کرمچاله چیست

[Alastor]

طبق نظریه‌ی نسبیت عام میانبری پیش‌بینی می‌شود که پیوندی میان دو نقطه در فضا-زمان ایجاد شده و فواصل طولانی بین کهکشان‌ها را کوتاه می‌کند. این میانبر فضایی به نام پل اینشتین-روزن یا کرم‌چاله مشهور شده است. آیا می‌توان به کرم‌چاله رسید و درون کرم‌چاله‌ها چه چیزی نهفته است؟

 

[Alastor]

در سال ۱۹۳۵ فیزیکدانان آلبرت اینشتین و نیتن روزن با استفاده از نظریه‌ی نسبیت عام پیشنهاد وجود پلی را از میان فضا-زمان مطرح کردند، این مسیر به افتخار این دو دانشمند بزرگ پل اینشتین-روزن نامگذاری شد. طبق این نظریه پل اینشتین-روزن یا کرم‌چاله‌ دو قسمت مختلف از فضا-زمان را به یکدیگر متصل می‌سازد. به لحاظ تئوری با عبور از این میانبر می‌توان از نقطه‌ای در فضا-زمان به نقطه‌‌ای دیگر منتقل شد. کرم‌چاله شامل دو دهانه و یک گلو است که دهانه گرد بوده و گلو حالتی صاف و کشیده دارد اما ممکن است گلو نیز بپیچد و حتی مسیری را طولانی‌تر کند.

 

[Alastor]

معادلات ریاضی نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین وجود کرم‌چاله‌‌ها را پیش‌بینی می‌کنند اما تا کنون هیچ کرم‌چاله‌ای کشف نشده است، جرم منفی از طریق نیروی گرانش بر نور تأثیر گذاشته و مانع خروج نور از کرم‌چاله می‌شود. احتمالاً دهانه‌ی کرم‌چاله از دو سیاه‌چاله تشکیل شده باشد اگرچه تبدیل یک ستاره‌ی در حال مرگ به سیاه‌چاله نمی‌تواند کرم‌چاله‌ای تولید کند.

 

[Alastor]

میان کرم‌چاله‌ها

lqg

داستان‌های علمی-تخیلی زیادی در باره‌ی کرم‌چاله‌ها و عبور از این پرتال‌های فضایی ساخته شده است، اما در واقعیت چنین سفری بسیار پیچیده‌تر از فیلم‌های هالیوودی است. اولین مشکل در برابر چنین سفرهایی این است که پیش‌بینی‌ها اندازه‌ی کرم‌چاله را چیزی حدود ۱۰ تا ۳۳ سانتی‌متر می‌دانند؛ البته با گسترش جهان ممکن است تا اندازه‌های بزرگتری نیز کشیده شوند. مشکل دیگر ثبات درونی این پل‌های فضایی خواهد بود، طبق نظریه‌ی اینشتین-روزن کرم‌چاله‌ها برای سفرهای فضایی بی‌فایده‌اند زیرا شدیداً بی‌ثبات هستند و دچار فروپاشی خواهند شد. تحقیقات جدید وجود ماده‌ای مرموز را نشان می‌دهند که با ورود به کرم‌چاله‌ها آن‌ها را برای مدت زمان طولانی باز نگه می‌دارد، این ماده‌ی مرموز با ماده‌ی تاریک و ضد ماده تفاوت داشته و شامل چگالی انرژی منفی و فشار منفی بزرگی است. این ماده فقط از طریق تأثیر بر بعضی از رفتارهای محیط خلاء به عنوان بخشی از تحقیقات میدان کوانتومی دیده شده است. اگر به یک کرم‌چاله‌ مقدار کافی از این ماده چه به صورت طبیعی و چه به صورت مصنوعی اضافه شود شاید به حدی از ثبات برسد که به عنوان روشی برای ارسال اطلاعات و یا حتی انتقال مسافران مورد استفاده قرار گیرد، اما با اضافه شدن ماده‌ی معمولی مانند انسان به آن باز هم دچار بی ثباتی و فروپاشی خواهد شد.

 

[Alastor]

کرم‌چاله‌ها فقط دو نقطه‌ی مختلف در فضا را به یکدیگر وصل نمی‌کنند بلکه ممکن است حتی دو جهان مختلف را به هم ارتباط دهند؛ حتی بعضی از دانشمندان معتقدند اگر یکی از دهانه‌های کرم‌چاله به شیوه‌ای خاص حرکت کند سفر زمان نیز از این طریق میسر خواهد بود، با این حال استیون هاوکینگ استفاده از چنین امکانی را ناممکن می‌داند.

