فهرست مطالب
نظریه‌ی کرم چاله
ریاضیات کرم چاله را پیش‌بینی کرده‌اند، اما در حال حاضر این پل‌های رابط فضا-زمان( یا همان کرم چاله ) فرضی باقی مانده‌اند. نظریه کرم چاله بیانگر این است که یک گذر نظری از فضا و زمان می‌تواند میانبرهایی برای سفرهای طولانی در سراسر کیهان ایجاد کند. کرم چاله توسط نظریه نسبیت عام پیش‌بینی شدهاست. کرم چاله خطر فروپاشی ناگهانی، تشعشع زیاد و تماس خطرناک با مواد عجیب و غریب را به همراه دارد. کرم چاله برای اولین بار در سال 1916 نظریه‌پردازی شد؛ اگرچه در آن زمان، آن را به این اسم صدا نمی‌زدند.
تصویر1-تصویر هنری از یک کرم چاله
لودویگ فلام، فیزیکدان اتریشی، در حین بررسی راه‌حل فیزیکدان دیگری برای معادلات نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین، متوجه شد که راهکار دیگری نیز ممکن است. او یک «سفیدچاله» را توصیف کرد؛ یک معکوس زمانی نظری از یک سیاهچاله. ورودی‌های سیاهچالهها و سفید چاله‌ها می‌توانند توسط یک مجرای فضا-زمان به هم متصل شوند. در سال 1935، اینشتین و فیزیکدان نیتن روزن از نظریه‌ی نسبیت عام برای توضیح بیشتر این ایده استفاده کردند و وجود یک «پل» در فضا و زمان را مطرح کردند. این پل‌ها دو نقطه مختلف در فضا و زمان را به هم متصل می‌کنند و از نظر تئوری میانبری ایجاد می‌شود که می‌تواند زمان و مسافت سفر را کاهش دهد. این میانبرها، پل‌های انیشتین-روزن یا کرم چاله نامیده شدند. استفان هسو، استاد فیزیک نظری در دانشگاه اورگان، به سایت همکار ما یعنی Live Science گفت: «همه چیز در این مرحله بسیار فرضی است. هیچکس مطمئن نیست که ما به زودی یک کرم چاله پیدا کنیم.» براساس مقاله‌ای که در مجله Journal of High Energy Physics (2020) منتشر شدهاست، کرم چاله حاوی دو دهانه است که یک گلو، آن دو را به هم متصل می‌کند. دهانه‌ها به احتمال زیاد کروی شکل اند و گلوی آن ممکن است یک کشش صاف باشد، همچنین می‌تواند به اطراف بپیچد و مسیری طولانی‌تری از مسیر معمولی را طی کند.
تصویر2- نمایانگر تئوری کرم چاله
دو شهر را دو طرف یک کوه تصور کنید که مقابل هم قرار دارند. مردم این شهرها احتمالاً باید تمام مسیر کوه را برای دیدار یکدیگر طی کنند. اما اگر می‌خواستند سریع‌تر به آنجا برسند، می‌توانستند تونلی را مستقیماً از میان کوه حفر کنند تا میانبر ایجاد کنند. این ایده پشت کرم چاله است. کرم چاله مانند تونلی است بین دو نقطه دور در کیهان ما که زمان سفر را از یک نقطه به نقطه دیگر کوتاه می‌کند. در شرایط مناسب می‌توان از کرم چاله برای کاهش زمان سفر به ساعت‌ها یا دقیقه‌ها، به جای سفری که میلیون‌ها سال از یک کهکشان به کهکشان دیگر طول می‌کشد، استفاده کرد. از آنجا که کرم چاله میانبرهایی را در فضا و زمان نشان می‌دهد، نیز می‌تواند مانند ماشین‌های زمان عمل کند. ممکن است زودتر از زمانی که وارد یک سر کرم چاله شده‌اید، از سر دیگر آن خارج شوید. در حال حاضر، دانشمندان هیچ مدرکی دال بر وجود کرم چاله در جهان ندارند. کرم چاله ابزار خوبی برای کمک به اخترفیزیکدانان است تا در مورد فضا و زمان فکر کنند. آنها همچنین ممکن است به سؤالات قدیمی در مورد ظاهر کیهان پاسخ دهند.
