktu

Lubang cacing, dalam astrofisika dan kosmologi, adalah lorong yang menghubungkan dua titik dalam jalinan ruangwaktu. Sama seperti apel yang jatuh menginspirasi teori gravitasi Isaac Newton pada tahun 1687, cacing yang melubangi apel telah mengilhami teori-teori baru, juga dalam kerangka gravitasi.

Sama seperti worm yang berhasil mencapai titik lain di permukaan blok melalui sebuah terowongan, lubang cacing ruang-waktu adalah jalan pintas teoretis yang memungkinkan perjalanan ke situs yang jauh di alam semesta dalam waktu yang lebih singkat.

Ini adalah ide yang telah menangkap dan terus menangkap imajinasi banyak orang. Sementara itu, para kosmolog sibuk mencari cara untuk membuktikan keberadaan mereka. Tetapi saat ini mereka masih menjadi objek spekulasi.

Untuk mendapatkan sedikit lebih dekat dengan pemahaman lubang cacing, kemungkinan perjalanan dalam waktu melalui mereka dan perbedaan yang ada antara lubang cacing dan lubang hitam, kita harus menempatkan diri kita dalam konsep ruangwaktu.

Apa itu ruangwaktu?

Konsep ruang-waktu terkait erat dengan wormhole. Oleh karena itu perlu ditetapkan terlebih dahulu apa itu dan apa karakteristik utamanya.

Ruangwaktu adalah tempat setiap kejadian di alam semesta terjadi. Dan alam semesta pada gilirannya adalah totalitas ruang-waktu, yang mampu menampung semua bentuk materi-energi dan banyak lagi ...

Ketika pacar bertemu dengan pacar, itu adalah sebuah acara, tetapi acara ini memiliki beberapa koordinat spasial: tempat pertemuan. Dan koordinat temporal: tahun, bulan, hari dan jam pertemuan.

Kelahiran bintang atau ledakan supernova juga merupakan peristiwa yang terjadi dalam ruang-waktu.

Sekarang, di wilayah alam semesta yang bebas dari massa dan interaksi, ruangwaktu adalah datar. Ini berarti bahwa dua sinar cahaya yang mulai paralel terus seperti ini, selama mereka tetap berada di wilayah itu. Ngomong-ngomong, untuk seberkas cahaya, waktu itu abadi.

Tentu saja, ruangwaktu tidak selalu datar. Alam semesta berisi benda-benda yang memiliki massa yang memodifikasi ruang-waktu, yang berasal dari kelengkungan ruang-waktu pada skala universal.

Albert Einstein sendiri yang menyadari, pada saat inspirasi dia menyebut "ide paling bahagia dalam hidup saya, " bahwa pengamat yang dipercepat tidak dapat dibedakan secara lokal dari seseorang yang dekat dengan objek besar. Ini adalah prinsip kesetaraan yang terkenal.

Dan kurva pengamat dipercepat ruangwaktu, yaitu, geometri Euclidean tidak lagi valid. Oleh karena itu, di lingkungan objek besar seperti bintang, planet, galaksi, lubang hitam atau alam semesta itu sendiri, ruang-waktu melengkung.

Lengkungan ini dirasakan oleh manusia sebagai kekuatan yang disebut gravitasi, setiap hari tetapi sekaligus misterius.

Gravitasi sama misteriusnya dengan gaya yang mendorong kita maju ketika bus yang kita tumpangi berhenti tiba-tiba. Seolah tiba-tiba sesuatu yang tak terlihat, gelap dan besar, untuk sesaat berdiri di depan kami dan menarik kami, mendorong kami tiba-tiba ke depan.

Planet-planet bergerak dalam bentuk elips di sekitar Matahari karena massa yang satu ini menghasilkan depresi di permukaan ruang-waktu yang menyebabkan planet-planet melengkung lintasan mereka. Sinar bercahaya juga melengkung lintasannya mengikuti depresi ruang-waktu yang dihasilkan oleh Matahari.

