Crvotočine su spojnice znanstvene fantastike koje mogu slati putnike kroz galaksije, a da ne brinu o tisućama godina ili kozmičkim preprekama. Predviđeno općom relativnošću, takvi su predmeti još uvijek samo teoretski - osim ako niste magnet.
Povezani sadržaj
- Bi li astronauti preživjeli međuvjekovno putovanje kroz crvotočinu?
- Čudna fizika može učiniti nevidljivu mačku vidljivom
Trojka znanstvenika na Universitat Autònoma de Barcelona izgradila je uređaj koji funkcionira kao svojevrsna crvotočina za magnetska polja. Ako se uređaj stavi unutar primijenjenog magnetskog polja, to je magnetsko neodredivo. A ako kroz crvotočnu rupu prođe neko drugo magnetsko polje, čini se da u potpunosti ostavlja prostor, pojavljujući se samo na oba kraja.
Ova magnetska crvotočina neće teleportirati ništa u drugi sustav zvijezda, ali mogla bi ponuditi put do izgradnje uređaja za magnetsku rezonancu (MRI) koji ne uključuju postavljanje pacijenata u klaustrofobičnu cijev.
Prema teoriji, crvotočina ruši tkaninu prostora-vremena tako da se dva udaljena mjesta povezuju, a putovanje kroz tunel uopće ne zahtijeva vrijeme. Crvotočine nisu fizički apsolutno zabranjene, jer se pokazuju u određenim rješenjima Einsteinove jednadžbe relativnosti, ali među fizičarima postoji živahna rasprava o tome jesu li moguće u našem svemiru. Istovremeno, prethodne studije pokazale su da je moguće izgraditi pojednostavljenu crvotočinu koja bi omogućila da elektromagnetski valovi prolaze kroz nevidljivi tunel.
Da bi njihov model bio crvotočan, profesor fizike Alvaro Sanchez i njegov tim započeli su s 3, 2-inčnom sferom bakra, itrijuma, kisika i ugljika - uobičajenom legurom komercijalnih supravodiča. Okružili su ga slojem plastike i prekrili ga drugim tankim slojem feromagnetskog materijala.
"Okružili smo ga pažljivo dizajniranom 'metas površinom' kako bismo otkazali polje", kaže Sanchez.
Slojevita sfera imala je rupu u njoj, a kroz nju su istraživači stavili razvučenu metalnu cijev koja je također bila magnetizirana - učinkovito, mršavi dipolni magnet. Tim je uključio magnetsko polje i stavio cijeli aparat unutra, koristeći tekući dušik za hlađenje kugle i održavanje superprovodljivosti metalne legure.
Obično će se linije magnetskog polja koje okružuju magnetizirani superprovodnik saviti i iskriviti - za razliku od izobličenja prostora-vremena uzrokovanog intenzivnom gravitacijom. To se nije dogodilo. Umjesto toga, okolno magnetsko polje jednostavno je prošlo odmah pored sfere kao da tamo ništa nema.
Ilustracija magnetske rupice i njezinog presjeka koji prikazuju slojeve unutra. (Jordi Prat-Camps i Universitat Autònoma de Barcelona) Posljednji korak bio je testiranje crvotočine. Magnetizirani cilindar pokazao je dva pola sve dok nije bio poslan u sferu. Dok se kretao kroz uređaj, činilo se da polje cilindra iskače, samo se prikazuje na ustima crvotočne rupe. Dok cilindar nije putovao brže od svjetlosti, kretao se neometano i nevidljivo između dva područja prostora, pozivajući se na sliku klasične crvotočine.
I dok se cilindar izdizao s drugog kraja sfere, mogao se vidjeti samo stup koji je izlazio, stvarajući iluziju magnetskog monopola - nešto što u prirodi zaista ne postoji.
Matti Lassas, matematičar sa Sveučilišta u Helsinkiju koji je proučavao magnetske ogrtače, kaže da je, iako je ovaj monopol iluzija, ipak mogao ponuditi uvid u način na koji se teoretski monopoli mogu ponašati. "To je način zavaravanja jednadžbi", kaže on.
S praktičnog stajališta, demonstracija pokazuje da možete zaštititi magnetska polja kako se ona ne bi ometala, kaže Sanchez. Tu dolazi aplikacija za MRI strojeve.
Ljudsko tijelo je uglavnom voda koja sadrži atome vodika izrađene od manjih čestica zvanih protoni koji se svaki vrte na nekoj osi. Ti su se vijci obično nasumično poravnali. MRI djeluje stvarajući snažno magnetsko polje, zbog čega se protoni čine poput željeznih vlakana. Stroj potom zrači impulse radio valova u području koje se slika, izbacujući protone iz poravnanja. Dok se okreću natrag kako bi se ponovno uskladili s magnetskim poljem, protoni ispuštaju radio valove, a tjelesna tkiva "svijetle" u tim valnim duljinama.
Da bi usmjerili snažno magnetsko polje prema tijelu, trenutni MRI strojevi uključuju stavljanje pacijenta u ogromnu magnetsku zavojnicu ohlađenu na kriogene temperature. Ovi strojevi su u osnovi cijevi slične lijesu, za koje mnogi pacijenti smatraju da su grčevi i anksioznost. Umjesto toga, istezanje sfere u obliku žice moglo bi omogućiti usmjeravanje snažnog, neprekidnog polja na bilo koji dio tijela koji želite, a da pritom ne ogradite pacijenta, kaže Sanchez.
Pored toga, učinak oklopa mogao bi inženjerima izgraditi MRI koji koristi više senzora, koristeći različite radio frekvencije i gledajući različite dijelove tijela istovremeno - bez smetnji. Različite frekvencije bi se mogle koristiti za jasnije oslikavanje dijelova tijela koje je teže vidjeti kada pacijent leži sklonjen s rukama na boku.
Lassas bi mogao pomoći i za zaštitu magnetskih polja, pogotovo ako to možete učiniti na malim područjima, a također može pomoći i pri slikanju. Napominje da obično morate ukloniti bilo koji metal iz blizine MR-a - bilo je slučajeva povreda dok su nezaštićeni metalni predmeti letjeli po sobi. Više od toga, metal ometa slike.
"Donesete nešto malo, a to pokvari sliku", kaže on. "Tako da sada, ako imate ovu magnetsku crvotočinu, imate cijev i možete prolaziti stvari bez ometanja slike. Možda bi netko mogao dobiti sliku i istovremeno obaviti operaciju."
Takve su aplikacije ipak na neki način, a neki stručnjaci na tom području još uvijek sumnjaju da će uređaj biti koristan za više od teorijskog modeliranja. "Ne daju mnogo detalja o svom dizajnu [uređaja], tako da sam malo oklijevajući podržati njihove zaključke", kaže sir John Pendry, profesor fizike na Imperial College Londonu i su-direktor Centra za plazmoniku i Metamaterials.
"To je rečeno, istina je da se manipuliranjem propusnošću i propusnošću mogu simulirati neka izvanredna topološka izobličenja prostora, barem što se tiče elektromagnetskih polja."