 

[Alastor]

آن‌گونه که نظریه‌ی نسبیت اینشتین می‌گوید سیاه‌چاله‌ها نقاطی از فضا هستند که تکینگی آن‌ها در بالاترین حد بوده و حتی قوانین فیزیک نیز در آن‌ها می‌شکند. این نقاط عجیب تنها کاندیدا برای دهانه‌ی ورودی کرم‌چاله‌ها هستند. نظریه‌ی جدیدی با نام گرانش کوانتومی حلقوی یا LQG برای اولین بار به عنوان روشی برای ادغام قوانین مکانیک کوانتوم و نسبیت عام مطرح شده است. طبق این نظریه در یک سیاه‌چاله با جمع شدن مواد و ریختن آن‌ها در گرانش قوی، فضا از طریقی دیگر باز می‌شود، به عنوان مثال اگر شما درون یک سیاه‌چاله سقوط کنید، طبق نظریه‌ی نسبیت عام، درون چاهی عمیق سقوط کرده‌اید اما به جای آنکه به ته چاه برخورد کنید در فضایی بسیار کوچک فشرده می‌شوید. در حقیقت شما به ته چاه سقوط نمی‌کنید اما تکینگی شما زیاد می‌شود تا بی‌نهایت. در اینجا افزایش تکینگی در نقش سقوط به ته چاه عمل می‌کند اما در نظریه‌ی LQG با سقوط شما به درون سیاه‌چاله و نزدیک شدن به مرکز آن، گرانش به جای افزایش، کاهش خواهد یافت و همانگونه که شما از طریق سیاه‌چاله بلعیده شدید از جایی دیگر به فضا-زمان پرتاب می‌شوید. شاید سیاه‌چاله‌ها تونل‌هایی به نقاط دیگر فضا زمان باشند اما به کجا؟ جالب اینکه نظریه‌ی LQG به عنوان رقیبی برای نظریه‌ی انفجار بزرگ یا مهبانگ مطرح می‌شود. طبق این نظریه دنیا نه از انفجار یک نقطه با چگالی بی‌نهایت ایجاد شده بلکه جهانی دیگر از بعدی دیگر در تونلی فرو ریخته و در این بعد جهان ما را به وجود آورده است. شواهد کافی برای اثبات این نظریه وجود ندارد اما دانشمندان در تلاش برای یافتن حلقه‌های ناشناخته‌ی این نظریه‌ی زیبا هستند.



با تکنولوژی کنونی ما قادر به بزرگ و با ثبات کردن کرم‌چاله‌ها نیستیم حتی اگر بتوانیم آن‌ها را ببینیم، اما دانشمندان به تحقیقات خود ادامه می‌دهند به این امید که روزی روشی برای استفاده از این میانبرهای فضایی پیدا شود و انسان کائنات را مستعمره‌ی خویش سازد، اگرچه آن روز نزدیک نیست.

 

[Alastor]

کرم‌چاله‌ها فقط دو نقطه‌ی مختلف در فضا را به یکدیگر وصل نمی‌کنند بلکه ممکن است حتی دو جهان مختلف را به هم ارتباط دهند؛ حتی بعضی از دانشمندان معتقدند اگر یکی از دهانه‌های کرم‌چاله به شیوه‌ای خاص حرکت کند سفر زمان نیز از این طریق میسر خواهد بود، با این حال استیون هاوکینگ استفاده از چنین امکانی را ناممکن می‌داند.

 

[Alastor]

کرم‌چاله چیست؟

کرم‌چاله‌ها پاسخی برای معادلات میدان اینشتین در رابـ ـطه با گرانش هستند که مانند تونل، نقاط مختلفی در فضا-زمان را به یکدیگر وصل می‌کنند. آن‌طور که به نظر می‌رسد پیمودن فاصله‌ی بین دو نقطه از طریق کرم‌چاله زمان بسیار کمتری نسبت به سفر از طریق فضای عادی نیاز دارد.