Terowongan melalui ruang - waktu

Jika ruang-waktu adalah permukaan melengkung, pada prinsipnya tidak ada yang mencegah suatu area untuk terhubung dengan yang lain melalui terowongan. Bepergian melalui terowongan seperti ini tidak hanya akan melibatkan perubahan tempat, tetapi juga menawarkan kemungkinan pergi ke waktu lain.

Gagasan ini telah menginspirasi banyak buku, seri, dan film fiksi ilmiah, di antaranya seri Amerika terkenal tahun enam puluhan "The tunnel of time" dan baru-baru ini "Deep Space 9" dari franchise Star Trek dan film Interstellar 2014.

Gagasan itu datang dari Einstein yang sama, yang mencari solusi untuk persamaan bidang Relativitas Umum, ditemukan dengan Nathan Rosen solusi teoretis yang memungkinkan untuk menghubungkan dua wilayah ruang-waktu yang berbeda melalui terowongan yang berfungsi sebagai jalan pintas.

Solusi itu dikenal sebagai jembatan Einstein-Rosen dan muncul dalam sebuah karya yang diterbitkan pada tahun 1935.

Namun, istilah "lubang cacing" digunakan untuk pertama kalinya pada tahun 1957, berkat fisikawan teoritis John Wheeler dan Charles Misner dalam publikasi tahun itu. Sebelumnya ada pembicaraan tentang "tabung satu dimensi" untuk merujuk pada ide yang sama.

Kemudian pada tahun 1980, Carl Sagan menulis novel fiksi ilmiah "Kontak, " sebuah buku dari mana sebuah film kemudian dibuat. Sang protagonis bernama Elly menemukan kehidupan makhluk luar angkasa yang cerdas 25 ribu tahun cahaya. Carl Sagan ingin Elly bepergian ke sana, tetapi dengan cara yang secara ilmiah dapat dipercaya.

Untuk melakukan perjalanan 25 ribu tahun cahaya bukanlah tugas yang mudah bagi manusia, kecuali jalan pintas dicari. Lubang hitam tidak bisa menjadi solusi, karena ketika mendekati singularitas, gravitasi diferensial akan merobek kapal dan krunya.

Dalam mencari kemungkinan lain, Carl Sagan berkonsultasi dengan salah satu ahli lubang hitam utama saat itu: Kip Thorne, yang mulai berpikir tentang masalah ini dan menyadari bahwa Einstein-Rosen menjembatani atau lubang cacing Wheeler adalah solusinya.

Namun, Thorne juga memperhatikan bahwa solusi matematisnya tidak stabil, yaitu terowongan terbuka, tetapi dalam waktu singkat mencekik dan menghilang.

Ketidakstabilan lubang cacing

Apakah mungkin menggunakan lubang cacing untuk menempuh jarak yang sangat jauh dalam ruang dan waktu?

Sejak mereka dirancang, lubang cacing telah melayani di banyak plot fiksi ilmiah untuk membawa protagonis mereka ke tempat-tempat terpencil dan mengalami paradoks waktu nonlinear.

Kip Thorne menemukan dua solusi yang mungkin untuk masalah ketidakstabilan lubang cacing:

  • Melalui busa kuantum yang disebut. Pada skala Planck (10-35 m) ada fluktuasi kuantum yang mampu menghubungkan dua wilayah ruangwaktu melalui microtunnels. Peradaban hipotetis yang sangat maju dapat menemukan cara untuk memperluas bagian-bagian dan menjaga mereka cukup lama untuk dilewati manusia.
  • Materi massa negatif. Menurut perhitungan yang diterbitkan pada tahun 1990 oleh Thorne sendiri, akan diperlukan sejumlah besar masalah aneh ini untuk menjaga ujung lubang cacing tetap terbuka.

Hal yang luar biasa tentang solusi terakhir ini adalah bahwa tidak seperti lubang hitam, tidak ada fenomena singularitas atau kuantum, dan perjalanan manusia melalui terowongan jenis ini layak dilakukan.

