ما هي الثقوب الدودية؟

بالعربي / هذه الأنفاق الغريبة عبر الزمكان لا تزال افتراضية.

الثقب الدودي هو حل خاص للمعادلات التي تصف نظرية أينشتاين للنسبية العامة التي تربط نقطتين بعيدتين في المكان أو الزمان عبر نفق. من الناحية المثالية ، يكون طول هذا النفق أقصر من المسافة بين هاتين النقطتين ، مما يجعل الثقب الدودي نوعًا من الاختصار. على الرغم من أنها عنصر أساسي في الخيال العلمي وقد استحوذت على الخيال الشعبي ، إلا أن الثقوب الدودية ، على حد علمنا ، هي مجرد افتراضات. إنها حلول مشروعة للنسبية العامة ، لكن العلماء لم يكتشفوا أبدًا طريقة للحفاظ على ثقب دودي مستقر في الكون الحقيقي.

من اكتشف الثقوب الدودية؟

اكتشف ألبرت أينشتاين وناثان روزين أبسط حل ممكن للثقب الدودي في عام 1935 ، ولهذا السبب يطلق على الثقوب الدودية أحيانًا اسم “جسور أينشتاين-روزين”. بدأ آينشتاين وروزين بالحل الرياضي للثقب الأسود ، والذي يتكون من التفرد (نقطة ذات كثافة لا نهائية) وأفق حدث (منطقة تحيط بهذا التفرد لا يمكن لأي شيء أن يهرب منه). وفقًا لفيزياء الكون ، وجدوا أنه يمكنهم توسيع هذا الحل ليشمل القطب المعاكس للثقوب السوداء: الثقوب البيضاء.

تحتوي هذه الثقوب البيضاء الافتراضية أيضًا على تفرد ، لكنها تعمل في الاتجاه المعاكس للثقب الأسود: لا شيء يمكن أن يدخل أفق الحدث للثقب الأبيض ، وأي مادة داخل الثقب الأبيض يتم إخراجها على الفور.

وجد آينشتاين وروزين أن كل ثقب أسود يقترن نظريًا بثقب أبيض. نظرًا لوجود الفتحتين في أماكن منفصلة في الفضاء ، فإن النفق – ثقب دودي – من شأنه أن يسد الطرفين.

ما الذي يجعل الثقب الدودي سهل العبور؟

ومع ذلك ، فإن الثقب الدودي الذي تم إنشاؤه من زوج من الثقوب السوداء والبيضاء لن يكون مفيدًا للغاية. أولاً ، الثقوب البيضاء ستكون غير مستقرة. إذا كنت ستسقط جسيمًا في اتجاه أفق الحدث لثقب أبيض ، فلن يصل الجسيم أبدًا إلى أفق الحدث ، لأنه لا يمكن لأي شيء أن يدخل الثقب الأبيض. لذلك ستستمر طاقة النظام في الزيادة إلى ما لا نهاية ، مما يؤدي في النهاية إلى تفجير الثقب الأبيض ، وفقًا لعالم الفيزياء في جامعة كولورادو أندرو هاميلتون .

ثانيًا ، حتى لو كان من الممكن وجود ثقوب بيضاء ، فإن الطريقة الوحيدة لدخول هذا النوع من الثقوب الدودية هي عبور أفق الحدث للثقب الأسود على الجانب الآخر. ولكن بمجرد عبور الجسم لأفق الحدث ، لا يمكنه المغادرة أبدًا. لذلك يمكن للأجسام أن تدخل الثقب الدودي لكنها لا تهرب أبدًا.

أخيرًا ، ستكون الثقوب الدودية نفسها غير مستقرة. وفقًا للمرصد الأوروبي الجنوبي ، فإن فوتونًا واحدًا ، أو جسيمًا من الضوء ، يمر عبر نفق الثقب الدودي ، من شأنه أن يُدخل قدرًا كبيرًا من الطاقة إلى النظام بحيث ينفصل النفق ، ويدمر الثقب الدودي . 

لكن في السبعينيات ، عمل الفيزيائيون على الرياضيات اللازمة لإنشاء ثقب دودي مستقر أو “قابل للعبور” ، وفقًا لعالم الفيزياء ديانديان وانج بجامعة كاليفورنيا . الحيلة هي تحريك مدخل نفق الثقب الدودي إلى ما وراء أفق الحدث للثقب الأسود وتثبيت النفق نفسه بحيث لا تتسبب المادة التي تمر عبره في حدوث انهيار كارثي فوري.

