Kosmilised keelpillid ja ajamasin

Viis, kuidas reisida kiiremini kui valgus

Teoreetiliselt võivad need salapärased stringid planeediga kokkupuutel põhjustada ka maavärinaid. Pilt: Buwaneka Saranga.

Maad on kirjeldatud kui marmorit; meeleolukas sinine, kulda kandvate mandritega, kuid varjatud siiski õrnalt õitsvate valgete pilvede kohal. See on sile ja iseseisev, eemalt vaadates tundub see nii ümara kujuga, isegi kui keegi tunneb selle pinnal olevaid hirmutavaid šahti ja kaljusid. Ja kuigi need kaevikud ja mäestikud on planeedi mehhanismide normaalne tulemus, on lihtne näha, kuidas keegi teine ​​pinnal - isegi nii lähedal kui kuu - eksiks selle jaoks, et see pole midagi muud kui tasane sinine punkt. Alles siis, kui inimene jõuab pinnale ja proovib vihmametsade põrandal troopilisi liivarandu või paksu lehestikku, saab aru, kui tekstuurne Maa tegelikult on. Universum võib põhimõtteliselt olla täpselt sama moodi.

Kosmilised stringid on universumi jaoks omamoodi tekstuur. Need on topoloogilised vead, mis võisid ilmneda 10-3 sekundit pärast Suurt Pauku, kui universum läbis faasisiire. See faasisiire sarnaneb vee omaga, kuna see muutub tahkest massist vedelikuks gaasiks. Universumi puhul oleks faasisiire toimunud kogu ruumis elavates vedelikutaolistes kvantväljades. Osakesed, millega me tuttav oleme - footonid, gluoonid, kvargid, elektronid - pärinevad kõik kvantväljade lainetest, mis omakorda moodustavad mered, kosmose ja kõik Maa elanikud. Kui universum jahtuks liiga kiiresti, oleks kosmoseaeg lõhenenud juuksepiiride murdudeks, nagu teravad valged veenid, mida sageli näha jääplokkides. See juhtuks, kuna väljad ei oleks alati üksteisega joondatud. Tekkinud praod on kosmilised stringid.

Nende keelpillide üks tähelepanuväärsemaid omadusi on nendesse salvestatud tohutu hulk energiat. Isegi kui nad on õhemad kui prootonid ja on seega nähtamatud isegi meie kõige arenenuma tehnoloogia jaoks, on neil tohutu kaal. Umbes pool miili (1 km) kosmilisest nöörist peaks mass olema sama kui kogu planeedil. Faasisiirde ajal, kui ümbritsev universum langes madalamale energiale, oleks kõrgem energia sattunud stringidesse, kuni need on miljard korda energilisemad kui inimese põhjustatud osakeste kokkupõrked. Sisuliselt võib kosmilisi stringe vaadelda ühe mõõtmeliste mustade aukudena. Selle asemel, et olla punkti ümber sfäärilised, on stringid sümmeetrilised lõpmatu joone ümber. Need stringid (neist umbes kümmekond või kaks) sirutavad vaadeldava universumi pikkuse. Väiksemaid kosmilisi “silmuseid” oleks aga miljardites, see arv täiendaks end pidevalt, kui moodustuvad uued silmused. See juhtub siis, kui võnkuv kosmiline nöör ületab end ja lõikab sellega ära valgusaasta suuruse aasa. Need silmused võivad omakorda olla omavahel ristuvad.

Vedel heelium (ülal), mida mõnikord kasutatakse varajase universumi mudeliks, avaldab faasisiirete läbimisel kvantmehaanilisi defekte. Neid pragusid on näha ka vedelkristallides ja ülijuhtides. Pilt: DPL mittelineaarne dünaamikalabor.

Varase kosmilise stringi uurimisel usuti, et silmused võivad tekitada galaktikaid, kuna varases universumis olevate silmuste arv oleks täpselt ühinenud sel ajal esinevate galaktikate arvuga. Kuid andmed kosmilise mikrolaine fooni kohta ei toetanud seda ideed, selle asemel ei ilmnenud mingeid märke kunagi keerukatest keeltest.