تصویر3- تئوری کرم چاله
نظریه نسبیت عام اینشتین وجود کرم چاله را به‌صورت ریاضی پیش‌بینی می‌کند، اما تا به امروز حتی یک کرم چاله نیز کشف نشده است. یک کرم چاله با جرم منفی ممکن است از طریق تأثیر گرانش آن بر نوری که از آن عبور می‌کند، شناسایی شود. راه‌حل‌های خاصی از نسبیت عام امکان وجود کرم چاله‌هایی را فراهم می‌کنند که دهانه‌ی آنها یک سیاهچاله است. با این حال، یک سیاهچاله طبیعی که در اثر فروپاشی یک ستاره در حال مرگ ایجاد شدهاست، به خودی خود کرم چاله ایجاد نمی‌کند.سفر در زمان از میان کرم چاله!
داستان‌های علمی-تخیلی مملو از داستان‌های سفر در کرم چاله‌ها است. اما واقعیت چنین سفرهایی پیچیده‌تر است؛ اما نه فقط به این دلیل که ما هنوز یکی از آنها را شناسایی نکرده‌ایم! اولین مشکل اندازه است. پیش‌بینی می‌شود که کرم چاله‌های اولیه در ابعاد میکروسکوپی، حدود سانتی‌متر باشند. با این حال، با انبساط جهان، ممکن است برخی از کرم چاله‌ها به اندازه‌های بزرگ‌تر تبدیل شوند. مشکل دیگر ناشی از ثبات آن‌هاست. پیش‌بینی می‌شود که کرم چاله‌های انیشتین-روزن بی‌فایده خواهند بود چرا که به سرعت فرو می‌ریزند. هسو می‌گوید: «شما برای تثبیت کرم چاله به نوعی ماده بسیار عجیب و غریب نیاز دارید و مشخص نیست که آیا چنین ماده‌ای در جهان وجود دارد یا خیر.” اما تحقیقات جدیدتر نشان داد که یک کرم چاله حاوی ماده “عجیب” می‌تواند برای مدت زمان طولانی‌تری باز و بدون تغییر باقی بماند. این ماده عجیب و غریب که نباید با ماده تاریک یا پادماده اشتباه گرفته شود، دارای چگالی انرژی منفی و فشار منفی زیادی است. چنین ماده‌ای تنها در رفتار برخی از حالات خلاء به‌عنوان بخشی از نظریه میدان کوانتومی دیده شدهاست. براساس Live Science، اگر یک کرم چاله حاوی مواد عجیب و غریب، چه به‌صورت طبیعی یا مصنوعی کافی باشد، از نظر تئوری می‌تواند به‌عنوان روشی برای ارسال اطلاعات یا مسافران در فضا استفاده شود. متاسفانه، سفر انسان از طریق تونل‌های فضایی ممکن است چالش برانگیز باشد. کیپ تورن، فیزیکدان برجسته جهان در زمینه نسبیت، سیاه چاله‌ها و کرم چاله‌ها، به Space.com گفت:«نشانه‌هایی بسیارقوی وجود دارد که انسان قادر نیست از میان کرم چاله عبور کند و این موضوع طبق قوانین فیزیک ممنوع و ناممکن محسوب می‌شوند که ناراحت‌کننده و تاسف‌بار است.»
