Nieorientowany tunel czasoprzestrzenny

Przestrzeń, w której żyje ten krab-skrzypek (obiekt chiralny), nie jest orientowana. Zauważ, że krab-skrzypek staje się swoim własnym lustrzanym odbiciem przy każdym pełnym obiegu

W teorii tuneli czasoprzestrzennych nieorientowany tunel czasoprzestrzenny to połączenie tunelu czasoprzestrzennego, które wydaje się odwracać chiralność wszystkiego, co przez niego przechodzi. Jest to związane z „skręconymi” połączeniami zwykle używanymi do budowy paska Möbiusa lub butelki Kleina .

W topologii ten rodzaj połączenia jest określany jako uchwyt Alice ^{[ potrzebne źródło ]} .

Teoria

„Normalne” połączenie z tunelem czasoprzestrzennym

Matt Visser opisał sposób wizualizacji geometrii tunelu czasoprzestrzennego:

Weźmy „normalny” obszar przestrzeni
„Chirurgiczne usunięcie” sferycznych objętości z dwóch regionów („chirurgia czasoprzestrzenna”)
Połącz dwie sferyczne krwawiące krawędzie, tak aby linia próbująca wejść do jednej „brakującej” kulistej objętości napotkała jedną powierzchnię ograniczającą, a następnie biegła na zewnątrz od drugiej.

Chociaż te instrukcje wydają się proste, istnieją dwa różne topologicznie sposoby mapowania dwóch powierzchni względem siebie. Jeśli narysujemy mapę powierzchni Ziemi na jednym ujściu tunelu czasoprzestrzennego, jak ta mapa będzie wyglądać przy drugim ujściu?

W przypadku „konwencjonalnego” tunelu czasoprzestrzennego sieć punktów będzie widoczna na drugiej powierzchni, która zostanie odwrócona, tak jakby jedna powierzchnia była lustrzanym odbiciem drugiej – kraje będą wyświetlane tyłem do przodu, podobnie jak każdy tekst napisany na mapa. Tak powinno być, bo w pewnym sensie drugie usta pokazują nam widok tej samej mapy widzianej „z drugiej strony”.

„Odwrócone” połączenie tunelu czasoprzestrzennego

Alternatywny sposób łączenia powierzchni sprawia, że „mapa połączeń” wygląda tak samo przy obu otworach.

Ta konfiguracja odwraca „ręczność” lub „chiralność” wszelkich przechodzących obiektów. Jeśli pilot statku kosmicznego napisze słowo „IOTA” po wewnętrznej stronie swojego przedniego okna, to gdy dziób statku przechodzi przez tunel czasoprzestrzenny, a okno statku przecina powierzchnię, obserwator z drugiego otworu, patrzący przez szybę, powinien zobaczyć to samo słowo „IOTA”, napisane na oknie wyłaniającego się statku kosmicznego. Gdy statek kosmiczny przeleci, ciekawski obserwator może zajrzeć do kokpitu statku kosmicznego i stwierdzić, że to, co jest napisane na wewnętrznej stronie szyby, to w rzeczywistości „ATOI” – sposób pisania (i każdej innej części statku kosmicznego, w tym pilot) został odwrócony podczas przejścia przez tunel czasoprzestrzenny.

Konsekwencje

Oprócz zamiany lewoskrętnych gwintów na prawe, a lewoskrętnych rękawiczek na prawoskrętne, odwrócenie chiralności obiektu zwykle wiąże się również z ideą odwrócenia znaku ładunku elektromagnetycznego – jeśli pozyton można uznać za elektron odwrócony w czasie, można go również uznać za elektron starzejący się konwencjonalnie, ale z odwróconym jednym wymiarem przestrzennym . Wydaje się, że istnienie tunelu czasoprzestrzennego, po którym można się poruszać, bez możliwości orientacji, umożliwia konwersję materii w antymaterię i odwrotnie.

Wszechświat, który zawiera jedno z tych „nieorientowanych” połączeń, nie pozwala na globalną definicję, czy cząstka jest „naprawdę” materią, czy antymaterią, a ten rodzaj wszechświata, bez globalnej definicji ładunku, jest określany w pracach naukowych jako „wszechświat Alicji”.