Paljude teadlaste jaoks olid nad väljamõeldud või ei olnud muud kui juhuslikud mõtted. Popkultuuris on neid koheldud samamoodi. Ajarännakuks kasutatakse Alcubierre lõimeajamite abil või avades suurejooneliselt plahvatavad ussiaugud, mis ühendavad meid teise kohta ja ajaga. Ja ikkagi ennustavad matemaatilised mudelid ja osakeste füüsika teooriad ikka ja jälle kosmilisi stringe. Füüsikud nagu Stephen Hawking ja Tom Kibble (vastutavad Higgsi bosoni avastamise eest) toetasid ideed, et kuskil seal, universumi servades, on need stringid olemas ka siis, kui need on rasked leidud.

Huvi kosmiliste keelpillide vastu tuli tagasi 90ndatel. Sellega ettepanek ajarännakuks.

Sellel pildil on näited gravitatsiooniläätsedest koos joonistega 1 ja 2, mis näitavad sama galaktika valgust, mis jõuab meieni eraldi radade kaudu. Pilt NASA poolt.

Teoreetiliselt peab ajaliselt tahapoole liikumiseks olema kiirem kui valguse kiirus. Üldrelatiivsus ütleb, et miski ei saa minna kiiremini kui valguse kiirus, kuid see ütleb ka, et kosmose kangaga saab manipuleerida ja väänata. See manipuleerimine võib anda meile kiirklahvide kiirklahvide otsetee.

Keelpillide venitamine sellisele mõõtmatule suurusele paneb nad palju pingeid (umbes sada miljardit miljardit tonni). Selle pinge tõttu kiirenevad nöörid valguse kiirusele väga lähedal, väänates nende ümber oleva kosmoseaja koonuse kujuks. See tekitab gravitatsioonilise läätse. Gravitatsioonilise läätse abil võib objektist tulev valgus kulgeda rohkem kui ühel teel. Kvasaritest liikuva valguse uurimisel selgub, et kaks erinevat teekonda läbinud eraldi valguskiired võivad üksteisest erineda aasta jooksul (antud juhul 417 päeva). Kui kaks kosmilist stringi läheneksid ja teineteisest mööda läheksid, oleks deformatsioon nii suur, et nende ümber liikuv inimene saaks võtta lühema tee, liikudes valgusest kiiremini ja liikudes seega ajas tagasi. Pärast kosmilise nööri ümberringi kohtumist võiksite end enne lahkuda.

Sellel diagrammil on kosmilise stringi ümber olev aeg aegne ja see annab otsetee (rohelise värviga), mis võib valguse raja ületada (kollane).

Kuid sellel ajamasinal on teatud piirangud. Ühe jaoks võivad kaasnevad gravitatsioonijõud põhjustada musta augu. Ja kui see pole probleem, on ka tõsiasi, et te ei saa minna tagasi aega enne, kui masin olemas oli. Kui me selle sel aastal ehitaksime, võiksid 2098. aasta inimesed tulla meile 2019. aastal külla tagasi, kuid keegi meist ei saaks minna 1800. aastate eksootilisemale ja antiiksemale ajajärgule. 1991. aastal idee välja pakkunud Richard Gott rõhutab, et ajarännak on tegevus, mida võtaksid ainult ülitsivilisatsioonid. Vajalik energia ja manipuleerimine ületab kaugelt kõike, milleks me täna võimelised oleme.

Nüüd keskendume kosmiliste stringide avastamisele, kasutades selleks noore teaduse gravitatsioonilainete astronoomiat. Kui stringid on olemas, on nende peamine viis energia kaotamiseks gravitatsioonilainete kiirgusega. Kuna need ruumis võnkuvad, piitsuvad stringi lõigud valguse kiirusel, andes signaale, mida meil on võimalik tuvastada LIGO või VIRGO (gravitatsioonilise laine vaatluskeskuste) abil. Neid signaale saab väljastada ka silmuste pöörlemisel. Kuid teadlased arvavad, et signaalid on meie jaoks liiga madala sagedusega. Meie parim võimalus nende imetluste tuvastamiseks on 2034. aastal koos laserinterferomeetri kosmoseantenniga (LISA).

On üks viimane segane mõte, mida kosmilised stringid kaasa toovad. Kui nad moodustasid varsti pärast Suurt Pauku, võisid nad hajuda liiga kiiresti, et oleks üldse jälgi jätnud. Need oleksid osa universumi ajaloost, mis on meile kadunud, samamoodi kaotavad kosmose teatavad vaatamisväärsused tulevastele inimestele kosmose laienedes. Siiski võime proovida mõista täielikult universumit - või mitmeversiooni -, milles me elame, see võib jääda meile alati marmoriks. Värvikas ja poleeritud, kuid see, mille tõelised maastikud hoitakse klaasist kaitsekihi all.