Wormgaten zijn science fiction-nietjes die reizigers door sterrenstelsels kunnen sturen zonder zich zorgen te maken over 1000-jarige reizen of kosmische wegversperringen. Voorspeld door algemene relativiteitstheorie, zijn dergelijke objecten nog steeds alleen theoretisch - tenzij je een magneet bent.
gerelateerde inhoud
- Zouden astronauten een interstellaire reis door een wormgat overleven?
- Weird Physics kan een onzichtbare kat zichtbaar maken
Een trio wetenschappers van de Universitat Autònoma de Barcelona heeft een apparaat gebouwd dat functioneert als een soort wormgat voor magnetische velden. Als het apparaat in een aangebracht magnetisch veld wordt geplaatst, is het magnetisch niet detecteerbaar. En als een ander magnetisch veld door het wormgat reist, lijkt het helemaal ruimte te laten en alleen aan beide uiteinden te verschijnen.
Dit magnetische wormgat teleporteert niets naar een ander sterrenstelsel, maar het kan een weg bieden naar het bouwen van MRI-machines (Magnetic Resonance Imaging) waarbij patiënten niet in een claustrofobische buis worden geplaatst.
Volgens de theorie rimpelt een wormgat de structuur van de ruimtetijd zodat twee verre plaatsen met elkaar worden verbonden, en reizen door de tunnel kost helemaal geen tijd. Wormgaten zijn niet absoluut verboden door de natuurkunde, omdat ze opduiken in bepaalde oplossingen van Einstein's relativiteitsvergelijkingen, maar er is een levendig debat tussen natuurkundigen over of ze mogelijk zijn in ons universum. Tegelijkertijd toonden eerdere onderzoeken aan dat het mogelijk zou kunnen zijn om een vereenvoudigd wormgat in het laboratorium te bouwen waarmee elektromagnetische golven door een onzichtbare tunnel kunnen reizen.
Om hun model wormgat te maken, begonnen natuurkundeprofessor Alvaro Sanchez en zijn team met een 3, 2-inch bol van koper, yttrium, zuurstof en koolstof - een gemeenschappelijke legering voor commerciële supergeleiders. Ze omringden het met een laag plastic en bedekten dat met nog een dunne laag ferromagnetisch materiaal.
"We omringden het met een zorgvuldig ontworpen 'metasurface' om het veld te annuleren, " zegt Sanchez.
De gelaagde bol had een gat erin, en daardoor plaatsten de onderzoekers een opgerolde metalen buis die ook was gemagnetiseerd - in feite een dunne dipoolmagneet. Het team draaide een magnetisch veld in en stopte het hele apparaat erin, met behulp van vloeibare stikstof om de bol te koelen en de supergeleiding van de metaallegering te behouden.
Gewoonlijk zullen de magnetische veldlijnen die een gemagnetiseerde supergeleider omringen, buigen en vervormen - niet in tegenstelling tot de vervorming van de ruimtetijd die wordt veroorzaakt door intense zwaartekracht. Dat is niet gebeurd. In plaats daarvan passeerde het omringende magnetische veld gewoon recht door de bol alsof er niets was.
Een illustratie van het magnetische wormgat en zijn dwarsdoorsnede met de lagen erin. (Jordi Prat-Camps en Universitat Autònoma de Barcelona) De laatste stap was het testen van het wormgat. De gemagnetiseerde cilinder vertoonde twee polen totdat deze de bol in werd gestuurd. Terwijl het door het apparaat bewoog, leek het veld van de cilinder te knipogen, alleen zichtbaar aan de mond van het wormgat. Hoewel de cilinder niet sneller dan het licht reed, bewoog hij zich ongestoord en ongezien tussen twee gebieden van de ruimte en riep hij het beeld op van een klassiek wormgat.
