Wurmlöcher - gähnende Tore, die theoretisch entfernte Punkte in Raum-Zeit verbinden könnten - werden normalerweise als klaffende Schwerkraftbohrungen dargestellt, die durch einen engen Tunnel verbunden sind.
Ihre genaue Form ist jedoch unbekannt.
Jetzt hat jedoch ein Physiker in Russland eine Methode entwickelt, um die Form symmetrischer Wurmlöcher zu messen - obwohl nicht nachgewiesen wurde, dass sie existieren - basierend auf der Art und Weise, wie die Objekte Licht und Schwerkraft beeinflussen können.
Theoretisch könnten durchfahrbare Wurmlöcher oder vierdimensionale Portale durch die Raumzeit ungefähr so funktionieren: An einem Ende würde der unwiderstehliche Zug eines Schwarzen Lochs Materie in einen Tunnel saugen, der am anderen Ende mit einem "weißen Loch" verbunden ist. "Das würde die Materie an einem Ort ausspucken, der weit vom Ursprungsort des Materials in Raum und Zeit entfernt ist, so die Schwesterseite von Live Science, Space.com. Obwohl Wissenschaftler Hinweise auf Schwarze Löcher im Universum beobachtet haben, wurden weiße Löcher nie gefunden.
Wurmlöcher (und die von ihnen vorgeschlagene Möglichkeit interstellarer Reisen) bleiben daher unbewiesen, obwohl Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie Raum für die Existenz der Objekte lässt.
Obwohl Wurmlöcher existieren können oder nicht, wissen Wissenschaftler viel über das Verhalten von Licht und Gravitationswellen. Letztere sind die Wellen in der Raumzeit, die um massive Objekte wie Schwarze Löcher herumwirbeln.
Eine Wurmloch-Eigenschaft, die, wenn auch indirekt, beobachtet werden könnte, ist eine Rotverschiebung des Lichts in der Nähe des Objekts, heißt es in der neuen Studie. (Rotverschiebung ist eine Abnahme der Frequenz von Lichtwellenlängen, wenn sie sich von einem Objekt entfernen, was zu einer Verschiebung zum roten Teil des Spektrums führt.)
Wenn Sie wissen, wie das Licht um ein potenzielles Wurmloch rot verschoben ist, können Sie die Frequenzen von Gravitationswellen oder wie oft sie schwingen, verwenden, um die Form des symmetrischen Wurmlochs vorherzusagen, sagte der Studienautor Roman Konoplya. Er ist außerordentlicher Professor am Institut für Gravitation und Kosmologie der Peoples 'Friendship University of Russia (RUDN).
Normalerweise arbeiten Forscher umgekehrt und untersuchen die Geometrie bekannter Formen, um das Verhalten von Licht und Schwerkraft zu berechnen, sagte Konoplya Live Science in einer E-Mail.
Es würde ein paar Methoden geben, um die Rotverschiebung in der Nähe eines möglichen Wurmlochs zu überprüfen, sagte Konoplya. Man würde Gravitationslinsen oder das Biegen von Lichtstrahlen verwenden, wenn sie an massiven Objekten vorbeikommen - wie möglicherweise Wurmlöchern. Diese Linse würde in ihren Auswirkungen auf schwaches Licht von fernen Sternen gemessen (oder auf helleres Licht von einem nahe gelegenen Stern, "wenn wir sehr, sehr viel Glück haben", sagte Konoplya). Eine andere Methode würde die elektromagnetische Strahlung in der Nähe des Wurmlochs messen, da sie mehr Materie anzieht, erklärte er.
Stellen Sie sich die Gleichung folgendermaßen vor: Wenn Sie auf eine Trommel schlagen, kann das Verhalten von Schallwellen, die durch die Vibration der straffen Haut erzeugt werden, die Form der Trommel offenbaren, sagte Jolyon Bloomfield, Dozent in der Physikabteilung am Massachusetts Institute of Technology, gegenüber Live Wissenschaft.
"All die verschiedenen Frequenzen - das zeigt Ihnen die verschiedenen Schwingungsmodi dieser straffen Haut", sagte Bloomfield. Währenddessen nehmen die Spitzen und Täler dieser Schwingungen mit der Zeit allmählich ab, was zeigt, wie die Moden "gedämpft" werden. Diese beiden Informationen zusammen können Ihnen helfen, die Form der Trommel zu definieren, sagte Bloomfield.
"Was dieses Papier tut, ist für ein Wurmloch ähnlich. Wenn wir tatsächlich in der Lage sind, abklingende Schwingungsfrequenzen eines Wurmlochs mit ausreichender Präzision zu" hören ", können wir die Form des Wurmlochs anhand des Spektrums des Wurmlochs ableiten Frequenzen und wie schnell sie abklingen ", erklärte er.
In seiner Gleichung nahm Konoplya die Rotverschiebungswerte eines Wurmlochs und bezog dann die Quantenmechanik oder die Physik winziger subatomarer Teilchen ein, um abzuschätzen, wie sich Gravitationswelligkeiten in der Raumzeit auf die elektromagnetischen Wellen des Wurmlochs auswirken würden. Von dort konstruierte er eine Gleichung, um die geometrische Form und Masse eines Wurmlochs zu berechnen, berichtete er in der Studie.
Die Technologie zur Messung von Gravitationswellen gibt es erst seit 2015 mit der Einführung des Laserinterferometer-Gravitationswellen-Observatoriums (LIGO). Jetzt versuchen die Forscher, die LIGO-Messungen zu optimieren, da bessere Daten den Wissenschaftlern helfen könnten, endlich festzustellen, ob es im Universum exotische Materie gibt - Materie aus Bausteinen im Gegensatz zu normalen Atompartikeln. Dieses Material könnte Objekte wie Wurmlöcher unterstützen, sagte Bloomfield gegenüber Live Science.
Zumindest für den Moment sind Wurmlöcher nur theoretisch, so dass Konoplyas Gleichung keine tatsächlichen Messungen in der realen Welt darstellt, schrieb er in der E-Mail. Und Detektoren wie LIGO messen nur eine Frequenz von Gravitationswellen, während Sie mehrere Frequenzen benötigen würden, um die Form eines Wurmlochs vorherzusagen, sagte Konoplya.
"Aus solch schlechten Daten ist es unmöglich, genügend Informationen für eine so komplexe Sache wie die Geometrie eines kompakten Objekts zu extrahieren", schrieb Konoplya in der E-Mail.
Zukünftige Studien könnten eine noch detailliertere Ansicht der Form und Eigenschaften eines Wurmlochs liefern, sagte Konoplya.
"Unsere Ergebnisse können auch auf rotierende Wurmlöcher angewendet werden, sofern sie symmetrisch genug sind", fügte er hinzu.
Die Ergebnisse wurden online am 10. September in der Zeitschrift Physics Letters B veröffentlicht.
