특수 상대성. 앨버트 아인슈타인이 1905 년에 처음 제안한 이래 우주 탐험가, 미래 학자 및 공상 과학 소설가의 골칫거리였습니다. 언젠가 인간이 성간 종이되는 것을 꿈꾸는 사람들에게이 과학적 사실은 젖은 담요와 같습니다. 운 좋게도 FTL (Faster-Than-Light) 이동이 여전히 언젠가 가능할 수 있음을 나타내는 몇 가지 이론적 개념이 제안되었습니다.
보편적 인 예는 웜홀 (wormhole)이라는 아이디어입니다. 우주 공간에서 성간 우주 여행을 가능하게하는 두 개의 먼 지점을 연결하는 추론 적 구조입니다. 최근에, 아이비 리그 과학자 팀은“가역 가능한 웜홀”이 실제로 어떻게 실현 될 수 있는지에 대한 연구를 수행했습니다. 나쁜 소식은 그들의 결과에 따르면이 웜홀은 지름길이 아니며“먼 길을 타다”와 같은 우주적 일 수 있습니다!
원래 웜홀 이론은 아인슈타인의 일반 상대성 이론 (GR)의 현장 방정식에 대한 가능한 해결책으로 제안되었습니다. 1915 년 아인슈타인이 이론을 발표 한 직후, 독일 물리학자인 Karl Schwarzschild는 블랙홀의 존재를 예측할뿐만 아니라 이들을 연결하는 복도의 가능한 해결책을 찾았습니다.
불행히도 Schwarzschild는 두 개의 검은 구멍을 연결하는 웜홀이 너무 빨리 넘어져서 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 넘어갈 수 없음을 발견했습니다. 그들이 통과 할 수있는 유일한 방법은 부정적인 에너지 밀도를 가진 이국적인 물질의 존재에 의해 안정화 된 것입니다. 하버드 대학교의 물리학 부교수 인 다니엘 자 페리스 (Daniel Jafferis)는 다른 견해를 가지고있었습니다.
그는 콜로라도 주 덴버에서 열린 미국 물리 학회 2019 년 4 월 회의에서 자신의 분석을 설명했습니다.
“이송 가능한 웜홀 구성의 전망은 오랫동안 매력의 원천이었습니다. 나는 이국적인 물질을 포함하지 않는 UV 완성 가능 중력 이론에서 일관된 첫 번째 예를 설명 할 것입니다. 구성은 웜홀의 두 끝 사이에 직접 연결됩니다. 또한 중력의 양자 정보, 블랙홀 정보 역설, 그리고 양자 순간 이동과의 관계에 대한 의미를 논의 할 것입니다.”
이 연구의 목적을 위해 Jafferis는 1935 년 아인슈타인과 Nathan Rosen이 수행 한 연구를 조사했다. Schwarszchild와 GR에 대한 해결책을 찾는 다른 과학자들의 연구를 확장하기 위해, 그들은 두 먼 지점 사이에“교량”이 존재할 가능성을 제안했다. 이론적으로 물질과 물체가 그들 사이를 통과 할 수있는 우주 시간 (“아인슈타인-로센 다리”또는“웜홀”).
2013 년까지이 이론은 이론 물리학 자 Leonard Susskind와 Juan Maldacena가 GR과“양자 엉킴”에 대한 가능한 해결책으로 사용했습니다. ER = EPR 추측으로 알려진이 이론은 웜홀이 기본 입자 상태가 수십억 광년으로 분리 되더라도 파트너의 상태와 얽히게되는 이유를 시사합니다.
여기에서 Jafferis는 웜홀이 실제로 가벼운 입자 (일명 광자)에 의해 통과 될 수 있다고 가정하면서 그의 이론을 발전 시켰습니다. 이를 테스트하기 위해 Jafferis는 Ping Gao 및 Aron Wall (각각 하버드 대학원생 및 스탠포드 대학 연구 과학자)의 도움을 받아 분석을 수행했습니다.
그들이 발견 한 것은 이론적으로 웜홀을 가로 지르는 전나무 조명일 수 있지만, 우리 모두가 바라는 우주 지름길은 아닙니다. Jafferis가 AIP 언론 보도에서 설명했듯이“이 웜홀을 직접 통과하는 것보다 시간이 오래 걸리므로 우주 여행에는 그다지 유용하지 않습니다.”
기본적으로, 그들의 분석 결과는 블랙홀 사이의 직접 연결이 웜홀 연결의 연결보다 짧다는 것을 보여주었습니다. 언젠가 성간 (그리고 은하 간) 여행의 전망에 흥분한 사람들에게는 이것이 나쁜 소식처럼 들리지만, 좋은 이론은이 이론이 양자 역학의 영역에 대한 새로운 통찰력을 제공한다는 것입니다.
Jafferis는“이 연구의 실제 수입은 블랙홀 정보 문제와 중력과 양자 역학 사이의 연결과 관련이있다”고 말했다. 그가 언급 한 "문제"는 블랙홀 정보 역설 (Black Hole Information Paradox)으로 알려져 있는데, 스티븐 호킹 (Stephen Hawking)은 블랙홀에 온도가 있고 천천히 누출되는 방사선 (일명 호킹 방사선)을 발견 한 천체 물리학 자들이 1975 년 이래로 어려움을 겪고있다.
이 역설은 블랙홀이 블랙홀로 전달되는 정보를 보존 할 수있는 방법과 관련이 있습니다. 표면에 쌓인 물질이 특이점으로 압축 되더라도 압축 시점의 물질 상태는 시간 팽창 (시간이 동결 됨)으로 인해 보존됩니다.
그러나 블랙홀이 방사선의 형태로 질량을 잃고 결국 증발하면이 정보는 결국 손실됩니다. 이 연구는 빛이 블랙홀을 통과 할 수있는 이론을 개발함으로써이 역설을 해결하는 수단을 제시 할 수있다. 질량 에너지의 손실을 나타내는 블랙홀의 방사선보다는 실제로 Hawking Radiation이 다른 시공간 영역에서 나올 수 있습니다.
또한 양자 역학 (일명 양자 중력 또는“모든 이론”)과 중력을 통합하는 이론을 개발하려는 과학자들에게 도움이 될 수 있습니다. 이것은 Jafferis가 통과 가능한 블랙홀의 존재를 가정하기 위해 양자 장 이론 도구를 사용했기 때문에 이국적인 입자와 음의 질량 (양 중력과 일치하지 않는 것)이 필요하지 않기 때문입니다. Jafferis가 설명했듯이 :
“이것은 다른 방식으로 수평선 뒤에 있었던 지역에 대한 인과 적 탐사를 제공하며, 시공간 내부에서 관찰자의 경험을위한 창으로, 외부에서 접근 할 수 있습니다. 게이지 / 중력 대응, 양자 중력, 그리고 심지어 양자 역학을 공식화하는 새로운 방법에 대해 심도있게 배울 것이라고 생각합니다.”
항상 그렇듯이 이론 물리학의 혁신은 한 손으로주고 다른 손으로 빼앗아 갈 수있는 양날의 칼이 될 수 있습니다. 이 연구는 FTL 여행의 꿈에 찬물을 더 많이 넣었을 수도 있지만, 우주의 더 깊은 미스터리를 풀어내는 데 도움이 될 수 있습니다. 누가 알아? 그 지식 중 일부는 우리가 특수 상대성 이론으로 알려진이 걸림돌을 피할 수있는 방법을 찾게 해줄 것입니다!
