Wat zijn wormgaten?

Een wormgat is een speciale oplossing voor de vergelijkingen die Einsteins algemene relativiteitstheorie beschrijven die twee verwijderde punten in ruimte of tijd via een tunnel met elkaar verbindt. Idealiter is de lengte van deze tunnel korter dan de afstand tussen deze twee punten waardoor het wormgat een soort van afkorting wordt. Hoewel ze een hoofdbestanddeel vormen in de sciencefiction en de populaire verbeelding hebben veroverd, zijn wormgaten, voor zover we weten, slechts hypothetisch. Het zijn legitieme oplossingen voor de algemene relativiteitstheorie maar wetenschappers hebben nooit een manier gevonden om een stabiel wormgat in het echte heelal te behouden.

wormgat
Artist impression van een wormgat

Deze vreemde tunnels door de ruimtetijd zijn nog steeds hypothetisch.

Door wie zijn wormgaten ontdekt?

De eenvoudigste oplossing voor een wormgat werd in 1935 door Albert Einstein en Nathan Rosen ontdekt. Hierom worden wormgaten soms ook wel “Einstein-Rosen-bruggen” genoemd. Einstein en Rosen begonnen met de wiskundige oplossing van een zwart gat. Dat bestaat uit een singulariteit (een punt van oneindige dichtheid) en een waarneemhorizon (een gebied rond de singulariteit waarbuiten niks kan ontsnappen). Ze ontdekten dat ze deze oplossing konden uitbreiden met het tegenovergestelde van zwarte gaten: namelijk witte gaten.

Deze hypothetische witte gaten hebben ook een singulariteit maar ze werken omgekeerd aan een zwart gat: niets kan de waarneemhorizon van een wit gat binnendringen en al het materiaal in het witte gat wordt onmiddellijk uitgeworpen. Einstein en Rosen ontdekten dat in theorie elk zwart gat gepaard gaat met een wit gat. Omdat de twee gaten op verschillende plaatsen in de ruimte zouden bestaan zou een tunnel, een wormgat, de twee uiteinden met elkaar verbinden.

Wat maakt een wormgat bereisbaar?

Om door een wormgat te kunnen reizen moet de tunnel in de ruimtetijd stabiel zijn.

Een wormgat bestaande uit een zwart gat en een wit gat zou echter niet heel erg nuttig zijn. Ten eerste zouden witte gaten instabiel zijn. Als je een deeltje naar de waarneemhorizon van een wit gat zou laten vallen zou het deeltje nooit de waarneemhorizon bereiken omdat er niets in een wit gat kan komen. Dus de energie van het systeem zou blijven toenemen tot oneindig en uiteindelijk het witte gat opblazen.

Ten tweede, zelfs als er witte gaten zouden kunnen bestaan dan zou de enige manier om dit soort wormgat binnen te gaan de waarneemhorizon van het zwarte gat aan de andere zijde zijn. Maar zodra een object de waarneemhorizon passeert kan het nooit meer weggaan. Dus objecten kunnen het wormgat binnendringen naar nooit meer ontsnappen.

Tenslotte zouden wormgaten zelf instabiel zijn. Een enkel foton, of lichtdeeltje, dat door de wormgattunnel gaat zou zoveel energie in het systeem introduceren dat de tunnel uit elkaar zou springen en het wormgat zou vernietigen.

In de jaren ’70 werkten natuurkundigen echter de wiskunde uit de nodig is om stabiele, bereisbare wormgaten te maken. De truc is om de ingang van de tunnel van het wormgat voorbij de waarneemhorizon van het zwarte gat te verplaatsen en de tunnel zelf te stabiliseren zodat materie die er doorheen gaat niet onmiddellijk een catastrofale ineenstorting veroorzaakt.

Het belangrijkste ingrediënt voor het stabiliseren van wormgaten is zogenaamde exotische materie, oftewel een vorm van materie met een negatieve massa. Helaas voor dergelijke wormgaten hebben wetenschappers nooit bewijs gevonden voor het bestaan van negatieve massa en het zou ook in strijd zijn met het behoud van momentum. Dit stelt dat het momentum constant moet blijven als er geen kracht word tuitgeoefend; een object met een negatieve massa dat naast een object met een positieve massa wordt geplaatst zou onmiddellijk versnellen, zonder enige energiebron.

Hoe zien wormgaten eruit?

Als een wormgat zou bestaan dan zou het er heel vreemd uitzien. De ingang zou een bol zijn, zoals het oppervlak van een planeet. Als je erin kijkt zie je licht van de andere kant naar binnen komen. De wormgattunnel kan elke lengte hebben en terwijl je door de tunnel reist zou je vervormde beelden zien van het gebied van het heelal waar je vandaan kwam en het gebied waar te naar toe reist.

Wormgaten en tijdreizen

In theorie kan een wormgat ook als een tijdmachine werken. Speciale relativiteit dicteert dat bewegende klokken langzaam tikken. Met andere woorden, iemand die met bijna de lichtsnelheid reist zou niet zo snel vooruitgaan naar zijn eigen toekomst als iemand die stilstaat.

Als wetenschapper sop de een of andere manier een wormgat zouden kunnen maken dan zouden aanvankelijk de twee uiteinden in de tijd worden gesynchroniseerd. Maar als het ene uiteinde zou worden versneld tot bijna de lichtsnelheid dan zou dat uiteinde achterblijven bij het andere uiteinde. De twee ingangen zouden dan bij elkaar kunnen worden gebracht maar dan zou een van de ingangen in het verleden van de andere ingang zijn.

Om terug in de tijd te reizen loop je gewoon door het ene uiteinde. Als je het wormgat verlaat dan zou je in je eigen verleden zijn.

Hoe ontstaan wormgaten?

Er is momenteel geen enkele manier om een wormgat te maken, bovendien zijn wormgaten nog zuiver hypothetisch. Ofschoon exotische materie vermoedelijk niet bestaat is er mogelijk wel een andere manier om wormgaten te stabiliseren: negatieve energie

Het vacuüm van de ruimtetijd is gevuld met kwantumvelden, het zijn de fundamentele kwantum bouwstenen die aanleiding geven tot de krachten en deeltjes die we ervaren. Deze kwantumvelden hebben een intrinsieke hoeveelheid energie. Het is mogelijk om scenario’s te construeren waarin de kwantumenergie in een bepaalde regio lager is dan de omgeving waardoor die energie op lokaal niveau negatief wordt. Dergelijke negatieve energie bestaat in de echte wereld in de vorm van het Casimir-effect waarbij negatieve kwantumenergieën tussen twee parallelle metalen platen ervoor zorgen dat de platen elkaar aantrekken.

Maar niemand weet of deze negatieve kwantumenergie gebruikt kan worden om een wormgat te stabiliseren. Misschien is het zelfs niet eens de juiste soort negatieve energie omdat het alleen negatief is relatief aan zijn omgeving en niet in absolute zin.

Wormgaten kunnen van nature op microscopisch kleine schaal voorkomen in het zogenoemde kwantumschuim, de kolkende aard van ruimtetijd op de allerkleinste schalen als gevolg van diezelfde kwantumenergieën. In dat geval kunnen er constant wormgaten ontstaan en weer verdwijnen. Maar nogmaals. Het is niet duidelijk hoe je die wormgaten kunt “opschalen”  tot maten die groot genoeg zijn om doorheen te lopen, en ze stabiel te houden.

Eerste publicatie: 27 oktober 2017
Volledige revisie: 25 maart 2022
Bron: space.com, livescience & anderen