Koncepcja wynikająca z teorii względności

Most Einsteina-Rosena to jedna z najbardziej fascynujących koncepcji wynikających z ogólnej teorii względności. Dziś często przedstawia się go jako rodzaj kosmicznego tunelu, który mógłby połączyć dwa odległe miejsca we Wszechświecie. Rzeczywistość jest jednak znacznie bardziej skomplikowana.

Pomysł pojawił się w 1935 roku, gdy Albert Einstein i fizyk Nathan Rosen opublikowali pracę dotyczącą problemu cząstek w ogólnej teorii względności. Naukowcy rozważali w niej możliwość opisania materii za pomocą samej geometrii czasoprzestrzeni. Ich rozwiązanie prowadziło do obrazu dwóch „warstw” przestrzeni połączonych matematycznym mostem.

Jak działa taki most?

Najprościej można wyobrazić sobie czasoprzestrzeń jako kartkę papieru. Gdyby ją zgiąć i połączyć dwa odległe punkty, powstałby skrót między nimi. Most Einsteina-Rosena jest podobną ideą, ale zamiast kartki mamy czterowymiarową czasoprzestrzeń opisywaną równaniami Einsteina.

Współczesne interpretacje wiążą tę strukturę z geometrią czarnej dziury. W pewnych matematycznych opisach rozwiązania równania ogólnej teorii względności prowadzą do dwóch obszarów przestrzeni połączonych „gardłem” – właśnie mostem Einsteina-Rosena.

To właśnie stąd pochodzi współczesne określenie tunel czasoprzestrzenny, czyli wormhole.

Nie jest to jednak kosmiczny skrót

Tutaj pojawia się najważniejsze zastrzeżenie. Klasyczny most Einsteina-Rosena nie jest stabilnym tunelem, przez który można przelecieć z jednego miejsca do drugiego.

W popularnych przedstawieniach wormhole wygląda jak otwarty tunel, przez który statek kosmiczny może wlecieć z jednej strony i wyjść z drugiej. Oryginalna konstrukcja Einsteina i Rosena nie działa w ten sposób. W standardowym opisie związanym z rozwiązaniem Schwarzschilda przejście przez most nie jest możliwe w takim sensie, jak sugeruje science fiction.

Dlatego określenie „portal przez Wszechświat” jest raczej efektownym uproszczeniem niż opisem rzeczywistego obiektu przewidzianego przez teorię.

Czy takie mosty istnieją naprawdę?

Tego nie wiemy.

Ogólna teoria względności dopuszcza matematyczne rozwiązania przypominające tunele czasoprzestrzenne, ale nie znaleziono dotąd obserwacyjnych dowodów na istnienie naturalnego mostu Einsteina-Rosena. NASA również podkreśla, że nie mamy dowodów na istnienie takich struktur w obserwowanym Wszechświecie.

Co więcej, nawet w przypadku hipotetycznych przechodnich tuneli czasoprzestrzennych pojawia się problem ich stabilności. Modele takich obiektów często wymagają niezwykłych własności materii lub energii, których nie potrafimy obecnie wykorzystać do stworzenia stabilnego tunelu.

Einstein nie projektował kosmicznego tunelu

Co ciekawe, Einstein i Rosen nie szukali sposobu na podróżowanie między galaktykami. Ich praca z 1935 roku dotyczyła znacznie bardziej fundamentalnego problemu: próby opisania cząstek i materii za pomocą geometrii pól grawitacyjnych i elektromagnetycznych.

Dopiero późniejszy rozwój fizyki sprawił, że podobne rozwiązania zaczęto analizować w kontekście czarnych dziur, struktury czasoprzestrzeni i hipotetycznych podróży przez Wszechświat.

Most, który zmienił sposób myślenia o czasoprzestrzeni

Most Einsteina-Rosena pozostaje przede wszystkim matematyczną konsekwencją niezwykłej geometrii ogólnej teorii względności. Pokazuje, że czasoprzestrzeń nie musi być prostą, nieruchomą sceną, na której rozgrywają się wydarzenia. Sama geometria może być zakrzywiona i przyjmować bardzo nietypowe kształty.

Czy kiedyś okaże się, że Wszechświat rzeczywiście zawiera naturalne tunele czasoprzestrzenne? Na razie nie mamy na to dowodów. Wiemy natomiast, że równania Einsteina pozwalają wyobrazić sobie Wszechświat znacznie dziwniejszy, niż podpowiada nam codzienne doświadczenie.