สัมพัทธภาพพิเศษ มันเป็นสิ่งที่น่าประหลาดใจสำหรับนักสำรวจอวกาศนักเขียนนิยายและวิทยาศาสตร์ตั้งแต่อัลเบิร์ตไอน์สไตน์เสนอในปี 1905 สำหรับพวกเราที่ฝันถึงมนุษย์ในวันเดียวกลายเป็นสสารระหว่างดวงดาวข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์นี้เป็นเหมือนผ้าห่มเปียก โชคดีที่มีแนวคิดทางทฤษฎีบางอย่างที่ได้รับการเสนอเพื่อระบุว่าการเดินทาง Faster-Than-Light (FTL) อาจยังคงเป็นไปได้สักวันหนึ่ง
ตัวอย่างที่ได้รับความนิยมคือแนวคิดของเวิร์ม: โครงสร้างการเก็งกำไรที่เชื่อมโยงสองจุดที่ห่างไกลในเวลาอวกาศที่จะช่วยให้การเดินทางในอวกาศระหว่างดวงดาว เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ของ Ivy League ได้ทำการศึกษาซึ่งบ่งชี้ว่า“ หนอนเจาะทะลุ” เป็นจริงได้อย่างไร ข่าวดีก็คือผลลัพธ์ของพวกเขาบ่งชี้ว่าหนอนเหล่านี้ไม่ได้เป็นทางลัดอย่างแท้จริงและอาจเทียบเท่ากับ "การเดินทางไกล" ในจักรวาล!
เดิมทฤษฎีของหนอนถูกเสนอเป็นวิธีแก้ปัญหาสมการภาคสนามของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (GR) ไม่นานหลังจาก Einstein ตีพิมพ์ทฤษฎีในปี 1915 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Karl Schwarzschild ค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ที่ไม่เพียง แต่ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำเท่านั้น แต่ยังมีทางเดินเชื่อมต่อ
น่าเสียดายที่ Schwarzschild พบว่าช่องโหว่ใด ๆ ที่เชื่อมต่อหลุมดำสองแห่งนั้นจะยุบเร็วเกินไปสำหรับทุกสิ่งที่จะข้ามจากปลายด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง วิธีเดียวที่พวกเขาสามารถผ่านได้คือถ้าพวกมันเสถียรโดยการมีอยู่ของสสารแปลกใหม่ที่มีความหนาแน่นพลังงานเชิงลบ Daniel Jafferis ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ของ Thomas D. Cabot ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด
ในขณะที่เขาอธิบายการวิเคราะห์ของเขาในระหว่างการประชุมเมษายน 2019 ของ American Physical Society ในเดนเวอร์โคโลราโด:
“ ความคาดหวังของการกำหนดค่าช่องโหว่ที่หนอนผ่านได้นั้นเป็นที่มาของความหลงใหลมานานแล้ว ฉันจะอธิบายตัวอย่างแรกที่สอดคล้องในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ UV ที่สมบูรณ์ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับเรื่องแปลกใหม่ การกำหนดค่าเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างปลายทั้งสองของหนอน ฉันจะหารือเกี่ยวกับผลกระทบของข้อมูลควอนตัมในเรื่องแรงโน้มถ่วงความขัดแย้งของข้อมูลหลุมดำและความสัมพันธ์กับการเคลื่อนย้ายควอนตัมควอนตัม”
สำหรับวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้ Jafferis ได้ตรวจสอบงานที่ดำเนินการโดย Einstein และ Nathan Rosen ในปี 1935 เมื่อมองไปที่ผลงานของ Schwarszchild และนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ที่กำลังมองหาวิธีแก้ปัญหา GR พวกเขาเสนอความเป็นไปได้ของ เวลาว่าง (เรียกว่า "สะพานไอน์สไตน์ - โรเซ็น" หรือ "หนอน") ซึ่งในทางทฤษฎีอาจอนุญาตให้สสารและวัตถุผ่านระหว่างพวกเขาได้
ในปี 2013 ทฤษฎีนี้ถูกใช้โดยนักฟิสิกส์ทฤษฎี Leonard Susskind และ Juan Maldacena ในการแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับ GR และ "การพัวพันควอนตัม" ทฤษฎีนี้แสดงให้เห็นว่าหนอนนั้นเป็นสาเหตุที่ทำให้อนุภาคของรัฐสามารถเข้าไปยุ่งกับคู่ของมันได้แม้ว่าจะถูกแยกจากกันโดยพันล้านปีแสงก็ตาม
