Matoreiät ovat tieteiskirjallisia niittejä, jotka voivat lähettää matkustajia galaksien yli tarvitsematta huolehtia 1000 vuoden matkoista tai kosmisista esteistä. Yleisen relatiivisuuden suhteen ennakoidut sellaiset esineet ovat silti vain teoreettisia - ellet ole magneetti.
Asiaan liittyvä sisältö
- Voisiko astronautit selviytyä tähtienvälisestä matosta madonreiän läpi?
- Oudot fysiikat voivat tehdä näkymättömän kissan näkyväksi
Kolme tutkijaa Universitat Autònoma de Barcelonassa on rakentanut laitteen, joka toimii eräänlaisena madonreikana magneettikenttiä varten. Jos laite asetetaan sovelletun magneettikentän sisään, sitä ei magneettisesti voida havaita. Ja jos toinen magneettikenttä kulkee madonreiän läpi, näyttää siltä, että se jättää tilaa kokonaan, näyttöön vain molemmissa päissä.
Tämä magneettinen madonreikä ei teleportoi mitään toiseen tähtijärjestelmään, mutta se voisi tarjota polun rakentaa magneettikuvauslaitteita (MRI), joihin ei liity potilaiden asettamista klaustrofobiseen putkeen.
Teorian mukaan madonreikä rypistää avaruusajan kankaan siten, että kaksi kaukaista paikkaa yhdistyvät ja tunnelin läpi kulkeminen ei vie ollenkaan aikaa. Matoreikiä ei fysikaalisesti kielletä, koska ne esiintyvät tietyissä Einsteinin relatiivisuusyhtälöiden ratkaisuissa, mutta fyysikkojen keskuudessa käydään vilkasta keskustelua siitä, ovatko ne mahdollisia maailmankaikkeudessa. Samanaikaisesti aiemmat tutkimukset osoittivat, että laboratorioon saattaa olla mahdollista rakentaa yksinkertaistettu madonreikä, jonka avulla sähkömagneettiset aallot voivat kulkea näkymättömän tunnelin läpi.
Fysiikan professori Alvaro Sanchez ja hänen tiiminsä aloittivat malli-matoaukon tekemisen 3, 2-tuumaisella kuparin, yttriumin, hapen ja hiilen alalla - yleinen seos kaupallisille suprajohteille. He ympäröivät sen muovikerroksella ja peittivät sen toisella ohuella ferromagneettisella materiaalikerroksella.
"Ympäröimme sen huolellisesti suunnitellulla 'metasurface'lla' kentän peruuttamiseksi", Sanchez sanoo.
Kerrostettuun palloon oli reikä, ja sen läpi tutkijat panivat valssatun metalliputken, joka myös magnetoitiin - käytännössä laiha dipolimagneetti. Joukkue käynnisti magneettikentän ja laittoi koko laitteen sisälle käyttämällä nestemäistä typpeä pallon jäähdyttämiseen ja metalliseoksen suprajohtavuuden ylläpitämiseen.
Tavallisesti magnetoituneen suprajohtimen ympärillä olevat magneettikenttäviivat taipuvat ja vääristyvät - toisin kuin voimakkaan painovoiman aiheuttamat avaruus-ajan vääristymät. Sitä ei tapahtunut. Sen sijaan ympäröivä magneettikenttä kulki yksinkertaisesti pallon läpi, ikään kuin mitään ei olisi.
Esimerkki magneettisesta madonreiästä ja sen poikkileikkauksesta, joka näyttää sisällä olevat kerrokset. (Jordi Prat -leirit ja Universitat Autònoma de Barcelona) Viimeinen vaihe oli madonreiän testaus. Magnetoitu sylinteri osoitti kahta napaa, kunnes se lähetettiin palloon. Kun se liikkui laitteen läpi, sylinterin kenttä näytti silmäilevän, osoittaen vain madonreiän suulla. Vaikka sylinteri ei kulkenut valoa nopeammin, se liikkui häiriöttömästi ja näkymättömästi kahden avaruusalueen välillä vedoten klassisen madonreiän kuvaan.
