Wil je door het heelal “tessereren”? Onmiddellijk reizen tussen planeten en sterren is niet zo eenvoudig als het lijkt in Madeleine L’Engle’s boek “A Wrinkle in Time” uit 1962, waarvan de verfilming vandaag (9 maart) in de Amerikaanse bioscopen draait. Natuurkundigen zeggen echter dat vlakvulling mogelijk zou kunnen zijn – zolang het de natuurkundige regels volgt die een eeuw geleden door Albert Einstein zijn opgesteld.
In het plot van “Wrinkle,” tesseren de kinderen Meg, Charles Wallace en Calvin (met de hulp van de machtige wezens Mrs. Whatsit, Mrs. Who en Mrs. Which) naar verschillende planeten, op zoek naar iemand die heel belangrijk is voor de kinderen. Een beroemde illustratie en beschrijving uit het boek legt het vlakvulling uit door een mier te tonen die langs een draad marcheert; dat is bedoeld om een mier voor te stellen die tussen twee punten reist zoals hij normaal doet.
Maar als de draad gevouwen is, moet de mier volgens het boek een veel kleinere afstand afleggen, en de tijd die de mier nodig heeft om te reizen wordt verkort. Als we dat idee extrapoleren naar hoe de mens zich door de ruimte beweegt, is “tessering” een vorm van reizen – van het plooien van ruimte en tijd – om in zeer korte tijd op verafgelegen plaatsen te komen.
Het boek gebruikt een vijfdimensionaal apparaat genaamd een “tesseract” om mensen van plaats naar plaats te brengen. Maar – hier is waar het verwarrend wordt – een tesseract in het echte leven heeft een heel andere betekenis. “Het is een vierdimensionaal veld, dat is het. Het is hoe een kubus er in vier dimensies uitziet,” zei Eric W. Davis, de chief science officer van de onderzoeksstichting EarthTech International’s Institute for Advanced Studies in Austin, in een interview met Space.com.
Davis erkende dat het zich voorstellen van een driedimensionale kubus in vier dimensies moeilijk is. (Het wordt nog erger: de snaartheorie suggereert dat ons universum tien of meer dimensies zou kunnen hebben, maar dat is een ander verhaal.) Maar snel reizen door tijd en ruimte is voor natuurkundigen eveneens moeilijk voor te stellen. Interstellaire schepen zijn een veel voorkomend plot in science-fiction franchises, van “Star Wars” tot “Star Trek” tot “Interstellar”. Maar dat is science fiction.
Hoe je in het echt zo snel zou kunnen reizen is nog steeds een raadsel voor natuurkundigen, maar L’Engle’s boek heeft sommige onderzoekers beïnvloed. Patrick Johnson, een assistent-professor natuurkunde aan de Georgetown University, las het boek voor het eerst – een gesigneerd exemplaar van de auteur dat oorspronkelijk aan zijn vader was gegeven, zo bleek – toen hij een pre-tiener was. “Wat me bijbleef was de tesseract. Dat was iets waar ik mijn hele leven over heb nagedacht, sindsdien. Ik heb geen vlakvulling kunnen maken, maar het is een gedachte die in mijn hoofd aanwezig is geweest,” vertelde hij aan Space.com.
Tesseracts en wormgaten
Sommige van de huidige natuurkundigen zien wel een verband tussen de fictieve “vlakvulling” en real-life theorieën over snel reizen door het universum. “A Wrinkle in Time” was een van mijn favoriete boeken toen ik een kind was,” vertelde Stephen Hsu, een natuurkundige en vice-president voor onderzoek en graduate studies aan de Michigan State University, in een e-mail aan Space.com. Hij zei dat uit de beschrijving die L’Engle gaf, tessering “vergelijkbaar lijkt met het passeren van een wormgat.”
Een wormgat is een theoretische verbinding tussen twee plekken. Het wordt verondersteld een manier te zijn om de normale beperkingen van de reissnelheid te omzeilen. De beroemde vergelijking E=mc2, voor het eerst voorgesteld door Albert Einstein in het kader van de relativiteitstheorie, gaat over de relatie tussen energie en massa, en komt met strikte bepalingen. Niets kan bijvoorbeeld sneller reizen dan het licht, omdat de massa van het object dan oneindig zou worden.
