Das Gespräch: Wurmlöcher können im Universum lauern – und neue Studien schlagen Wege vor, sie zu finden

Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie hat unser Denken über grundlegende Konzepte in der Physik wie Raum und Zeit grundlegend verändert. Aber es hat uns auch einige tiefe Geheimnisse hinterlassen. Eines davon waren Schwarze Löcher, die in den letzten Jahren nur eindeutig entdeckt wurden. Ein anderes waren „Wurmlöcher“ – Brücken, die verschiedene Punkte in der Raumzeit verbinden und theoretisch Abkürzungen für Raumfahrer bieten.

Wurmlöcher sind immer noch im Bereich der Vorstellungskraft. Einige Wissenschaftler glauben jedoch, dass wir sie bald finden können. In den letzten Monaten haben mehrere neue Studien interessante Wege aufgezeigt.

Schwarze Löcher und Wurmlöcher sind spezielle Arten von Lösungen für Einsteins Gleichungen, die entstehen, wenn die Struktur der Raumzeit stark durch die Schwerkraft gebogen wird. Wenn zum Beispiel Materie extrem dicht ist, kann das Gewebe der Raumzeit so gekrümmt sein, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Dies ist ein schwarzes Loch.

Da die Theorie es ermöglicht, das Gewebe der Raum-Zeit zu dehnen und zu biegen, können alle möglichen Konfigurationen vorgestellt werden. 1935 beschrieben Einstein und der Physiker Nathan Rosen, wie zwei Raum-Zeit-Blätter miteinander verbunden werden können, um eine Brücke zwischen zwei Universen zu schlagen. Dies ist eine Art Wurmloch – und viele andere wurden seitdem erfunden.

Einige Wurmlöcher können „durchquerbar“ sein, was bedeutet, dass Menschen durch sie reisen können. Dafür müssten sie jedoch groß genug sein und gegen die Schwerkraft offen bleiben, um sie zu schließen. Das Verschieben der Raumzeit auf diese Weise würde enorme Mengen an „negativer Energie“ erfordern.

Klingt nach Sci-Fi? Wir wissen, dass negative Energie vorhanden ist, kleine Mengen wurden bereits im Labor produziert. Wir wissen auch, dass hinter der beschleunigten Expansion des Universums negative Energie steckt. Die Natur hat vielleicht einen Weg gefunden, Wurmlöcher zu machen.

Wurmlöcher am Himmel entdecken

Wie können wir jemals beweisen, dass Wurmlöcher existieren? In einem neuen Artikel, der in den Monthly Notices der Royal Society veröffentlicht wurde, schlagen russische Astronomen vor, dass sie im Zentrum einiger sehr heller Galaxien existieren könnten, und schlagen einige Beobachtungen vor, um sie zu finden. Dies basiert darauf, was passieren würde, wenn Materie, die aus einer Seite des Wurmlochs austritt, mit Materie kollidiert, die hineinfällt. Die Berechnungen zeigen, dass der Absturz zu einer spektakulären Darstellung von Gammastrahlen führen würde, die wir mit Teleskopen beobachten könnten.

Diese Strahlung könnte der Schlüssel zur Unterscheidung zwischen einem Wurmloch und einem Schwarzen Loch sein, von dem früher angenommen wurde, dass es von außen nicht zu unterscheiden ist. Schwarze Löcher sollten jedoch weniger Gammastrahlen erzeugen und in einem Strahl ausstoßen, während die durch ein Wurmloch erzeugte Strahlung auf eine riesige Kugel beschränkt wäre. Während die Art des in dieser Studie betrachteten Wurmlochs durchquert werden könnte, wäre es keine angenehme Reise. Da es so nahe am Zentrum einer aktiven Galaxie wäre, würden die hohen Temperaturen alles in eine knusprige Verbrennung verwandeln. Dies wäre jedoch nicht bei allen Wurmlöchern der Fall, beispielsweise bei solchen, die weiter vom galaktischen Zentrum entfernt sind.

