Wurmlöcher sind Science-Fiction-Heftklammern, mit denen Reisende durch Galaxien geschickt werden können, ohne sich über 1000-jährige Reisen oder kosmische Straßensperren Gedanken machen zu müssen. Aufgrund der allgemeinen Relativitätstheorie sind solche Objekte immer noch nur theoretisch - es sei denn, Sie sind ein Magnet.
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Ein Trio von Wissenschaftlern der Universitat Autònoma de Barcelona hat ein Gerät gebaut, das als eine Art Wurmloch für Magnetfelder fungiert. Befindet sich das Gerät in einem angelegten Magnetfeld, ist es magnetisch nicht nachweisbar. Und wenn sich ein anderes Magnetfeld durch das Wurmloch bewegt, scheint es insgesamt Raum zu lassen und erscheint nur an beiden Enden.
Dieses magnetische Wurmloch teleportiert nichts zu einem anderen Sternensystem, bietet jedoch die Möglichkeit, Magnetresonanz-Bildgebungsgeräte (MRI) zu bauen, bei denen Patienten nicht in eine klaustrophobische Sonde gesteckt werden.
Nach der Theorie faltet ein Wurmloch das Gewebe der Raum-Zeit, so dass zwei entfernte Orte verbunden werden und die Fahrt durch den Tunnel überhaupt keine Zeit in Anspruch nimmt. Wurmlöcher sind von der Physik nicht absolut verboten, da sie in bestimmten Lösungen von Einsteins Relativitätsgleichungen auftauchen, aber unter Physikern gibt es lebhafte Debatten darüber, ob sie in unserem Universum möglich sind. Gleichzeitig haben frühere Studien gezeigt, dass es möglich sein könnte, im Labor ein vereinfachtes Wurmloch zu bauen, durch das sich elektromagnetische Wellen durch einen unsichtbaren Tunnel bewegen können.
Um ihr Modellwurmloch herzustellen, begannen Physikprofessor Alvaro Sanchez und sein Team mit einer 3, 2-Zoll-Kugel aus Kupfer, Yttrium, Sauerstoff und Kohlenstoff - einer gängigen Legierung für kommerzielle Supraleiter. Sie umgaben es mit einer Plastikschicht und bedeckten diese mit einer weiteren dünnen Schicht ferromagnetischen Materials.
"Wir haben es mit einer sorgfältig gestalteten 'Metaoberfläche' umgeben, um das Feld zu löschen", sagt Sanchez.
In der geschichteten Kugel befand sich ein Loch, durch das die Forscher eine aufgerollte Metallröhre steckten, die ebenfalls magnetisiert war - quasi ein dünner Dipolmagnet. Das Team schaltete ein Magnetfeld ein und stellte die gesamte Apparatur in den Innenraum. Dabei wurde flüssiger Stickstoff verwendet, um die Kugel zu kühlen und die Supraleitfähigkeit der Metalllegierung aufrechtzuerhalten.
Normalerweise werden die einen magnetisierten Supraleiter umgebenden Magnetfeldlinien gebogen und verzerrt - ähnlich wie die durch die starke Schwerkraft verursachte Verzerrung der Raum-Zeit. Das ist nicht passiert. Stattdessen ging das umgebende Magnetfeld einfach direkt an der Kugel vorbei, als wäre nichts da.
Eine Illustration des magnetischen Wurmlochs und seines Querschnitts zeigt die Schichten im Inneren. (Jordi Prat-Camps und Universitat Autònoma de Barcelona) Der letzte Schritt war das Testen des Wurmlochs. Der magnetisierte Zylinder zeigte zwei Pole, bis er in die Kugel geschickt wurde. Während es sich durch das Gerät bewegte, schien das Feld des Zylinders zu blinken und zeigte sich nur an den Mündungen des Wurmlochs. Während sich der Zylinder nicht schneller als das Licht bewegte, bewegte er sich ungestört und unsichtbar zwischen zwei Regionen des Weltraums und rief das Bild eines klassischen Wurmlochs hervor.
