Kjærligheten mellom de vakre, unge menneskene Romeo og Julie er altoppslukende, men de to familiene hater hverandre og vil under ingen omstendigheter tillate et ekteskap, så de ulykkelige unge elskende blir sendt i eksil i hver sin galakse.
Men Romeo og Julie er fysikere og mer enn alminnelig smarte, så de finner i dypeste hemmelighet fram til et såkalt ormehull mellom de to galaksene. Åpningene til ormehullet ser ut som to svarte hull. Det ene befinner seg i Romeos galakse og det andre i Julies.
Nå kaster de unge elskende seg inn i hvert sitt hull, og familiene tror at den umulige kjærligheten har fått dem til å begå selvmord.
Slik kunne Shakespeares klassiske drama om Romeo og Julie ha utspilt seg hvis det ble omskrevet til science fiction. Det kunne faktisk fått en mer lykkelig slutt:
I ormehullet sender de ekstreme gravitasjonsfeltene Romeo og Julie gjennom røret mellom de to åpningene slik at de lander i hverandres armer midt i røret. Nå har paret havnet et annet sted i rommet – i skjul for sine onde familier – men også i tiden.
Universets tidsmaskiner er kamuflert som svarte hull.
Ideen om at universet kan inneholde ormehull som forbinder ulike steder og tider, stammer fra Einsteins relativitetsteori. Hvis ormehullene finnes, vil de være kamuflert som svarte hull, og fysikerne har hittil betraktet det som umulig å finne dem, nettopp fordi vi ikke kan se hva som foregår inne i et svart hull.
Men nå indikerer nye teorier at ormehullene kanskje likevel har noen spesielle egenskaper som gjør det mulig å identifisere dem – og dermed finne fram til universets innebygde tidsmaskiner.
Supertunge svarte hull finnes i hjertet av de fleste galakser. Noen av dem er kanskje innganger til ormehull.
Romtiden danner en U
Ormehull kan eksistere fordi tyngdekraften ifølge relativitetsteorien påvirker både rommet og tiden. Einstein koblet sammen de tre romlige dimensjonene med tiden til den såkalte romtiden – som dermed har fire dimensjoner.
Vi kan ikke se for oss noe firedimensjonalt, så derfor illustreres romtiden ofte som et todimensjonalt teppe som tynges ned av gjenstander med masse.
Tyngdekraften fra en beskjeden masse som jordens krummer bare romtiden så vidt det er – omtrent som polstringen på en spisestuestol når du setter deg på den. Men enorme, tettpakkede masser som svarte hull eller nøytronstjerner skaper en så ekstrem krumming at romtiden danner en dyp brønn.
Og hvis to av disse tyngdebrønnene er forbundet, kan romtiden tvinges helt rundt, slik at den danner en sekk med form som en U.
Ormehull forbinder fortid og framtid
1. Store masser krummer romtiden
To supertunge svarte hull danner dype tyngdebrønner i romtiden (A og B) og krummer den slik at den blir formet som en U. En lyspartikkel eller et romskip må vanligvis følge rommets krumming og ta den lange veien rundt fra punkt A til punkt B.
2. Ormehull er en snarvei i tiden
Noen svarte hull i midten av galakser kan være åpninger til ormehull som skaper en snarvei mellom galaksene. Hvis man reiser inn gjennom åpning A, lander man i framtiden ved B. Den omvendte turen fører tilbake til reisens start i fortiden.
3. Eksotisk stoff utvider snarveien
Røret mellom de to åpningene må holdes åpent slik at et romskip kan bevege seg gjennom det. Det krever at røret har et skall av såkalt eksotisk materie, som motvirker tyngdekraften og forhindrer den i å trekke sammen røret.
Når en lyspartikkel beveger seg nedover det ene beinet på U-en, rundt i buen og oppover det andre beinet, kommer den til et sted like ved utgangspunktet. Og hvis den treffer en rett kanal mellom de to beina, kan den smette gjennom kanalen og vende tilbake til et sted der den har vært før, og dermed lande i fortiden.
