Czy tunele czasoprzestrzenne istnieją poza Stranger Things?

6 stycznia 2026
Blog szalonych naukowców
Masa zakrzywia przestrzeń, zgodnie z równaniami teorii względności połączenie dwóch zakrzywień mogłoby prowadzić do tunelu czasoprzestrzennego. AllenMcC, za Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Czy na blogu popularno-naukowym warto omawiać zjawiska popkultury? Tak – jeśli mają istotne znaczenie bądź prowokują do ciekawych analiz. W przypadku bijącego rekordy popularności serialu “Stranger Things”, który kolejny raz zablokował serwery Netfliksa, już tak robiłem.

(Tak, będą spoilery).

Nauka polega jednak w dużej mierze na zadawaniu właściwych pytań. Nie mają sensu pytania, których i tak nie rozwiążemy, np. źle zdefiniowane. Przykładem zalewająca Internet dyskusja, czy ostatni odcinek był wybitny, czy beznadziejny (jakby był spinem w mechanice kwantowej, który może przyjąć tylko wartość +1 albo –1).

Nie ma też sensu rozważanie pytań o oczywistych odpowiedziach. Na przykład: czy główna bohaterka przeżyła, czy nie? Wszyscy wiemy, że przeżyła, nie zabija się kur znoszących złote jajka. I pewnie jeszcze pojawi się walczyć z wielkim, zagrażającym złem (zagrażającym oczywiście wynikom finansowych Netfliksa).

Zostawiając kluczową kwestię, zejdą się, czy się nie zejdą, zajmijmy się czymś istotniejszym: tunelem czasoprzestrzennym. W rzeczonym pretendującym do częściowo fantastycznonaukowego serialu zatrzymany w czasie obskurny (jakoś trzeba było zbudować nastrój) duplikat fikcyjnego miasta Hawkins w Indianie okazuje się wejściem do tunelu czasoprzestrzennego prowadzącego do innego świata. Czy to możliwe?

Sama koncepcja tuneli czasoprzestrzennych wywodzi się z teorii względności Einsteina. Jej skomplikowane, wyrażone tensorami równania skrywają wiele nieoczywistych rozwiązań.

Jednym z nich była czarna dziura, obszar czasoprzestrzeni, z którego nie może wydostać się nic, nawet światło. Teoria względności zakłada bowiem, że (pomijając wielce hipotetyczne tachiony) nic nie może poruszać się szybciej od światła. Wydostanie się z pola grawitacyjnego wymaga bowiem osiągnięcia tzw. prędkości ucieczki, w przypadku czarnej dziury wyższej od prędkości światła.

Odległość od środka czarnej dziury (tzw. osobliwości, gdzie załamują się prawa znanej nam fizyki), z której już nie można zawrócić, wyznacza horyzont zdarzeń. Dowolny obiekt po przekroczeniu go już na zawsze pozostanie w środku. Wbrew pozorom astronauta przekraczający horyzont zdarzeń nie zaobserwowałby nic szczególnego (dopiero później rozerwałyby go siły pływowe). Natomiast obserwator znajdujący się w oddali widziałby, jak zmierzający w stronę horyzontu obiekt powoli zwalnia, aż w końcu zamiera w czasie.

Czarna Dziura, NASA, w domenie publicznej

Większość procesów fizycznych jest niezmienniczych ze względu na czas. Po odwróceniu opisu matematycznego czarnej dziury w czasie (zastępujemy t przez -t) uzyskujemy tak zwaną białą dziurę. Z tego hipotetycznego obiektu materia może tylko wylatywać, nic nie może dostać się do środka. Na sławnych diagramach Penrose’a biała dziura to po prostu odbicie lustrzane czarnej dziury.

A co byśmy otrzymali, łącząc ze sobą matematyczne modele czarnej i białej dziury? Swego czasu Einstein i jego student Nathan Rosen (ten od paradoksu EPR, Einsteina-Podolskiego-Rosena) próbowali w ten sposób stworzyć model cząstek elementarnych omijający wartości nieskończone. Potencjał elektryczny wokół ładunku punktowego wyraża się ilorazem pewnej stałej przez odległość od tego punktu (tak samo potencjał grawitacyjny wokół masy punktowej, pomijając rzędy wielkości mniejszą stałą). Problem polega na tym, że do punktowej cząstki można zbliżyć się dowolnie blisko, a wtedy nasz iloraz rośnie do nieskończoności. W naszym skończonym świecie nieskończona energia ewidentnie nie może mieć miejsca.