Dengan cara ini, lubang cacing tidak hanya memungkinkan menghubungkan daerah yang jauh di ruang angkasa, tetapi juga dipisahkan dalam waktu. Karena itu mereka adalah mesin untuk bepergian dalam waktu.

Stephen Hawking, referensi besar kosmologi dari akhir abad kedua puluh, tidak percaya layak atau lubang cacing atau mesin waktu, karena banyak paradoks dan kontradiksi yang muncul dari mereka.

Itu tidak mengurangi semangat para peneliti lain, yang telah menyarankan kemungkinan bahwa dua lubang hitam di berbagai ruang-waktu, terhubung secara internal oleh lubang cacing.

Meskipun ini tidak akan praktis untuk perjalanan ruang-waktu, karena selain dari kesengsaraan yang akan membawa masuk ke singularitas lubang hitam, tidak akan ada kemungkinan untuk meninggalkan ujung yang lain, karena itu adalah lubang hitam lain.

Perbedaan antara lubang hitam dan lubang cacing

Ketika Anda berbicara tentang lubang cacing, Anda juga segera berpikir tentang lubang hitam.

Lubang hitam terbentuk secara alami, setelah evolusi dan kematian bintang yang memiliki massa kritis tertentu.

Itu muncul setelah bintang kehabisan bahan bakar nuklirnya dan mulai berkontraksi secara ireversibel karena gaya gravitasinya sendiri. Ia terus berlanjut tanpa henti hingga menyebabkan keruntuhan sedemikian rupa sehingga tidak kurang dari jari-jari horizon peristiwa dapat melarikan diri, bahkan cahaya.

Sebagai perbandingan, lubang cacing adalah kejadian luar biasa, konsekuensi dari anomali hipotetis dalam kelengkungan ruang-waktu. Secara teori dimungkinkan untuk melalui mereka.

Namun, jika seseorang mencoba melewati lubang hitam, gravitasi yang kuat dan radiasi ekstrem di sekitar singularitas akan mengubahnya menjadi benang tipis partikel subatomik.

Ada bukti tidak langsung dan hanya baru-baru ini bukti langsung tentang keberadaan lubang hitam. Di antara bukti-bukti ini adalah emisi dan deteksi gelombang gravitasi oleh tarikan dan rotasi dua lubang hitam kolosal, yang dideteksi oleh observatorium gelombang gravitasi LIGO.

Ada bukti bahwa di pusat galaksi besar, seperti Bima Sakti kita ada lubang hitam supermasif.

Rotasi cepat bintang-bintang di dekat pusat, serta sejumlah besar radiasi frekuensi tinggi yang berasal darinya, adalah bukti tidak langsung bahwa ada lubang hitam besar yang menjelaskan keberadaan fenomena ini.

Barulah pada 10 April 2019 foto pertama lubang hitam supermasif (7000 juta kali massa Matahari) ditunjukkan kepada dunia, terletak di galaksi yang sangat jauh: Messier 87 di rasi Virgo, menjadi 55 juta tahun cahaya dari Bumi.

Foto lubang hitam ini dimungkinkan berkat jaringan teleskop di seluruh dunia, yang disebut "Event Horizon Telescope", dengan partisipasi lebih dari 200 ilmuwan dari seluruh dunia.

Dari lubang cacing sebagai gantinya, tidak ada bukti sampai saat ini. Para ilmuwan telah dapat mendeteksi dan melacak lubang hitam, namun hal yang sama tidak mungkin terjadi pada lubang cacing.

Oleh karena itu mereka adalah objek hipotetis, meskipun secara teori layak, karena pada satu waktu mereka juga lubang hitam.