Og motsatt: Hvis lyspartikkelen smetter gjennom kanalen allerede på vei ut, kan den spare den lange reisen langs U-en og ta en snarvei til framtiden.
Hvis ormehull finnes, er de derfor snarveier gjennom tid og rom som kan legge til rette for reiser både fram og tilbake i tid. Og i prinsippet kan vi møtes på midten – akkurat som Romeo og Julie.
Eksotisk materie baner vei
Ormehull kom for alvor på den vitenskapelige dagsordenen på slutten av 1980-tallet, da den amerikanske nobelprisvinneren Kip Thorne beregnet at man teoretisk sett kan sende et romskip gjennom røret mellom de to åpningene. Det krever imidlertid at røret holdes åpent av såkalt eksotisk materie.
Vanlig materie har masse og dermed positiv energi, slik at det utøver tiltrekning via tyngdekraften. Eksotisk materie består bokstavelig talt av mindre enn ingenting og har dermed negativ energi.
Det gjør at det støter fra seg alt annet, så hvis røret i ormehullet har et tynt skall av eksotisk materie, holder det kanalen åpen slik at romskipet kan reise gjennom røret til et annet sted i tid og rom.
Det høres ut som ren fantasi, men eksperimenter har frambrakt bitte små områder med negativ energi og bevist at eksotisk materie faktisk eksisterer.
Ormehullene er eldgamle
Hypotesen om at noen supertunge svarte hull egentlig er innganger til ormehull, ble framsatt av den russiske fysikeren Igor Novikov i 2006.
Teorien bygger på en antakelse om at et stort antall svarte hull ble dannet like etter big bang, der den tettpakkede romtiden i universets ursuppe var så sammenkrøllet at den minnet om skum. Derfor kom noen av de nyfødte svarte hullene i berøring med hverandre og ble forbundet av rør slik at de ble til ormehull.
Universets utvidelse har trukket ut ormehullene.
Etter hvert som universet utvidet seg, ble ormehullene spredt til alle hjørner av dagens enorme univers. Rørene mellom åpningene forbinder fjerntliggende galakser og danner et kosmisk nettverk av snarveier i tid og rom.
Noen av rørene kan ha sprukket underveis på grunn av universets utvidelse, og dermed har ormehullenes åpninger blitt til vanlige supertunge svarte hull i hjertet av galaksene.
En av de ledende forskerne på ormehull er Juan Maldacena ved Princeton University i USA. Han er også opphavsmann til den lille sciencefictionutgaven av Romeo og Julie. Maldacenas beregninger viser at ormehullets åpninger i to galakser faktisk kan ha en geometri som gjør det mulig å kaste seg ned i dem og møtes midt i røret.
Men ifølge Maldacena kommer ikke de unge elskende ut igjen. På grunn av universets utvidelse i alle retninger fjerner ormehullets åpninger seg så raskt fra hverandre at Romeo og Julie aldri kommer til enden av tunnelen selv om de reiser gjennom røret nesten like fort som lyset.
Kip Thorne fant ut at det teoretisk sett er mulig å sende et romskip gjennom et ormehull. Juan Maldacena mener at romskipet aldri kommer ut, fordi hullet blir lengre og lengre.
Andre forskere er uenige i den tolkningen. Den russiske fysikeren Mikhail Piotrovitsj fra Det astronomiske sentralobservatoriet i St. Petersburg mener at atomer som tar snarveien gjennom et ormehull, vil komme ut i den andre enden som bobler av plasma med en temperatur på ti billioner grader.
Dermed er det, mener han, også teoretisk mulig å reise tvers gjennom hullet. Og ikke minst: Det er mulig å finne ormehullene.
Stråling viser vei til ormehull
Utenfra ligner galaksekjerner supertunge svarte hull, men noen av dem er kanskje innganger til ormehull. Ny forskning viser hvordan vi kan finne ormehullene – for eksempel ved hjelp av Fermi-teleskopet.