Wormgaten zouden gebruik kunnen maken van zwarte gaten om te werken. Zwarte gaten zijn singulariteiten veroorzaakt door het ineenstorten van zware sterren. Ze vervormen de ruimte en tijd eromheen, en veroorzaken vreemde tijd-dilatatie effecten voor iedereen die te dichtbij komt. Onder de juiste omstandigheden kunnen we de zwarte gaten misschien omvormen tot tijdreizigers. Dat zou echter veel werk vergen: De natuurkunde zegt dat er een enorme hoeveelheid energie nodig is om een wormgat open te houden, wat zowel een technisch als een natuurkundig probleem is.
“Het is niet iets dat Elon Musk in een week gaat uitbrengen. Hij heeft grote vooruitgang geboekt in de ruimtevaart, maar als dat tijdens zijn leven gebeurt, zal ik oprecht verbaasd zijn,” zei Johnson, die “The Physics of Star Wars: The Science Behind a Galaxy Far, Far Away” (Adams Media, 2017) schreef.
Johnson wees erop dat ons begrip van wormgaten zou kunnen veranderen als nog meer-exotische objecten in het universum worden ontdekt. Hij zei dat, voor zover hij weet, morgen LIGO – de massieve zwaartekrachtgolfdetector, die signalen ontvangt van enorme gebeurtenissen zoals zwarte gaten die samensmelten – een betere bron voor snel reizen kan vinden.
“Het zou zijn als een zwart gat, maar veel beter controleerbaar, en dat zou de beste manier zijn om wormgaten te creëren,” zei Johnson. “Er kunnen dingen zijn die we nog niet kennen die de beste manier zijn om snel te reizen.
Door het heelal
Het is onduidelijk of zwarte gaten de beste grondstof voor een wormgat zouden zijn. Een probleem is dat wormgaten moeten worden bedraad met negatieve massa, en dit is “geen ding in ons universum,” vertelde Paul Sutter, een astrofysicus aan de Ohio State University, aan Space.com. Zelfs als we een ander apparaat zouden gebruiken – zoals een oneindig lange cilinder die heel snel ronddraait, wat theoretisch een goede wormgat kandidaat is – “dat is nogal moeilijk te vinden in ons universum,” voegde hij eraan toe.
“Of zo’n apparaat bestaat niet, of we begrijpen niet hoe we het moeten gebruiken, of we hebben het juiste apparaat nog niet gevonden,” zei Sutter over het gebruik van wormgaten voor reizen. Zelfs als we een wormgat zouden kunnen bouwen en openhouden, komen er nieuwe paradoxen in het spel, voegde hij eraan toe. In theorie zou men één uiteinde van het wormgat kunnen versnellen tot de snelheid van het licht, terwijl het andere uiteinde stil wordt gehouden, zei Sutter; daarbij zou men door het wormgat kunnen gaan en in het verleden terechtkomen, als gevolg van de regels van de algemene relativiteit. Met andere woorden, het wormgat zou een vorm van tijdreizen bieden.
Maar tijdreizen brengt meer problemen met zich mee, zoals de beroemde “grootvader-paradox”, die zich afvraagt wat er zou gebeuren met de persoon die zijn of haar grootvader heeft gedood tijdens een tijdreisgebeurtenis. Zou de tijdreiziger sterven, omdat hij of zij nooit geboren was, of zou er een alternatief scenario gebeuren?
“Dat opent een gigantische causaliteitsblik met wormen,” zei Sutter. “Dan kun je gebeurtenissen beïnvloeden nadat ze zijn gebeurd, wat in ons universum niet lijkt te zijn toegestaan.”
De wiskunde van de algemene relativiteit is ook beperkt als het gaat om tijdreizen, met name voor iemand die een plaats kiest om naartoe te reizen. Volgens Sutter is het het gemakkelijkst om een tijdmachine te bouwen als je op dezelfde plaats blijft terwijl je in de tijd reist. Om het te openen naar een andere locatie “wordt erg lastig, en de wiskunde is niet duidelijk,” voegde hij eraan toe.
Hoewel L’Engle’s vlakvulling moeilijk uit te leggen is in natuurkundige termen, zei Johnson – die tientallen jaren geleden een gesigneerd exemplaar las – dat hij haar uitleg nog steeds een wonder vindt. “Nu ik als natuurkundige terugkijk, werd haar boek in het begin van de jaren zestig gepubliceerd. Op dat moment waren we nog bezig Einsteins relativiteitstheorie uit te zoeken,” zei Johnson. Maar L’Engle probeerde het toch in haar fictie te verwerken: “Niet eens alle wetenschappers waren het erover eens dat het een ware, accurate theorie was. Dus voor haar om met dit boek te komen was verbazingwekkend.”
Volg ons @Spacedotcom, Facebook en Google+. Origineel artikel op Space.com.
Recent news