Ragam / jenis lubang cacing

Meskipun mereka belum terdeteksi, atau mungkin justru karena ini, mereka membayangkan berbagai kemungkinan lubang cacing. Semua secara teori layak, karena mereka memenuhi persamaan Einstein untuk relativitas umum. Inilah beberapa:

  • Lubang cacing yang menghubungkan dua wilayah spatio-temporal dari alam semesta yang sama.
  • Lubang cacing mampu menghubungkan alam semesta dengan alam semesta lain.
  • Jembatan Einstein-Rosen, di mana materi bisa berpindah dari satu lubang ke lubang lainnya. Meskipun langkah materi ini akan menyebabkan ketidakstabilan, menyebabkan terowongan runtuh dengan sendirinya.
  • Lubang cacing Kip Thorne, dengan cangkang bundar materi massa negatif. Itu stabil dan dapat diterima di kedua arah.
  • Cacing Schwarzschild disebut, terdiri dari dua lubang hitam statis yang terhubung. Mereka tidak dapat dilalui, karena materi dan cahaya terjebak di antara kedua ujungnya.
  • Lubang cacing dengan beban dan / atau rotasi atau Kerr, terdiri dari dua lubang hitam dinamis yang terhubung secara internal, dapat dilalui dalam satu arah.
  • Busa ruang-waktu kuantum, yang keberadaannya diteorikan pada tingkat subatomik. Busa ini terdiri dari terowongan subatom yang sangat tidak stabil yang menghubungkan berbagai area. Untuk menstabilkan dan memperluas mereka akan membutuhkan penciptaan plasma quark dan gluon, yang akan menuntut jumlah energi yang hampir tak terbatas untuk generasi mereka.
  • Baru-baru ini, berkat teori string, teori ini telah berteori tentang lubang cacing yang didukung oleh string kosmik.
  • Lubang hitam terjalin dan kemudian dipisahkan, dari mana muncul lubang ruang-waktu, atau jembatan Einstein-Rosen yang disatukan oleh gravitasi. Ini adalah solusi teoretis yang diusulkan pada September 2013 oleh fisikawan Juan Maldacena dan Leonard Susskind.

Semua sangat mungkin, karena mereka tidak bertentangan dengan persamaan Einstein tentang relativitas umum.

Apakah mungkin melihat lubang cacing suatu hari?

Untuk waktu yang lama, lubang hitam adalah solusi teoritis untuk persamaan Einstein. Einstein sendiri mempertanyakan kemungkinan bahwa mereka dapat dideteksi oleh manusia.

Jadi untuk waktu yang lama, lubang hitam tetap menjadi prediksi teoritis, sampai mereka ditemukan dan ditemukan. Para ilmuwan memiliki harapan yang sama untuk lubang cacing.

Sangat mungkin bahwa mereka juga ada di sana, tetapi mereka belum belajar untuk menemukannya. Meskipun menurut publikasi yang sangat baru, lubang cacing akan meninggalkan jejak dan bayangan yang dapat diamati bahkan dengan teleskop.

Dipercayai bahwa foton bergerak di sekitar lubang cacing menghasilkan cincin bercahaya. Foton terdekat jatuh di dalam dan meninggalkan bayangan yang akan membedakan mereka dari lubang hitam.

Menurut Rajibul Shaikh, seorang ahli fisika di Institut Tata Penelitian Fundamental di Mumbai di India, jenis lubang cacing putar akan menghasilkan bayangan yang lebih besar dan bengkok daripada lubang hitam.

Dalam karyanya, Shaikh telah mempelajari bayangan teoritis yang diproyeksikan oleh kelas tertentu dari lubang cacing yang berputar, dengan fokus pada peran penting tenggorokan untuk pembentukan bayangan foton yang mengidentifikasi dan membedakannya dari lubang hitam.

Shaikh juga menganalisis ketergantungan bayangan dengan rotasi lubang cacing dan juga membandingkannya dengan bayangan yang diproyeksikan oleh lubang hitam Kerr yang berputar, menemukan perbedaan yang signifikan. Ini adalah karya yang sepenuhnya teoretis.

Terlepas dari itu, untuk saat ini, lubang cacing tetap sebagai abstraksi matematis, tetapi ada kemungkinan bahwa seseorang akan segera dapat melihatnya. Apa yang ada di ekstrem yang lain, untuk saat ini tetap menjadi subjek dugaan.