تصویر4- نمایی هنری از یک کرم چاله
کرم چاله چگونه عمل می‌کند؟
کرم چاله‌ها نه تنها ممکن است دو منطقه مجزا در جهان را به هم متصل کنند، بلکه می‌توانند دو جهان مختلف را نیز به هم متصل کنند. همچنین، برخی از دانشمندان حدس زده‌اند که اگر یک دهانه کرم چاله به روش خاصی حرکت کند، می‌تواند امکان سفر در زمان را فراهم کند. اریک دیویس، اخترفیزیکدان به Live Science گفت: «شما می‌توانید با استفاده از کرم چاله‌های قابل عبور به آینده یا گذشته بروید. اما آسان نخواهد بود. تبدیل کرم چاله به ماشین زمان به تلاش زیادی نیاز دارد. بیرون کشیدن کرم چاله به اندازه کافی سخت خواهد بود.» با این حال، استیون هاوکینگ، کیهان‌شناس بریتانیایی استدلال کرده است که چنین استفاده‌ای امکان‌پذیر نیست. به گفته اریک کریستین از ناسا، کرم چاله در واقع وسیله‌ای برای بازگشت به گذشته نیست؛ بلکه یک راه میانبر است؛ به این صورت که چیزی که بسیار دور بود، حال خیلی نزدیک‌تر است. اگرچه افزودن ماده بیگانه به یک کرم چاله آن را تا حدی تثبیت می‌کند که مسافران انسانی بتوانند با خیال راحت از طریق آن عبور کنند؛ اما همچنان این احتمال وجود دارد که افزودن ماده «عادی» برای بی‌ثبات کردن این گذرگاه کافی باشد. تکنولوژی امروزی برای بزرگ کردن یا تثبیت کرم چاله‌ها –حتی در صورت پیدا شدن‌شان- کافی نیست. با این حال، دانشمندان به کاوش این مفهوم به‌عنوان یک روش سفر فضایی با این امید ادامه می‌دهند که فناوری درنهایت بتواند از آنها استفاده کند. هسو گفت: «شما به تکنولوژی فوق پیشرفته نیاز دارید. انسان‌ها فعلا در آینده‌‌ای نزدیک قادر به انجام این کار نخواهند بود.»
تصویر5- نمایی هنری از یک کرم چاله
واقعیت یا تخیل؟
به دلیل این ویژگی‌های جالب، بسیاری از نویسندگان داستان‌های علمی-تخیلی از کرم چاله در رمان‌ها و فیلم‌ها استفاده می‌کنند. دانشمندان نیز درست به اندازه‌ی نویسندگان مجذوب ایده‌ی کرم چاله شده‌اند. در حالی که محققان هرگز حتی یک کرم چاله را در جهان ما پیدا نکرده‌اند. اما همانطور که گفته شد، طبق تئوری و معادلات، کرم چاله می‌تواند وجود داشته باشد. معادلات پشت نظریه‌ی فضا-زمان و نسبیت عام اینشتین، شامل کرم چاله نیز می‌باشد. این نظریه شکل کیهان و نحوه حرکت ستارگان، سیارات و سایر اجرام در سراسر آن را توصیف می‌کند. از آن‌جایی که نظریه اینشتین بارها و بارها مورد آزمایش قرار گرفته و هر بار درست بوده است، برخی از دانشمندان انتظار دارند کرم چاله‌ها درگوشه‌ای از کیهان وجود داشته باشند. اما دانشمندان دیگر فکر می‌کنند که کرم چاله‌ها نمی‌توانند وجود داشته باشند؛ زیرا بیش از حد ناپایدار هستند. کشش ثابت گرانش بر هر جسم در کیهان، از جمله زمین تأثیر می‌گذارد. بنابراین گرانش روی کرم چاله نیز تأثیر می‌گذارد. دانشمندانی که در مورد کرم چاله شک دارند، معتقدند که پس از مدت کوتاهی میانه‌ی کرم چاله تحت گرانش خود فرو می‌ریزد؛ مگر اینکه