1. Ormehullet suger til seg gass
Åpningen på et ormehull svelger gass fra en roterende skive – akkurat som et supertungt svart hull. Ifølge en ny teori sender ormehullets gravitasjonsfelt inn gass fra begge åpninger gjennom røret med en hastighet nær lysets.
2. Sammenstøt skaper plasmaboble
Midt i røret møtes de to strømmene av gass på vei forbi hverandre, og sammenstøt mellom partiklene hever temperaturen noe voldsomt. Dermed dannes det en plasmaboble med en svimlende temperatur på ti billioner grader.
3. Boblen vokser ut mot åpningene
Boblen av plasma utvider seg eksplosivt og tar partiklene fra gassene med seg ut til ormehullets to åpninger. Her strømmer det glovarme plasmaet ut i alle retninger, mens det sender ut ekstremt energirik gammastråling.
4. Strålingen avslører ormehullet
Strålingen fra gasskiven gjør det mulig å skille ormehullet fra et svart hull, for eksempel med romteleskopet Fermi. Et svart hull sender bare ut gammastråling fra partikkelstrømmer som skyter vinkelrett ut fra hullet, men ikke fra gasskiven.
Piotrovitsj har regnet på hva som skjer hvis begge de to åpningene av et ormehull svelger gass. Først øker farten til atomene i gassen på grunn av de ekstremt sterke gravitasjonsfeltene ved munningene. Derfor suser de inn gjennom røret i tilnærmet lyshastighet.
Midt i røret braker de sammen og blir til en boble av plasma med en temperatur på ti billioner grader, og boblen utvider seg voldsomt. Utvidelsen sparker partiklene videre gjennom røret og ut av åpningene til ormehullet. Her sender plasmaet ut energirik gammastråling i alle retninger.
Det er ikke tilfellet med gasskiven rundt et supertungt svart hull, selv om det svelger gass, så derfor kan astronomene nå avsløre et ormehull ved hjelp av Nasa-romteleskopet Fermi, som nettopp observerer gammastråling.
Hvis Piotrovitsj har rett, vil det i prinsippet også være mulig for Romeo og Julie å slippe ut av ormehullet igjen.
Andre fysikere har funnet en annen vei til å finne ut om ormehull kan være kamuflerte som supertunge svarte hull.
Et ormehull i Melkeveien
De-Chang Dai ved Yangzhou-universitetet i Kina og Dejan Stojkovic ved University of Buffalo i USA har lagt fram beregninger om forholdene rundt det supertunge svarte hullet i sentrum av Melkeveien. Det svarte hullet er slumrende fordi det har tømt nærområdet sitt for gass, og derfor har det vært mulig for astronomer å kartlegge banen til stjernen S2, som beveger seg rundt hullet på en avstand av bare 20 milliarder kilometer.
Hvis det supertunge svarte hullet i vår egen galakse egentlig er den ene åpningen til et ormehull, og hvis det finnes stjerner like nært den andre åpningen, vil det via røret være en direkte gjensidig massetiltrekning mellom de to stjernene. Og det vil sette spor i banen til S2, viser beregningene.
Den neste generasjonen kjempeteleskoper, med speil på 30–40 meter, som Extremely Large Telescope i Chile, vil ha tilstrekkelig skarpt syn til å avsløre påvirkningen av banen. Hvis påvirkningen dokumenteres, har vi funnet vår egen lokale portal til tidsreiser i universet.
Stjernen S2 går i bane rundt det svarte hullet midt i Melkeveien (t.v.). Hvis hullet er et ormehull, vil teleskopet ELT (t.h.) kunne se at stjernens bane blir påvirket av stjerner utenfor den andre åpningen til ormehullet.