Wszechświat Alicji

W fizyce teoretycznej wszechświat Alice jest hipotetycznym wszechświatem bez globalnej definicji ładunku . Czym butelka Kleina jest dla zamkniętej dwuwymiarowej powierzchni, tym wszechświat Alice jest dla zamkniętej trójwymiarowej objętości. Nazwa nawiązuje do głównego bohatera książki dla dzieci Lewisa Carrolla Po drugiej stronie lustra .

Można uznać, że wszechświat Alice zezwala na co najmniej dwie odrębne topologicznie trasy między dowolnymi dwoma punktami, a jeśli jedno połączenie (lub „uchwyt”) jest zadeklarowane jako „konwencjonalne” połączenie przestrzenne, co najmniej jedno inne należy uznać za być nieorientowanym połączeniem tunelu czasoprzestrzennego.

Po wykonaniu tych dwóch połączeń nie możemy już określić, czy dana cząstka jest materią, czy antymaterią . Cząstka może wyglądać jak elektron , gdy patrzy się wzdłuż jednej drogi, i jako pozyton , patrząc wzdłuż drugiej. W innym ukłonie w stronę Lewisa Carrolla, ładunek z wielkością, ale bez trwale możliwej do zidentyfikowania polaryzacji, jest określany w literaturze jako ładunek Cheshire , po kocie Carrolla z Cheshire , którego ciało pojawiało się i znikało, a jedyną trwałą cechą był uśmiech. Jeśli zdefiniujemy ładunek referencyjny jako nominalnie dodatni i przyłożymy go do naszej cząstki o „nieokreślonym ładunku”, dwie cząstki mogą się przyciągać, jeśli zostaną połączone jedną drogą, i odpychać, jeśli zostaną połączone inną – wszechświat Alice traci zdolność rozróżniania ładunków dodatnich i ładunki ujemne, z wyjątkiem lokalnych. Z tego powodu naruszenie CP jest niemożliwe we wszechświecie Alicji.

Podobnie jak w przypadku wstęgi Möbiusa , po utworzeniu dwóch odrębnych połączeń nie możemy już określić, które połączenie jest „normalne”, a które „odwrócone” – brak globalnej definicji ładunku staje się cechą globalnej geometrii . To zachowanie jest analogiczne do sposobu, w jaki mały kawałek paska Möbiusa pozwala na lokalne rozróżnienie między dwiema stronami kartki papieru, ale rozróżnienie to znika, gdy pasek jest rozpatrywany globalnie.

Zobacz też

Michio Kaku i Jennifer Thompson, Poza Einsteinem . s. 178–190. (1995)
Matt Visser , Lorentzowskie tunele czasoprzestrzenne: od Einsteina do Hawkinga . § 20.3, 20.5. (1995)
Kiskis, Joe (15.06.1978). „Odłączone grupy mierników i globalne naruszenie zasady zachowania ładunku”. Przegląd fizyczny D. Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne (APS). 17 (12): 3196–3202. Bibcode : 1978PhRvD..17.3196K . doi : 10.1103/physrevd.17.3196 . ISSN 0556-2821 .
Schwarz, AS (1982). „Teorie pola bez lokalnego zachowania ładunku elektrycznego”. Fizyka Jądrowa B. Elsevier B.V. 208 (1): 141–158. Bibcode : 1982NuPhB.208..141S . doi : 10.1016/0550-3213(82)90190-0 . ISSN 0550-3213 .
McInnes, Brett (1997-09-01). „Wszechświaty Alicji”. Grawitacja klasyczna i kwantowa . Wydawnictwo IOP. 14 (9): 2527–2538. Bibcode : 1997CQGra..14.2527M . doi : 10.1088/0264-9381/14/9/010 . ISSN 0264-9381 . S2CID 250910804 .
Wczesny wszechświat i kosmiczne mikrofalowe tło: teoria i obserwacje . Dordrecht: wydawcy akademiccy Kluwer. 2003. s. 166–169. ISBN 978-1-4020-1800-8 .