نیرویی برای مقابله با آن، از داخل کرم چاله به بیرون فشار آورد. محتمل‌ترین راه برای انجام این کار، استفاده از چیزی موسوم به «انرژی منفی» است که با جاذبه مقابله می‌کند و کرم چاله را تثبیت می‌کند . اما تا آن‌جایی که دانشمندان می‌دانند، انرژی‌های منفی برای مقابله با گرانش خود کرم چاله بسیار کم و ناچیز هستند. ممکن است که در آغاز کیهان، انفجار بزرگ، کرم چاله‌های بسیار کوچکی را با مقدار کمی از انرژی‌های منفی ایجاد کرده باشد و با گذشت زمان، این کرم چاله‌ها با گسترش جهان بسط پیدا کرده‌اند. رصدخانه‌های امواج گرانشی، بیش از 20 برخورد غول پیکر بین اجرام فوق‌العاده چگال و پرجرم مانند سیاه چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی را شناسایی کرده‌اند. با این وجود، ممکن است از نظر تئوری، اجرام عجیب‌تری مانند کرم چاله‌ها وجود داشته باشند که برخورد آنها باید سیگنال‌های گرانشی تولید کند که دانشمندان بتوانند آنها را شناسایی کنند. هیچ کس نمی‌داند که آیا می‌توان از این انرژی کوانتومی منفی برای تثبیت یک کرم چاله استفاده کرد یا خیر. حتی ممکن است نوع «درست» انرژی منفی را انتخاب نکرده باشیم؛ زیرا این انرژی فقط نسبت به محیط اطرافش منفی است، نه به‌صورت مطلق. کرم چاله ممکن است به‌طور طبیعی در مقیاس‌های میکروسکوپی در فوم کوانتومی (یعنی طبیعت چرخان فضا و زمان در کوچک‌ترین مقیاس‌ها) به دلیل همان انرژی‌های کوانتومی تشکیل شوند. در این صورت، کرم چاله ممکن است دائما به وجود بیاید و از بین برود. اما باز هم مشخص نیست که چگونه می‌توان این کرم چاله را به اندازه‌ای بزرگ کرد که بتوان از آن عبور نمود و آنها را ثابت نگه داشت.درست مثل سیاهچالهها؟
در حالی که کرم چاله موضوع جالبی برای تفکر است، هنوز در جریان اصلی علم پذیرفته نشده. زمانی که دانشمندان برای اولین بار در دهه ۱۹۱۰ وجود کرم چاله را مطرح کردند، پذیرفته نشدند؛ اما طبق گفته‌ی اخترفیزیکدانان، این بدان معنا نیست که آنها واقعی نیستند.
تصویر6- تصویر یک کرم چاله در سمت راست و یک سیاه چاله در سمت چپ
اینشتین برای اولین بار معادلات میدانی معروف خود را در سال ۱۹۱۵ فرموله کرد و کارل شوارتزشیلد، دانشمند آلمانی پس از تنها یک‌سال، راهی برای توصیف ریاضی سیاه چاله‌ها یافت. با این حال، این توصیف به قدری عجیب بود که دانشمندان برجسته آن دوره از باور اینکه سیاه چاله‌ها واقعا می‌توانند در طبیعت وجود داشته باشند، خودداری کردند. ۵۰ سال طول کشید تا مردم شروع به جدی گرفتن سیاهچالهها کنند. اصطلاح «سیاهچاله» حتی تا سال ۱۹۶۷ ابداع نشده بود. همین امر می‌تواند درمورد کرم چاله نیز رخ دهد. ممکن است کمی طول بکشد تا دانشمندان به یک نظر مشترک، در مورد اینکه آیا کرم چاله می‌توانند وجود داشته باشند یا خیر، دست یابند. اما اگر شواهد قوی دال بر وجود کرم چاله‌ها بیابند -که ممکن است با مشاهده حرکات عجیب‌و‌غریب در مدار ستاره‌ها بتوانند