Ja kun sylinteri nousi pallon toisesta päädystä, vain napautunut pylväs oli nähtävissä, jolloin syntyi magneettisen monopolin illuusio - jotain, jota ei todellakaan ole luonnossa.
Magneettisia viitteitä tutkineen Helsingin yliopiston matemaatikko Matti Lassas sanoo, että vaikka tämä monopoli onkin illuusio, se voisi silti tarjota näkemyksen siitä, miten teoreettiset monopoolit voivat käyttäytyä. "Se on tapa huijata yhtälöitä", hän sanoo.
Käytännöllisestä näkökulmasta mielenosoitus osoittaa, että voit suojata magneettikentät, jotta ne eivät häiritse toisiaan, Sanchez sanoo. Tällöin sovellus MRT-koneisiin tulee.
Ihmiskeho on enimmäkseen vettä, joka sisältää vetyatomeja, jotka on tehty pienemmistä hiukkasista, nimeltään protoneja, jotka kumpikin pyörivät akselilla. Normaalisti nämä pyöritykset ovat satunnaisesti kohdistettuja. MRI toimii tuottamalla voimakkaan magneettikentän, joka saa protonit riviin kuin rautaviilat. Tämän jälkeen kone säteilee radioaaltojen pulsseja kuvannettavalle alueelle, lyömällä protonit kohdistuksen ulkopuolelle. Kun ne kääntyvät takaisin sopeutuakseen uudelleen magneettikentän kanssa, protonit lähettävät radioaaltoja ja kehon kudokset "hehkuvat" noilla aallonpituuksilla.
Vahvan magneettikentän ohjaamiseksi vartaloon nykyisissä MRI-koneissa potilas laitetaan hiukkasmaiseen magneettikelaan jäähdytettynä kryogeenisiin lämpötiloihin. Nämä koneet ovat pohjimmiltaan arkunmuotoisia putkia, jotka monet potilaat pitävät ahneista ja ahdistusta aiheuttavista. Sen sijaan pallon venyttäminen langan muotoon saattaa antaa mahdollisuuden suunnata vahva, keskeytymätön kenttä mihin tahansa kehon osaan peittämättä potilasta, Sanchez sanoo.
Lisäksi suojausvaikutus saattaa antaa insinöörien mahdollisuuden rakentaa MRI, joka käyttää useita antureita, käyttämällä erilaisia radiotaajuuksia ja katsomalla erilaisia kehon osia samanaikaisesti - ilman häiriöitä. Eri taajuuksia voitaisiin käyttää selkeämmin kuvaamaan kehon osia, joita on vaikeampi nähdä, kun potilas makaa käsivarsillaan sivuillaan.
Mahdollisuus suojata magneettikentät, etenkin jos se voidaan tehdä pienillä alueilla, voisi myös auttaa kuvantamisessa leikkauksia tehdessä, Lassas sanoo. Hän huomauttaa, että yleensä sinun on poistettava kaikki metalli MRT: n läheisyydestä - on ollut tapauksia loukkaantumisia, kun suojaamattomat metalli esineet lentävät huoneen poikki. Lisäksi metalli häiritsee kuvantamista.
"Voit tuoda jotain pientä, ja se pilaa kuvan", hän sanoo. "Joten nyt, jos sinulla on tämä magneettinen madonreikä, sinulla on putki ja voit kuljettaa asiat läpi häiritsemättä kuvaa. Ehkä joku voisi saada kuvan ja tehdä leikkauksen samanaikaisesti."
Tällaiset sovellukset ovat kuitenkin tietä, ja jotkut alan asiantuntijat ovat edelleen skeptisiä siitä, että laite on hyödyllinen enemmän kuin teoreettinen mallintaminen. "He eivät anna monia yksityiskohtia [laite] suunnittelustaan, joten olen epäröivä hyväksyä heidän johtopäätöksensä", sanoo Sir John Pendry, Lontoon Imperial College -fysiikan professori ja Plasmonics Center -keskuksen johtaja. metamateriaalit.
"Tästä huolimatta on totta, että manipuloimalla sallimista ja läpäisevyyttä, joitain avaruuden poikkeuksellisia topologisia vääristymiä voidaan simuloida, ainakin sähkömagneettisten kenttien suhteen."
