Wormgaten - gapende poorten die theoretisch verre punten in ruimte-tijd zouden kunnen verbinden - worden meestal geïllustreerd als gapende zwaartekrachtsputten die met elkaar verbonden zijn door een smalle tunnel.
Maar hun precieze vorm is onbekend.
Nu heeft een natuurkundige in Rusland echter een methode bedacht om de vorm van symmetrische wormgaten te meten - ook al is niet bewezen dat ze bestaan - op basis van de manier waarop de objecten licht en zwaartekracht kunnen beïnvloeden.
In theorie zouden doorkruisbare wormgaten, of vierdimensionale portalen door ruimte-tijd, ongeveer zo kunnen werken: aan het ene uiteinde zou de onweerstaanbare aantrekkingskracht van een zwart gat materie in een tunnel zuigen die aan het andere uiteinde verbonden was met een "wit gat, "die materie zou uitspugen op een locatie ver weg van het oorsprongspunt van het materiaal in ruimte en tijd, volgens de zustersite van WordsSideKick.com, Space.com. Hoewel wetenschappers tekenen van zwarte gaten in het universum hebben waargenomen, zijn er nooit witte gaten gevonden.
Wormgaten (en de mogelijkheid van interstellaire reizen die ze suggereren) blijven dus onbewezen, hoewel Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie ruimte laat voor het bestaan van de objecten.
Hoewel wormgaten al dan niet bestaan, weten wetenschappers echter veel over het gedrag van licht en zwaartekrachtgolven. Dat laatste zijn de rimpelingen in de ruimtetijd die rond massieve objecten zoals zwarte gaten dwarrelen.
Een eigenschap van een wormgat die, zij het indirect, kon worden waargenomen, is een roodverschuiving in het licht nabij het object, aldus de nieuwe studie. (Roodverschuiving is een afname van de frequentie van lichtgolflengten wanneer ze van een object af reizen, wat resulteert in een verschuiving naar het rode deel van het spectrum.)
Als je weet hoe licht rond een mogelijk wormgat rood wordt verschoven, kun je de frequenties van zwaartekrachtgolven gebruiken, of hoe vaak ze oscilleren, om de vorm van het symmetrische wormgat te voorspellen, zei studie-auteur Roman Konoplya. Hij is universitair hoofddocent aan het Institute of Gravitation and Cosmology van de Peoples 'Friendship University of Russia (RUDN).
Meestal werken onderzoekers andersom en kijken ze naar de geometrie van bekende vormen om te berekenen hoe licht en zwaartekracht zich gedragen, vertelde Konoplya WordsSideKick.com in een e-mail.
Er zouden een aantal methoden zijn om de roodverschuiving bij een mogelijk wormgat te controleren, zei Konoplya. Men zou zwaartekrachtlensing kunnen gebruiken, of het buigen van lichtstralen wanneer ze langs massieve objecten gaan, zoals mogelijk wormgaten. Deze lensing zou worden gemeten in zijn effecten op zwak licht afkomstig van verre sterren (of op helderder licht van een nabije ster "als we heel veel geluk hebben", zei Konoplya). Een andere methode zou de elektromagnetische straling bij het wormgat meten omdat deze meer materie aantrekt, legde hij uit.
Denk aan de vergelijking op deze manier: als je op een trommel slaat, kan het gedrag van geluidsgolven veroorzaakt door de trilling van de strakke huid de vorm van de trommel onthullen, vertelde Jolyon Bloomfield, een docent aan de natuurkunde-afdeling aan het Massachusetts Institute of Technology, Live Wetenschap.
'Alle verschillende frequenties - dat vertelt je de verschillende trillingsmodi van die strakke huid', zei Bloomfield. Ondertussen vervallen de pieken en dalen van die trillingen geleidelijk in de tijd, wat laat zien hoe de modi "gedempt" zijn. Die twee stukjes informatie samen kunnen je helpen de vorm van de trommel te definiëren, zei Bloomfield.
"Wat dit artikel doet is ongeveer hetzelfde voor een wormgat. Als we in staat zijn om met voldoende precisie te luisteren naar vervallende oscillatiefrequenties van een wormgat, kunnen we de vorm van het wormgat afleiden uit het spectrum van de frequenties en hoe snel ze vervallen, 'legde hij uit.
In zijn vergelijking nam Konoplya de roodverschuivingswaarden van een wormgat en nam vervolgens kwantummechanica op, of de fysica van kleine subatomaire deeltjes, om te schatten hoe gravitatierimpels in de ruimtetijd de elektromagnetische golven van het wormgat zouden beïnvloeden. Van daaruit construeerde hij een vergelijking om de geometrische vorm en massa van een wormgat te berekenen, rapporteerde hij in de studie.
De technologie voor het meten van gravitatiegolven bestaat pas sinds 2015, met de introductie van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Nu proberen onderzoekers LIGO-metingen te verfijnen, omdat betere gegevens wetenschappers kunnen helpen om eindelijk te bepalen of er exotische materie in het universum is - materie gemaakt van bouwstenen in tegenstelling tot normale atoomdeeltjes. Dat materiaal kon objecten zoals wormgaten ondersteunen, vertelde Bloomfield aan WordsSideKick.com.
Voorlopig zijn wormgaten in ieder geval alleen theoretisch, dus Konoplya's vergelijking vertegenwoordigt geen echte metingen uit de echte wereld, schreef hij in de e-mail. En detectoren zoals LIGO meten slechts één frequentie van zwaartekrachtgolven, terwijl je meerdere frequenties nodig hebt om de vorm van een wormgat te voorspellen, zei Konoplya.
"Uit zulke slechte gegevens is het onmogelijk om genoeg informatie te halen voor zoiets complexs als een geometrie van een compact object", schreef Konoplya in de e-mail.
Toekomstige studies zouden een nog gedetailleerder beeld kunnen geven van de vorm en eigenschappen van een wormgat, zei Konoplya.
"Onze resultaten kunnen ook worden toegepast op roterende wormgaten, op voorwaarde dat ze symmetrisch genoeg zijn", voegde hij eraan toe.
De bevindingen werden online op 10 september gepubliceerd in het tijdschrift Physics Letters B.