Ideen om tidsreiser er fascinerende, men også skremmende, fordi de strider mot vår vanlige oppfatning av tid som en fast størrelse. Men det ser ikke ut til at det er noe i fysikkens lover som forhindrer dem.
Flyreiser fører til framtiden
I dag har vi bevist at det er mulig å reise inn i framtiden. Det skjer når vi beveger oss, særlig når det skjer med høy hastighet.
Forestill deg at tiden er en elv som flyter fra fortiden og inn i framtiden. Vi sitter i en båt som driver med strømmen. For å reise inn i framtiden trenger vi bare å starte motoren slik at båten beveger seg raskere enn strømmen.
Dermed reiser millioner av mennesker hver dag noen få milliarddeler av et sekund inn i framtiden om bord på fly som flyr i tusen kilometer i timen. Tidsforskjellen er imidlertid så liten at vi ikke merker den, og den kan bare måles med atomur.
Hvis vi for alvor vil bruke fart til å reise inn i framtiden, må vi bygge et romskip som flyr i tilnærmet lyshastighet, for da går tiden mye saktere om bord på fartøyet.
På en reise ut til den nærmeste stjernen og hjem igjen vil astronautene oppleve at det har gått et år av livet, men når de lander på jorden, har det gått ti år siden avreisen. De har landet i framtiden.
Eksempelet er basert på Einsteins spesielle relativitetsteori og viser at samtidighet ikke eksisterer over store avstander i rommet fordi tidens forløp er avhengig av observatørens hastighet.
Dessuten forutsier den generelle relativitetsteorien at tiden påvirkes av store masser i rommet; jo større en masse er, jo kraftigere er gravitasjonsfeltet, og jo langsommere går tiden. Det fenomenet har vi også målt på jorden, der tiden går litt raskere på en fjelltopp enn ved havoverflaten fordi toppen er lenger vekk fra jordens sentrum.
Hvis vi kunne reise ut til en kompakt nøytronstjerne med en diameter på 10–20 kilometer og en større masse enn solen, ville effekten være mye tydeligere fordi tiden ved stjernen går hele 30 prosent langsommere enn på jorden.
En reise til en nøytronstjerne bringer oss århundrer fram i tid.
Så når astronautenes superraske romskip vender hjem etter reisen til stjernen, vil de lande flere hundre år inn i framtiden.
Tyngdekraftens påvirkning av tiden betyr også at Romeo og Julie ikke trenger å frykte møtet med familien hvis de en gang bestemmer seg for å vende tilbake til galaksene sine. Oppholdet i ormehullets voldsomme gravitasjonsfelt vil forsinke tiden de opplever, så mye at de ikke lenger vil kjenne noen når de vender tilbake.
Reiser til fortiden er farlig
Mens reiser til framtiden allerede i dag er mulig i mindre skala, er det mye mer usikkert om det er mulig å reise tilbake i tid – men det er prinsipielt mulig hvis ormehull i romtiden eksisterer.
Reiser til fortiden medfører imidlertid noen problemer som virker helt uløselige. Det gjelder for eksempel det såkalte bestefarparadokset: Hva skjer hvis du reiser tilbake i tid og dreper bestefaren din før han har satt barn til verden? Da ville du jo aldri bli født, men hvem er det da som dreper bestefaren din?
Paradokset har fått den legendariske britiske fysikeren Stephen Hawking til å hevde at det rett og slett må finnes en ukjent mekanisme i fysikkens lover som forhindrer reiser tilbake i tid.
Igor Novikov er mer moderat. Han mener at vi i prinsippet kan besøke fortiden, men at vi ikke kan endre den på en måte som utelukker samtiden eller framtiden.
Hvis tidsmaskinen blir funnet opp, vil vi under alle omstendigheter i beste fall kunne reise tilbake til den dagen da maskinen ble tatt i bruk. Vi kan altså ikke reise på ferie til de gamle egypterne og se dem bygge pyramidene. Og av samme grunn har vi – så vidt vi vet – enda ikke hatt besøk fra framtiden.