العنصر الرئيسي لتثبيت الثقوب الدودية هو ما يسمى بالمادة الغريبة ، أو بعض أشكال المادة التي لها كتلة سالبة. لسوء الحظ بالنسبة لمثل هذه الثقوب الدودية ، لم يجد العلماء أبدًا دليلًا على وجود كتلة سالبة ، وهو ما ينتهك الحفاظ على الزخم ، والذي ينص على أن الزخم يجب أن يظل ثابتًا إذا لم يتم تطبيق أي قوة ؛ جسم سالب الكتلة يوضع بجوار جسم موجب الكتلة سيتسارع على الفور بدون مصدر للطاقة.

كيف تبدو الثقوب الدودية؟

إذا كان مثل هذا الثقب الدودي موجودًا بالفعل ، فسيبدو غريبًا جدًا. سيكون المدخل كرويًا ، مثل سطح كوكب. إذا نظرت إليها ، سترى ضوءًا قادمًا من الجانب الآخر. يمكن أن يكون نفق الثقب الدودي بأي طول ، وأثناء السفر عبر النفق ، سترى مناظر مشوهة لمنطقة الكون التي أتيت منها والمنطقة التي كنت مسافرًا إليها.

الثقوب الدودية والسفر عبر الزمن

من الناحية النظرية ، يمكن أن يعمل الثقب الدودي أيضًا كآلة زمنية. تملي النسبية الخاصة أن الساعات المتحركة تسير ببطء. بعبارة أخرى ، فإن أي شخص يتسابق بسرعة الضوء تقريبًا لن يتقدم إلى مستقبله بنفس السرعة التي يتقدم بها الشخص الذي يقف ساكنًا.

إذا تمكن العلماء بطريقة ما من بناء ثقب دودي ، فسيتم في البداية مزامنة الطرفين في الوقت المناسب. ولكن إذا تم تسريع أحد الطرفين إلى ما يقرب من سرعة الضوء ، فستبدأ تلك النهاية في التأخر عن الطرف الآخر. يمكن بعد ذلك جمع المدخلين معًا ، ولكن بعد ذلك سيكون أحد المداخل في الماضي والآخر ، وفقًا لعالم الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أندرو فريدمان .

للعودة بالزمن إلى الوراء ، ما عليك سوى السير عبر نهاية واحدة. عندما تخرج من الثقب الدودي ، ستكون في ماضيك. 

كيف تتشكل الثقوب الدودية؟

لا توجد حاليًا طريقة معروفة لبناء ثقب دودي ، كما أن الثقوب الدودية هي طريقة افتراضية بحتة. على الرغم من أنه من غير المحتمل وجود مادة غريبة ، فقد تكون هناك طريقة أخرى لتثبيت الثقوب الدودية: الطاقة السلبية.

يمتلئ فراغ الزمكان بالحقول الكمومية ، وهي اللبنات الأساسية الكمومية التي تؤدي إلى نشوء القوى والجسيمات التي نختبرها ، وهذه الحقول الكمومية لها قدر جوهري من الطاقة. من الممكن بناء سيناريوهات تكون فيها الطاقة الكمومية في منطقة معينة أقل من محيطها ، مما يجعل هذه الطاقة سلبية على المستوى المحلي. توجد هذه الطاقة السلبية في العالم الحقيقي على شكل تأثير كازيمير ، حيث تتسبب طاقات الكم السالبة بين لوحين معدنيين متوازيين في جذب الصفائح ، وفقًا لعالم الرياضيات في ريفرسايد جون بايز من جامعة كاليفورنيا .

لكن لا أحد يعرف ما إذا كان يمكن استخدام هذه الطاقة الكمومية السالبة لتثبيت الثقب الدودي. قد لا تكون حتى النوع “الصحيح” من الطاقة السلبية ، لأنها سلبية فقط بالنسبة لمحيطها ، وليس بطريقة مطلقة.

قد تحدث الثقوب الدودية بشكل طبيعي في المقاييس المجهرية في الرغوة الكمومية ، وهي الطبيعة المؤلمة للزمكان في أصغر المقاييس بسبب نفس الطاقات الكمومية. في هذه الحالة ، قد تظهر الثقوب الدودية وتخرج من الوجود باستمرار. ولكن مرة أخرى ، ليس من الواضح كيفية “توسيع” تلك الثقوب الدودية إلى أحجام كبيرة بما يكفي لتتمكن من السير خلالها ، والحفاظ عليها مستقرة.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com