به آن دست یابند- این کشف به دیدگاه و درک دانشمندان از کیهان شکل تازه‌ای می‌بخشد. از تفاوت بین سیاه چاله و کرم چاله می‌توان به این نکته اشاره کرد که در سیاه چاله‌ها، نقطه‌ای به‌نام تکینگی وجود دارد که در آن، جرم بسیارزیاد سیاهچاله در فضای بسیار بسیار کوچکی فشرده می‌شود و دارای گرانش به شدت زیادی است؛ اما کرم چاله فاقد نقاط تکینگی است و به‌شکل یک پل، دو نقطه از فضا را به یکدیگر متصل کرده. هر چند که وجود کرم چاله برخلاف سیاهچالهها هنوز به اثبات نرسیده است.چه چیزی یک کرم چاله را قابل عبور می‌کند؟
با این حال، کرم چاله‌ای که از یک جفت سیاهچاله و سفیدچاله ایجاد می‌شود، چندان کارآمد نخواهد بود؛ چراکه در مرحله اول، سفیدچاله‌ها ناپایدار خواهند بود. اگر بخواهید ذره‌ای را به سمت افق رویداد سفیدچاله رها کنید، آن ذره هرگز به افق رویداد نخواهد رسید؛ زیرا هیچ چیز نمی‌تواند وارد سفیدچاله شود. سفیدچاله برعکس سیاهچاله، هر ماده‌ای را که به سمت آن میآید دفع و به بیرون پرتاب می‌کند. این فضا همچنین از نظر زمانی نیز عکس سیاهچاله است. در واقع برخی معقتدند در سمت دیگر یک سیاهچاله، یک سفید چاله قرار دارد که اجرام بلعیده‌شده توسط سیاهچاله را به بیرون پرتاب می‌کند. در این صورت، انرژی سامانه تا بی‌نهایت افزایش می‌یابد و درنهایت سفید چاله منفجر می‌شود. دوم اینکه حتی اگر سفیدچاله‌ها می‌توانستند وجود داشته باشند، تنها راه ورود به این نوع کرم چاله عبور از افق رویداد سیاهچاله است؛ اما هنگامی که یک شئ از افق رویداد سیاهچاله عبور کند، هرگز نمی‌تواند از دام جاذبه‌ی آن، خود را نجات دهد. با این اوصاف، خود کرم چاله ناپایدار به شمار میآید. به گفته رصدخانه جنوبی اروپا، عبور تنها یک فوتون یا ذره‌ی نور از تونل کرم چاله انرژی زیادی به سامانه وارد می‌کند که باعث از هم‌گسیختن تونل شده و کرم چاله را از بین میبرد. به گفته دیاندیان وانگ، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا، با این حال در دهه 1970 فیزیکدانان محاسبات ریاضی مورد نیاز برای ایجاد یک کرم چاله پایدار یا قابل عبور را بررسی کردند. ترفند این است که ورودی تونل کرم چاله را فراتر از افق رویداد سیاه چاله حرکت دهیم و خود تونل را تثبیت کنیم تا ماده عبوری از کرم چاله باعث فروپاشی فاجعه‌بار و ناگهانی نشود. عنصر کلیدی برای تثبیت یک کرم چاله ماده‌ای به اصطلاح بیگانه یا نوعی ماده است که جرم منفی دارد. متاسفانه تاکنون دانشمندان هرگز برای کرم چاله شواهدی دال بر وجود جرم منفی پیدا نکرده‌اند و این باعث نقض پایستگی تکانه می‌شود که بیان می‌کند اگر نیرویی اعمال نشود، تکانه باید ثابت بماند. یک جسم با جرم منفی که در کنار یک جسم با جرم مثبت قرار می‌گیرد، بلافاصله شتاب می‌گیرد، بدون هیچ منبع انرژی‌ای.کرم چاله‌ها چه شکلی هستند؟
