Deutsche Physiker sagen, dass die Wurmlöcher gekreuzt werden können

Deutsche Physiker untersuchen die Möglichkeit von Tunneln in der Raumzeit.

Wurmlöcher spielen in vielen Science-Fiction-Filmen eine wichtige Rolle – oft eine Abkürzung zwischen zwei entfernten Punkten im Raum. In der Physik blieben diese Tunnel in der Raumzeit jedoch rein hypothetisch. Ein internationales Team unter der Leitung von Dr. José Luis Blázquez-Salcedo von der Universität Oldenburg hat nun in der Zeitschrift Science ein neues theoretisches Modell vorgestellt Physische Überprüfungsschreiben Das lässt mikroskopisch kleine Wurmlöcher weit entfernt von früheren Theorien erscheinen.

Wurmlöcher erscheinen wie Schwarze Löcher in den Gleichungen von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, die 1916 veröffentlicht wurde. Eine wichtige Annahme von Einsteins Theorie ist, dass das Universum vier Dimensionen hat – drei räumliche Dimensionen und die Zeit die vierte Dimension. Zusammen bilden sie die sogenannte Raumzeit, und die Raumzeit kann durch massive Objekte wie Sterne erweitert und gebogen werden, genau wie eine Gummiplatte durch eine Metallkugel gebogen werden kann, die darin versinkt. Die Krümmung der Raumzeit bestimmt die Art und Weise, wie sich Objekte wie Raumschiffe und Planeten sowie das Licht bewegen.

„Theoretisch kann die Raumzeit auch ohne massive Körper gebogen und gekrümmt werden“, sagt Blazquez Salcedo, der seitdem an die Complutense-Universität in Madrid in Spanien gezogen ist. In diesem Szenario wäre ein Wurmloch eine sehr gekrümmte Region der Raumzeit das ähnelt zwei miteinander verbundenen Pfaden, die zwei entfernte Punkte im Raum verbinden, wie ein Tunnel. Der Physiker erklärt: „Aus mathematischer Sicht wäre eine solche Abkürzung möglich, aber niemand hatte ein echtes Wurmloch bemerkt.“

Darüber hinaus wäre ein solches Wurmloch instabil. Wenn zum Beispiel ein Raumschiff in einem fliegt, fällt es sofort in ein zusammen Schwarzes Loch Etwas, in dem sich die Substanz versteckt und nicht wieder gesehen werden kann. Ihre Verbindung zu anderen Orten im Universum wird getrennt. Frühere Modelle zeigen, dass der einzige Weg, ein Wurmloch offen zu halten, darin besteht, eine seltsame Form von Materie mit negativer Masse zu verwenden, oder mit anderen Worten, sie wiegt weniger als nichts und existiert nur in der Theorie.

Blázquez-Salcedo und die Kollegen Dr. Christian Noll von der Universität Oldenburg und Eugene Rado von der Universität Aveiro in Portugal haben in ihrem Modell jedoch gezeigt, dass Wurmlöcher auch ohne dieses Material durchquert werden können.

Die Forscher entschieden sich für einen relativ einfachen „quasi-klassischen“ Ansatz. Sie kombinierten Elemente der Relativitätstheorie mit Elementen der Quantentheorie und der klassischen Elektrodynamik. In ihrem Modell berücksichtigten sie, dass einige Elementarteilchen wie Elektronen und ihre elektrischen Ladungen das Material sind, das durch das Wurmloch gelangt. Als mathematische Beschreibung wählten sie die Dirac-Gleichung, eine Formel, die die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eines Teilchens nach Quantentheorie und Relativitätstheorie als sogenanntes Dirac-Feld beschreibt.

Wie die Physiker in ihrer Studie berichten, ermöglicht die Einbeziehung des Dirac-Feldes in ihr Modell die Durchquerung eines Wurmlochs durch Materie, sofern das Verhältnis zwischen der elektrischen Ladung und der Masse des Wurmlochs eine bestimmte Grenze überschreitet. Neben der Materie können Signale – beispielsweise elektromagnetische Wellen – in der Raumzeit kleine Tunnel durchqueren. Vielleicht wären die mikroskopischen Wurmlöcher, von denen das Team vermutete, nicht für interstellare Reisen geeignet. Darüber hinaus müsste das Modell weiter verbessert werden, um festzustellen, ob solche ungewöhnlichen Strukturen tatsächlich existieren könnten. „Wir glauben, dass Wurmlöcher auch in einem vollständigen Modell vorhanden sein könnten“, sagt Blazquez Salcedo.

Referenz: „Durchquerbare Wurmlöcher in der Einstein-Dirac-Maxwell-Theorie“ von José Luis Blazquez-Salcedo, Christian Noll und Eugene Radu, 9. März 2021, Physische Überprüfungsschreiben.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.101102

Die Wissenschaftler recherchierten ihre Arbeiten im Rahmen der „Schwerkraftmodelle“ der Forschungsgruppe mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Vorsitzender ist der Oldenburger Physiker Prof. Dr. Gota Kunz mit Prof. Dr. Klaus Lamerzal vom Zentrum für Angewandte Raumfahrt- und Schwerelosigkeitstechnik (ZARM) der Universität Bremen. Neben der Universität Oldenburg nehmen mehrere Universitäten und andere Forschungseinrichtungen an dem Programm teil.