En toen de cilinder uit het andere uiteinde van de bol tevoorschijn kwam, kon alleen de stok die uitsteekt worden gezien, waardoor de illusie van een magnetische monopool ontstaat - iets dat niet echt in de natuur bestaat.
Matti Lassas, een wiskundige aan de Universiteit van Helsinki die magnetische mantels heeft bestudeerd, zegt dat hoewel deze monopool een illusie is, deze nog steeds inzicht kan bieden in de manier waarop theoretische monopolen zich zouden kunnen gedragen. "Het is een manier om de vergelijkingen voor de gek te houden", zegt hij.
Vanuit praktisch oogpunt laat de demonstratie zien dat je magnetische velden kunt afschermen zodat ze elkaar niet storen, zegt Sanchez. Dit is waar de toepassing op MRI-machines komt.
Het menselijk lichaam is meestal water, dat waterstofatomen bevat die zijn gemaakt van kleinere deeltjes die protonen worden genoemd en die elk om een as draaien. Normaal worden deze spins willekeurig uitgelijnd. Een MRI werkt door een sterk magnetisch veld te genereren, waardoor de protonen op één lijn liggen als ijzervijlsel. De machine straalt dan pulsen van radiogolven uit naar het gebied dat moet worden afgebeeld, waardoor de protonen uit lijn worden geslagen. Terwijl ze terugzwaaien om zich opnieuw uit te lijnen met het magnetische veld, geven de protonen radiogolven af en "gloeien" de lichaamsweefsels in die golflengten.
Om een sterk magnetisch veld op het lichaam te richten, houden huidige MRI-machines in dat de patiënt in een gigantische magnetische spoel wordt geplaatst die tot cryogene temperaturen is gekoeld. Deze machines zijn eigenlijk kistachtige buizen, die veel patiënten krap en angst opwekkend vinden. In plaats daarvan kan het strekken van de bol in een draadvorm het mogelijk maken om een sterk, ononderbroken veld op een willekeurig deel van het lichaam te richten zonder de patiënt te omhullen, zegt Sanchez.
Bovendien kunnen ingenieurs door het afschermende effect een MRI bouwen die meerdere sensoren gebruikt, verschillende radiofrequenties gebruikt en tegelijkertijd naar verschillende lichaamsdelen kijkt - zonder interferentie. De verschillende frequenties kunnen worden gebruikt om delen van het lichaam die moeilijker te zien zijn, duidelijker voor te stellen wanneer de patiënt gevoelig ligt met hun armen langs de zijkanten.
In staat zijn om magnetische velden af te schermen, vooral als je het in kleine gebieden kunt doen, kan ook helpen met beeldvorming tijdens operaties, zegt Lassas. Hij merkt op dat je meestal metaal uit de buurt van een MRI moet verwijderen - er zijn gevallen van verwondingen geweest toen onbeveiligde metalen voorwerpen door de kamer vlogen. Meer dan dat, interfereert metaal met de beeldvorming.
"Je neemt iets kleins mee, en het verwent het beeld", zegt hij. "Zodat nu als je dit magnetische wormgat hebt, je een buis hebt en je dingen kunt passeren zonder het beeld te verstoren. Misschien kun je een beeld krijgen en tegelijkertijd een operatie uitvoeren."
Dergelijke toepassingen zijn echter ver weg, en sommige experts op dit gebied zijn nog steeds sceptisch dat het apparaat nuttig zal zijn voor meer dan theoretische modellering. "Ze geven niet veel details over hun [apparaat] ontwerp, dus ik aarzel een beetje om hun conclusies te onderschrijven, " zegt Sir John Pendry, een professor in de natuurkunde aan het Imperial College London en co-directeur van het Centre for Plasmonics & metamaterialen.
"Dat gezegd hebbende, het is waar dat door het manipuleren van de permittiviteit en permeabiliteit, een aantal buitengewone topologische verstoringen van de ruimte kunnen worden gesimuleerd, tenminste wat betreft elektromagnetische velden."
