Ormhuller er science fiction-hæfteklammer, der kan sende rejsende over galakser uden at skulle bekymre sig om 1.000-årige ture eller kosmiske vejspærringer. Forudsagt af generel relativitet er sådanne genstande stadig kun teoretiske - medmindre du er en magnet.
Relateret indhold
- Ville astronauter overleve en interstellar tur gennem et ormhul?
- Mærkelig fysik kan synliggøre en usynlig kat
En trio af forskere ved Universitat Autònoma de Barcelona har bygget en enhed, der fungerer som en slags ormhul til magnetfelter. Hvis enheden anbringes i et anvendt magnetfelt, er det magnetisk uopdagelig. Og hvis et andet magnetfelt bevæger sig gennem ormhullet, ser det ud til at forlade pladsen helt og vises kun i begge ender.
Dette magnetiske ormhul teleporterer ikke noget til et andet stjernesystem, men det kan tilbyde en vej til opbygning af MRI-maskiner (magnet resonance imaging), som ikke involverer at placere patienter i et klaustrofobt rør.
Ifølge teorien rynker et ormehul stofets tid, så to fjerne steder bliver forbundet, og at rejse gennem tunnelen tager overhovedet ikke tid. Ormehuller er ikke absolut forbudt af fysik, da de dukker op i visse løsninger af Einsteins relativitetsligninger, men der er livlig debat blandt fysikere om, hvorvidt de er mulige i vores univers. På samme tid viste tidligere undersøgelser, at det muligvis var muligt at bygge et forenklet ormhul i laboratoriet, der ville give elektromagnetiske bølger mulighed for at rejse gennem en usynlig tunnel.
For at fremstille deres model ormehul startede fysikprofessor Alvaro Sanchez og hans team med en 3, 2-tommers sfære af kobber, yttrium, ilt og kulstof - en fælles legering for kommercielle superledere. De omringede det med et lag plastik og dækkede det med et andet tyndt lag af ferromagnetisk materiale.
"Vi omgivede det med en omhyggeligt designet 'metasurface' for at annullere marken, " siger Sanchez.
Den lagdelte kugle havde et hul i det, og igennem det satte forskerne et sammenrullet metalrør, der også var magnetiseret - effektivt en tynd dipolmagnet. Holdet tændte for et magnetfelt og satte hele apparatet inde ved hjælp af flydende nitrogen til at afkøle kuglen og opretholde metallegerings superkonduktivitet.
Normalt vil magnetfeltlinierne, der omgiver en magnetiseret superleder, bøjes og blive forvrænget - ikke i modsætning til forvrængningen af rumtid forårsaget af intens tyngdekraft. Det skete ikke. I stedet passerede det omgivende magnetfelt simpelthen lige forbi sfæren, som om intet var der.
En illustration af det magnetiske ormhul og dets tværsnit, der viser lagene indeni. (Jordi Prat-Camps og Universitat Autònoma de Barcelona) Det sidste trin var at teste ormhullet. Den magnetiserede cylinder viste to poler, indtil den blev sendt ind i kuglen. Da den bevægede sig gennem enheden, syntes cylinderens felt at blinke ud og kun vises ved mundhullerne. Mens cylinderen ikke kørte hurtigere end lys, bevægede den sig uforstyrret og uset mellem to områder i rummet og påkaldte billedet af et klassisk ormhul.
Og da cylinderen kom ud fra den anden ende af sfæren, kunne kun den pol, der stak ud, ses, hvilket skabte illusionen af en magnetisk monopol - noget, der ikke rigtig findes i naturen.
Matti Lassas, en matematiker ved Helsinki-universitetet, der har studeret magnetiske kapper, siger, at selvom denne monopol er en illusion, kan den stadig give indsigt i, hvordan teoretiske monopol kan opføre sig. "Det er en måde at narre ligningerne på, " siger han.
Fra et praktisk synspunkt viser demonstrationen, at man kan afskærme magnetfelter, så de ikke forstyrrer hinanden, siger Sanchez. Det er her applikationen til MR-maskiner kommer ind.
Den menneskelige krop er for det meste vand, der indeholder brintatomer lavet af mindre partikler kaldet protoner, som hver roterer på en akse. Normalt justeres disse spins tilfældigt. En MR-funktion fungerer ved at generere et stærkt magnetfelt, der får protonerne til at ligne som jernfilinger. Maskinen stråler derefter pulser af radiobølger i det område, der skal afbildes, og slår protonerne ud af justeringen. Når de svinger tilbage for at justere igen med magnetfeltet, afgiver protoner radiobølger, og kroppens væv "gløder" i disse bølgelængder.
For at rette et stærkt magnetfelt mod kroppen involverer aktuelle MR-maskiner at placere patienten i en kæmpe magnetisk spole, der er afkølet til kryogene temperaturer. Disse maskiner er dybest set kiste-lignende rør, som mange patienter finder trange og angstfremkaldende. I stedet kan strækning af kuglen til en trådform muligvis gøre det muligt at rette et stærkt, uafbrudt felt mod en hvilken som helst del af kroppen, du ønsker, uden at indkapslet patienten, siger Sanchez.
Derudover kan afskærmningseffekten muligvis, at ingeniører kan opbygge en MR, der bruger flere sensorer, ved hjælp af forskellige radiofrekvenser og se på forskellige kropsdele på samme tid - uden interferens. De forskellige frekvenser kunne bruges til mere tydeligt at afbilde dele af kroppen, der er sværere at se, når patienten ligger tilbøjelig med sine arme ved deres sider.
At være i stand til at afskærme magnetfelter, især hvis man kan gøre det i små områder, kan også hjælpe med billeddannelse, mens man foretager operationer, siger Lassas. Han bemærker, at man som regel er nødt til at fjerne ethvert metal i nærheden af en MR - der har været tilfælde af kvæstelser, da usikrede metalgenstande gik hen over rummet. Mere end det, interfererer metal med billeddannelsen.
"Du medbringer noget lille, og det ødelægger billedet, " siger han. "Så at nu, hvis du har dette magnetiske ormhul, har du et rør, og du kan passere tingene igennem uden at forstyrre billedet. Måske kunne man få et billede og foretage en operation på samme tid."
Sådanne applikationer er imidlertid en vej derfra, og nogle eksperter på området er stadig skeptiske over, at enheden vil være nyttig til mere end teoretisk modellering. "De giver ikke mange detaljer om deres [enhed] -design, så jeg er lidt tøvende med at støtte deres konklusioner, " siger Sir John Pendry, professor i fysik ved Imperial College London og co-direktør for Centre for Plasmonics & Metamaterials.
"Når det er sagt, er det rigtigt, at man ved at manipulere permittivitet og permeabilitet kan simulere nogle ekstraordinære topologiske forvrængninger af rummet, i det mindste hvad angår elektromagnetiske felter."