Und als der Zylinder am anderen Ende der Kugel auftauchte, war nur der hervorstehende Pol zu sehen, der die Illusion eines magnetischen Monopols erzeugte - etwas, das in der Natur nicht wirklich existiert.
Der Mathematiker Matti Lassas von der Universität Helsinki, der sich mit Magnetmänteln befasst hat, sagt, dass dieses Monopol zwar eine Illusion ist, aber dennoch Einblick in das Verhalten theoretischer Monopole bieten könnte. "Es ist eine Art, die Gleichungen zu täuschen", sagt er.
Aus praktischer Sicht zeigt die Demonstration, dass Sie Magnetfelder abschirmen können, damit sie sich nicht gegenseitig stören, sagt Sanchez. Hier setzt die Anwendung auf MRT-Geräte an.
Der menschliche Körper besteht hauptsächlich aus Wasser, das Wasserstoffatome enthält, die aus kleineren Teilchen, sogenannten Protonen, bestehen, die sich jeweils auf einer Achse drehen. Normalerweise sind diese Drehungen zufällig ausgerichtet. Ein MRT erzeugt ein starkes Magnetfeld, wodurch sich die Protonen wie Eisenspäne ausrichten. Die Maschine strahlt dann Radiowellenimpulse in den abzubildenden Bereich und stößt die Protonen aus der Ausrichtung. Während sie zurückschwingen, um sich mit dem Magnetfeld neu auszurichten, geben die Protonen Radiowellen ab und das Körpergewebe "glüht" in diesen Wellenlängen.
Aktuelle MRT-Geräte richten ein starkes Magnetfeld auf den Körper, indem sie den Patienten in eine riesige Magnetspule einführen, die auf kryogene Temperaturen abgekühlt ist. Bei diesen Maschinen handelt es sich im Grunde genommen um sargartige Röhren, die viele Patienten als beengt und angstauslösend empfinden. Stattdessen könnte das Strecken der Kugel in eine Drahtform es ermöglichen, ein starkes, ununterbrochenes Feld auf einen beliebigen Körperteil zu richten, ohne den Patienten zu umschließen, sagt Sanchez.
Darüber hinaus können Ingenieure durch den Abschirmungseffekt möglicherweise ein MRT erstellen, das mehrere Sensoren verwendet, verschiedene Funkfrequenzen verwendet und verschiedene Körperteile gleichzeitig betrachtet - ohne Interferenzen. Die verschiedenen Frequenzen könnten verwendet werden, um Körperteile klarer abzubilden, die schwerer zu erkennen sind, wenn der Patient mit den Armen an den Seiten im Liegen liegt.
Die Fähigkeit, Magnetfelder abzuschirmen, insbesondere wenn dies auf kleinen Flächen möglich ist, könnte auch bei der Bildgebung bei Operationen hilfreich sein, sagt Lassas. Er merkt an, dass normalerweise Metall aus der Nähe eines MRT entfernt werden muss - es gab Fälle von Verletzungen, als ungesicherte Metallgegenstände durch den Raum flogen. Darüber hinaus stört Metall die Bildgebung.
"Du bringst etwas Kleines mit und es verdirbt das Bild", sagt er. "Wenn Sie also dieses magnetische Wurmloch haben, haben Sie eine Röhre und können Dinge passieren, ohne das Bild zu stören. Vielleicht könnte man sich ein Bild machen und gleichzeitig operieren."
Solche Anwendungen sind jedoch noch weit entfernt, und einige Experten auf diesem Gebiet sind immer noch skeptisch, dass das Gerät nicht nur für theoretische Modellierungen geeignet sein wird. "Sie geben nicht viele Details ihres [Geräte-] Designs an, deshalb zögere ich ein wenig, ihre Schlussfolgerungen zu bestätigen", sagt Sir John Pendry, Professor für Physik am Imperial College London und Co-Direktor des Centre for Plasmonics & Metamaterialien.
"Allerdings können durch Manipulation der Permittivität und Permeabilität einige außergewöhnliche topologische Raumverzerrungen simuliert werden, zumindest was elektromagnetische Felder betrifft."