มันมาจากที่นี่ที่ Jafferis พัฒนาทฤษฎีของเขาโดยอ้างว่าหนอนนั้นสามารถเคลื่อนที่ผ่านอนุภาคแสง (หรือที่เรียกว่าโฟตอน) เพื่อทดสอบสิ่งนี้ Jafferis ทำการวิเคราะห์ด้วยความช่วยเหลือของ Ping Gao และ Aron Wall (นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ Harvard และนักวิทยาศาสตร์การวิจัยของมหาวิทยาลัย Stanford ตามลำดับ)
สิ่งที่พวกเขาพบก็คือในขณะที่มันเป็นไปได้ในทางทฤษฎีแสงเฟอร์เพื่อเข้าไปในรูหนอนพวกมันไม่ใช่ทางลัดของจักรวาลที่เราทุกคนหวังว่าจะเป็น ดังที่ Jafferis อธิบายไว้ในแถลงการณ์ของ AIP ว่า“ ใช้เวลานานกว่าในการเจาะรูหนอนเหล่านี้แทนที่จะไปตรงดังนั้นมันจึงไม่ค่อยมีประโยชน์สำหรับการเดินทางในอวกาศ”
โดยทั่วไปผลการวิเคราะห์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างหลุมดำนั้นสั้นกว่าการเชื่อมต่อแบบหนอน ในขณะที่ข่าวนี้ดูเหมือนจะเป็นข่าวร้ายสำหรับผู้ที่ตื่นเต้นกับการเดินทางระหว่างดวงดาว (และอวกาศ) สักวันหนึ่งข่าวดีก็คือทฤษฎีนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับขอบเขตของกลศาสตร์ควอนตัม
“ การนำเข้าที่แท้จริงของงานนี้เกี่ยวข้องกับปัญหาข้อมูลหลุมดำและการเชื่อมต่อระหว่างแรงโน้มถ่วงและกลศาสตร์ควอนตัม” Jafferis กล่าว “ ปัญหา” ที่เขาอ้างถึงเป็นที่รู้จักกันในชื่อหลุมดำข้อมูลความขัดแย้งสิ่งที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ต่อสู้มาตั้งแต่ปี 2518 เมื่อสตีเฟ่นฮอว์คิงค้นพบว่าหลุมดำมีอุณหภูมิและรังสีรั่วไหลช้าๆ
บุคคลที่ผิดธรรมดานี้เกี่ยวข้องกับวิธีที่หลุมดำสามารถรักษาข้อมูลใด ๆ ที่ผ่านเข้ามาได้ แม้ว่าสิ่งใดก็ตามที่ถูกอัดไว้บนพื้นผิวของพวกมันจะถูกบีบอัดจนถึงจุดเอกฐาน แต่สถานะควอนตัมของสสารในเวลาที่ถูกบีบอัดจะถูกรักษาไว้ด้วยการยืดเวลา (มันจะกลายเป็นน้ำแข็งในเวลา)
แต่ถ้าหลุมดำสูญเสียมวลในรูปของรังสีและระเหยไปในที่สุดข้อมูลนี้ก็จะหายไปในที่สุด โดยการพัฒนาทฤษฎีที่แสงสามารถเดินทางผ่านหลุมดำการศึกษานี้อาจเป็นวิธีการแก้ไขความขัดแย้งนี้ แทนที่จะเป็นรังสีจากหลุมดำที่แสดงถึงการสูญเสียพลังงานจำนวนมากอาจเป็นไปได้ว่าการแผ่รังสีฮอว์คิงนั้นมาจากภูมิภาคอื่นในอวกาศ
มันอาจช่วยนักวิทยาศาสตร์ที่พยายามพัฒนาทฤษฎีที่รวมแรงโน้มถ่วงกับกลศาสตร์ควอนตัม (aka. แรงโน้มถ่วงควอนตัมหรือ "ทฤษฎีของทุกสิ่ง") นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่า Jafferis ใช้เครื่องมือทฤษฎีสนามควอนตัมเพื่อยืนยันการมีอยู่ของหลุมดำที่สำรวจได้ดังนั้นการทำสิ่งที่ต้องการอนุภาคแปลกใหม่และมวลลบ (ซึ่งไม่สอดคล้องกับแรงโน้มถ่วงควอนตัม) ดังที่ Jafferis อธิบาย:
“ มันให้การตรวจสอบเชิงสาเหตุของภูมิภาคที่อาจมีอยู่หลังเส้นขอบฟ้าเป็นหน้าต่างสู่ประสบการณ์ของผู้สังเกตการณ์ในกาลอวกาศซึ่งสามารถเข้าถึงได้จากด้านนอก ฉันคิดว่ามันจะสอนเราอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับการติดต่อมาตรวัด / แรงโน้มถ่วงแรงโน้มถ่วงควอนตัมและบางทีอาจเป็นวิธีใหม่ในการกำหนดกลศาสตร์ควอนตัม”
เช่นเคยความก้าวหน้าในวิชาฟิสิกส์เชิงทฤษฎีสามารถเป็นดาบสองคมได้ด้วยมือเดียวและเอาไปกับอีกมือหนึ่ง ดังนั้นในขณะที่การศึกษานี้อาจโยนน้ำเย็นมากขึ้นในความฝันของการเดินทาง FTL แต่มันก็สามารถช่วยเราปลดล็อกความลึกลับลึก ๆ ของจักรวาลได้เป็นอย่างดี ใครจะรู้? บางทีความรู้บางอย่างอาจทำให้เราสามารถหาวิธีแก้ปัญหาที่สะดุดนี้ซึ่งรู้จักกันในชื่อสัมพัทธภาพพิเศษ!