اولین جرقه‌ها درباره‌ی مدل‌های کرم‌چاله‌مانند، هنگام انجام مطالعه‌ی راه‌حل‌های ریاضیاتی سیاه‌چاله به دست آمدند. این مطالعات پیشنهاد می‌کردند که دو نسخه‌ی هندسی سیاه‌چاله، توسط یک «گلو»، به یکدیگر متصل می‌شوند. این گلو (پل)، جسمی پویا است که از دو طرف به دو چاله متصل شده و شکاف بسیار باریکی میان آن‌ها ایجاد کرده است.

نظریه کرم‌چاله

تا سال ۱۹۱۶ حتی نام «کرم‌چاله» نیز برای این مفهوم انتخاب نشده بود. در آن زمان لودویش فلام، فیزیکدان اتریشی، هنگام مطالعه‌ی معادلات اینشتین دریافت که راه‌حل دیگری نیز می‌تواند برای آن وجود داشته باشد. او مفهوم «سفیدچاله»، که از نظر زمانی برعکس سیاه‌چاله رفتار می‌کند، را معرفی کرد. به این ترتیب سیاه و سفیدچاله می‌توانند از طریق تونلی در فضا-زمان به یکدیگر مرتبط شوند.

سیاه‌چاله چیست؟
در سال ۱۹۳۵، آلبرت اینشتین و نیتن روزن، با کمک نظریه‌ی نسبیت عام، وجود پلی میان فضا-زمان را مطرح کردند و این پدیده به افتخار آن‌ها پل اینشتین-روزن نامگذاری شد.
بنابر نظریه‌ی کرم‌چاله، پل اینشتین-روزن، یا همان کرم‌چاله‌، دو بخش مختلف فضا-زمان را به یکدیگر وصل می‌کند. از لحاظ نظری، با عبور از این میان‌بر می‌توان از نقطه‌ای در فضا-زمان به نقطه‌‌ای دیگر رفت. کرم‌چاله شامل دو دهانه و یک گلو است. دهانه‌های آن مانند دروازه‌ای دایروی اما گلو حالتی صاف و کشیده دارد. هرچند گلو نیز می‌تواند در مواردی پیچیده شود و مسیر را طولانی‌تر کند.

دهانه‌های کرم‌چاله مانند دروازه‌ای دایروی اما گلو حالتی صاف و کشیده دارد.
دهانه‌های کرم‌چاله مانند دروازه‌ای دایروی اما گلو حالتی صاف و کشیده دارد.

 

[Alastor]

آن‌گونه که نظریه‌ی نسبیت اینشتین می‌گوید سیاه‌چاله‌ها نقاطی از فضا هستند که تکینگی آن‌ها در بالاترین حد بوده و حتی قوانین فیزیک نیز در آن‌ها می‌شکند. این نقاط عجیب تنها کاندیدا برای دهانه‌ی ورودی کرم‌چاله‌ها هستند. نظریه‌ی جدیدی با نام گرانش کوانتومی حلقوی یا LQG برای اولین بار به عنوان روشی برای ادغام قوانین مکانیک کوانتوم و نسبیت عام مطرح شده است. طبق این نظریه در یک سیاه‌چاله با جمع شدن مواد و ریختن آن‌ها در گرانش قوی، فضا از طریقی دیگر باز می‌شود، به عنوان مثال اگر شما درون یک سیاه‌چاله سقوط کنید، طبق نظریه‌ی نسبیت عام، درون چاهی عمیق سقوط کرده‌اید اما به جای آنکه به ته چاه برخورد کنید در فضایی بسیار کوچک فشرده می‌شوید. در حقیقت شما به ته چاه سقوط نمی‌کنید اما تکینگی شما زیاد می‌شود تا بی‌نهایت. در اینجا افزایش تکینگی در نقش سقوط به ته چاه عمل می‌کند اما در نظریه‌ی LQG با سقوط شما به درون سیاه‌چاله و نزدیک شدن به مرکز آن، گرانش به جای افزایش، کاهش خواهد یافت و همانگونه که شما از طریق سیاه‌چاله بلعیده شدید از جایی دیگر به فضا-زمان پرتاب می‌شوید. شاید سیاه‌چاله‌ها تونل‌هایی به نقاط دیگر فضا زمان باشند اما به کجا؟ جالب اینکه نظریه‌ی LQG به عنوان رقیبی برای نظریه‌ی انفجار بزرگ یا مهبانگ مطرح می‌شود. طبق این نظریه دنیا نه از انفجار یک نقطه با چگالی بی‌نهایت ایجاد شده بلکه جهانی دیگر از بعدی دیگر در تونلی فرو ریخته و در این بعد جهان ما را به وجود آورده است. شواهد کافی برای اثبات این نظریه وجود ندارد اما دانشمندان در تلاش برای یافتن حلقه‌های ناشناخته‌ی این نظریه‌ی زیبا هستند.