Die Idee, dass Galaxien Wurmlöcher in ihren Zentren beherbergen können, ist nicht neu. Betrachten Sie den Fall des supermassiven Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße. Dies wurde entdeckt, indem man die Umlaufbahnen der Sterne am Schwarzen Loch genau verfolgte, eine wichtige Leistung, die 2020 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde. Ein kürzlich veröffentlichter Artikel hat jedoch vorgeschlagen, dass diese Schwerkraft stattdessen durch ein Wurmloch verursacht werden könnte.

Im Gegensatz zu einem Schwarzen Loch kann ein Wurmloch etwas Schwerkraft von den Objekten auf der anderen Seite „auslaufen“ lassen. Diese unheimliche Gravitationswirkung würde den Bewegungen der Sterne in der Nähe des galaktischen Zentrums einen kleinen Kick verleihen. Laut dieser Studie sollte der spezifische Effekt in naher Zukunft bei Beobachtungen messbar sein, sobald die Empfindlichkeit unserer Instrumente komplexer wird.

Zufälligerweise hat eine weitere aktuelle Studie die Entdeckung einiger „seltsamer Radiokreise“ am Himmel berichtet. Diese Kreise sind seltsam, weil sie riesig sind und dennoch keinem sichtbaren Objekt zugeordnet sind. Im Moment widersetzen sie sich jeder herkömmlichen Erklärung, weshalb Wurmlöcher als mögliche Ursache angeführt wurden.

Eine Dose Würmer

Wurmlöcher haben einen starken Einfluss auf unsere kollektive Vorstellungskraft. In gewisser Weise sind sie eine wunderbare Form des Eskapismus. Im Gegensatz zu Schwarzen Löchern, die etwas beängstigend sind, weil sie alles einfangen, was in sie eindringt, können Wurmlöcher es uns ermöglichen, schneller als Licht zu weit entfernten Orten zu reisen. Sie können sogar Zeitmaschinen sein, die eine Möglichkeit bieten, rückwärts zu reisen – wie der verstorbene Stephen Hawking in seinem neuesten Buch vorgeschlagen hat.

Wurmlöcher tauchen auch in der Quantenphysik auf, die die Welt der Atome und Teilchen regiert. Laut Quantenmechanik können Teilchen aus dem leeren Raum springen und einen Moment später verschwinden. Dies wurde in zahlreichen Experimenten beobachtet. Und wenn Partikel hergestellt werden können, warum nicht Wurmlöcher? Physiker glauben, dass im frühen Universum Wurmlöcher aus einem Schaum von Quantenteilchen gebildet wurden, die in und aus existieren. Einige dieser „ursprünglichen Wurmlöcher“ sind möglicherweise noch vorhanden.

Jüngste Experimente mit „Quantenteleportation“ – einer „körperlosen“ Übertragung von Quanteninformationen von einem Ort zum anderen – haben sich unheimlich wie zwei schwarze Löcher verhalten, die durch ein Wurmloch verbunden sind. Diese Experimente scheinen das „Quanteninformationsparadoxon“ zu lösen, das darauf hindeutet, dass physikalische Informationen dauerhaft in einem Schwarzen Loch verschwinden könnten. Sie zeigen aber auch eine tiefe Verbindung zwischen den notorisch unvereinbaren Theorien der Quantenphysik und der Schwerkraft – mit für beide relevanten Wurmlöchern -, die eine wichtige Rolle bei der Konstruktion einer „Theorie von allem“ spielen können.

Die Tatsache, dass Wurmlöcher bei diesen faszinierenden Entwicklungen eine Rolle spielen, wird wahrscheinlich nicht unbemerkt bleiben. Wir haben sie vielleicht nicht gesehen, aber sie könnten es sicherlich sein. Sie können uns sogar helfen, einige der tiefsten kosmischen Geheimnisse zu verstehen, beispielsweise ob unser Universum das einzige ist.

– –Andreea Schriftart, Dozent für Astrophysik an der John Moores University in Liverpool

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