مطابق تئوری، ورودی کرم چاله باید درست مانند سطح یک سیاره، کروی شکل باشد. که اگر می‌شد به آن نگاه کرد، نوری قابل مشاهده بود که از طرف دیگر وارد می‌شود. تونل کرم چاله می‌توانست هر طولی داشته باشد و در حین سفر به پایین تونل، مناظری مخدوش از منطقه‌ای از کیهان که از آن آمده‌اید و منطقه‌ای که به آن سفر کرده‌اید، قابل دیدن بود.کرم چاله و سفر در زمان
به لحاظ تئوری، یک کرم چاله می‌تواند به‌عنوان ماشین زمان نیز عمل کند. نسبیت خاص حکم می‌کند که ساعت‌های متحرک به آرامی کار می‌کنند. به عبارت دیگر، کسی که با سرعت نور به اطراف می‌دود، به سرعت کسی که ساکن می‌ایستد، به سمت آینده‌اش پیش نمی‌رود. اگر دانشمندان می‌توانستند به نحوی یک کرم چاله بسازند، در ابتدا این دو سر در زمان هماهنگ می‌شدند؛ اما اگر یک سر تقریبا به سرعت نور شتاب می‌گرفت، شروع به عقب افتادن از سر دیگر کرم چاله دیگر می‌کرد. به گفته اندرو فریدمن، فیزیکدان MIT، درنهایت می‌توان دو ورودی را با هم جمع کرد، اما یکی از ورودی‌ها در گذشته دیگری خواهد بود. برای سفر به گذشته، به سادگی از یک سر کرم چاله عبور می‌کردید و هنگامی که از کرم چاله خارج می‌شدید، در گذشته خود بودید.
تصویر7- تصویر هولوگرافی یک کرم چاله به‌وسیله‌ی کامپیوترهای کوانتومی
کرم چاله‌چگونه شکل می‌گیرد؟
در حال حاضر هیچ‌راه شناخته‌شده‌ای برای ساخت کرم چاله وجود ندارد و کرم چاله کاملا فرضی است. اگرچه بعید است که ماده بیگانه وجود داشته باشد، اما ممکن است راه دیگری برای تثبیت کرم چاله وجود داشته باشد؛ یعنی انرژی منفی. خلاء فضا-زمان با میدان‌های کوانتومی، بلوک‌های سازنده کوانتومی بنیادی که نیروها و ذراتی را ایجاد می‌کنند که ما تجربه می‌کنیم، پر شدهاست و این میدان‌های کوانتومی مقدار ذاتی انرژی دارند. همچنین امکان ساخت سناریوهایی وجود دارد که در آن انرژی کوانتومی در یک منطقه‌ی خاص کمتر از محیط اطراف آن باشد و این انرژی در سطح محلی منفی شود. به گفته جان بائز، ریاضیدان دانشگاه کالیفرنیا ریورساید، چنین انرژی منفی در دنیای واقعی به شکل اثر کازیمیر وجود دارد که در آن، انرژی‌های کوانتومی منفی بین دوصفحه‌ی فلزی موازی باعث جذب صفحات می‌شود. در اصل، همه کرم چاله‌ها ناپایدار هستند و به محض باز شدن، بسته می‌شوند. تنها راه برای باز نگه داشتن و قابل عبور کردن کرم چاله استفاده از شکلی عجیب از ماده با به اصطلاح «جرم منفی» است. چنین ماده عجیبوغریبی دارای خواص غیرمعمولی است؛ از جمله پروازکردن از یک میدان گرانشی استاندارد به جای سقوط به درون آن (برخلاف یک مادهی معمولی). هیچ کس نمی‌داند آیا چنین مادهی عجیبوغریبی واقعا وجود دارد یا خیر. نویسندگان: کیانا کلانتری و صبا طاهری منابع:- https://astronomy.com/news/astro-for-kids/2022/08/what-are-wormholes-an-astrophysicist-explains-these-shortcuts-through-space-time
- https://byjus.com/physics/wormhole/
- https://www.space.com/20881-wormholes.html
- https://www.livescience.com/what-are-wormholes