Pomysł Einsteina i Rosena ewidentnie nie wypalił i obecnie nikt nie traktuje cząstki elementarnej jako mikroskopowego połączenia czarnej i białej dziury. Sam pomysł łączącego czarną i białą dziurę tunelu jednak przyjął się pod nazwą most Einteina-Rosena.

Tunel taki tworzyłby przestrzeń wielospójną, to znaczy taką w której nie w każdym miejscu moglibyśmy zacisnąć lasso do pojedynczego punktu. Rozważmy na przykład torus (kształt obwarzanka). Jeśli poprowadzimy sznurek przez całą jego długość, a następnie spróbujemy go zwinąć, nie uda nam się minąć ziejącej pośrodku dziury.

Unikając specjalistycznego słownictwa (prócz wyżej wymienionych także czterowektory, czasoprzestrzeń Minkowskiego, tensor krzywizny itd.), tunele czasoprzestrzenne porównywano właśnie do prowadzących do innych miejsc dziur w czasie i przestrzeni, podobnych do wygryzanych w jabłku przez robaka (stąd popularna angielska nazwa wormhole). Niemniej dość szybko policzono, że tunel wiodący przez stacjonarną czarną dziurę prowadziłby wprost do osobliwości, przez którą nie mogłaby przelecieć żadna cząstka materialna, nie mówiąc już o żywych organizmach.

Pewną zmianę wprowadziło pojęcie wirujących czarnych dziur opisanych przez Roya P. Kerra. Posiadają one oprócz masy i ładunku także moment pędu, czyli wielkość informującą o całkowitym ruchu okrężnym obiektu. (Dla każdego jego punktu liczymy iloczyn wektorowy położenia i pędu, a więc dla ruchu kołowego iloczyn promienia, masy i prędkości. Jako że te promienie i prędkości są od siebie różne, potem trzeba to wszystko scałkować, co wbrew pozorom dla bardzo symetrycznych ciał nie jest nadzwyczajnie trudne).

Punktowej osobliwości w czarnej dziurze Kerra mógłby już odpowiadać pewien pierścień, w dalszym ciągu jednak tunel taki byłby niezwykle niestabilny i przy kontakcie z jakąkolwiek wpadającą do nim masą momentalnie by się zapadł.

Żeby go ustabilizować, teoretycznie należałoby umieścić w nim materię o zupełnie absurdalnych właściwościach, tak zwaną materię egzotyczną – o ujemnej masie. Materia taka odpychała by wszelką inną materię naszego wszechświata, podobnie jak odpychają się ujemne ładunki elektryczne. Zrównoważyłaby w ten sposób ściskającą tunel grawitację.

Fizyk Kip Thorne pisał, że w ten sposób można by zbudować wehikuł czasu prowadzący do innych punktów czasoprzestrzeni. Niemniej nikt nigdy nie znalazł ani nie udowodnił istnienia egzotycznej materii o ujemnej masie (ani tachionów, którym przypadałaby z kolei masa urojona, czyli pomnożona przez, upraszczając, pierwiastek z -1). Co więcej – nawet gdyby takie cząstki istniały, wobec odpychania się od całej znanej nam materii najpewniej leżałyby gdzieś w przestworzach kosmicznej pustki, z dala od galaktyk, i nie dałoby się ich odnaleźć ani zebrać. Postulowano, że mogą wchodzić w skład ciemnej energii, ale prawda jest taka, że nie mamy pojęcia, skąd się ona bierze i równie dobrze może ją tłumaczyć dowolny inny jeszcze bardziej nieprawdopodobny pomysł.

Co prawda czarne dziury też kiedyś uważano za ciekawostką matematyczną wynikającą z niefizycznego rozwiązania tensorowych równań Einsteina, a dzisiaj mamy już ich obserwacje przez teleskop, pomysł łączących odległe obszary czasoprzestrzeni czy też wiodących do innych światów tunelów cały czas należy to świata fantastyki. Może to i lepiej. Przynajmniej nic przez nie do nas nie przelezie i nie urządzi nam horroru na miarę “Stranger Things”.

Marcin Nowak

Bibliografia

  • Michio Kaku: Wszechświaty Równoległe. Powstanie Wszechświata, Wyższe Wymiary i Przyszłość Kosmosu. Prószyński i S-ka, Warszawa 2005 / 2010
Reklama