با تکنولوژی کنونی ما قادر به بزرگ و با ثبات کردن کرم‌چاله‌ها نیستیم حتی اگر بتوانیم آن‌ها را ببینیم، اما دانشمندان به تحقیقات خود ادامه می‌دهند به این امید که روزی روشی برای استفاده از این میانبرهای فضایی پیدا شود و انسان کائنات را مستعمره‌ی خویش سازد، اگرچه آن روز نزدیک نیست.

 

[Alastor]

انواع مختلف کرم‌چاله‌ها

از آن زمان تاکنون، نظریه‌پردازان انواع مختلف کرم‌چاله‌ها را پیشنهاد داده‌اند. در هرکدام از نظریات دیگر، پدیده‌های هندسی مختلف با دهانه‌های کرم‌چاله به هم مرتبط می‌شوند.

دو نوع اصلی کرم‌چاله، مورد علاقه‌ی فیزیکدانان، وجود دارد: کرم‌چاله لورنتسی (نسبیت عام) و کرم‌چاله اقلیدسی (فیزیک ذرات).
کرم‌چاله‌های لورنتسی اساساً میان‌برهایی در فضا و زمان هستند. آن‌ها بیشتر توسط کارشناسان گرانش اینشتین مورد مطالعه قرار می‌گیرند. اگر این نوع کرم‌چاله‌ها در زندگی واقعی وجود داشته باشند، کم‌وبیش شبیه به کرم‌چاله‌های فیلم «پیشتازان فضا: اعماق فضا» شبیه خواهند بود. البته نباید فراموش کنید که این فیلم‌ها تنها برای سرگرمی هستند، بنابراین سعی نکنید که جزئیات دقیق فیزیک را از پیشتازان فضا استخراج کنید. این فیلم، در بهترین حالت، یک ایده‌ی کلی و مبهم از آن چه در حال وقوع است به شما می‌دهد.

خبر خوب درباره‌ی کرم‌چاله‌های لورنتسی این است که، پس از ده‌ها سال کار سخت روی این پروژه، حداقل نمی‌توانیم ثابت کنیم که وجود ندارند! اما خبر بد هم این است که این کرم‌چاله‌ها اشیاء بسیار عجیب و غریبی هستند: اگر وجود داشته باشند، به مقادیر زیادی جرم منفی نیاز دارند تا آن‌ها را باز نگه دارد و از فروپاشی‌شان جلوگیری کند. (جرم منفی همان پادماده نیست؛ بلکه قسمتی است که انرژی جهان از خلاء معمولی هم کمتر است! همینقدر عجیب)
ما می توانیم مقدار کمی انرژی منفی را در آزمایشگاه (اثر کازیمیر) به دست بیاوریم، اما داشتن مقادیر زیاد آن که برای باز نگه داشتن کرم‌چاله‌ی لورنتسی مورد نیاز است، با فناوری‌های فعلی ناامیدکننده به نظر می‌رسد. (و البته ممکن است مسائل عمیق و بنیادی وجود داشته باشد که ما را از جمع‌آوری مقدار زیادی انرژی منفی در یک مکان منع می‌کند)

کرم‌چاله‌ دو بخش مختلف فضا-زمان را به یکدیگر وصل می‌کند
کرم‌چاله‌ دو بخش مختلف فضا-زمان را به یکدیگر وصل می‌کند
اگر کرم‌چاله‌های لورنتسی وجود داشته باشند، تبدیل آن‌ها به ماشین زمان نسبتاً آسان به نظر می‌رسد. این ویژگی آشفته‌کننده، استیون هاوکینگ را به سمت انتشار «معیار حفاظت از زمان‌بندی (Chronology Protection Conjecture)» خود ترغیب کرد. با توجه به این ویژگی، اثرات کوانتومی، به‌طور موثری، مانع از سفر در زمان می‌شوند، حتی اگر فیزیک کلاسیک اجازه‌ی سفر در زمان را صادر کند.