الثقوب الدودية Wormholes
بوابات كونية إلى أماكن وأزمان أخرى
الثقب الدودي هو حل خاص للمعادلات التي تصف نظرية النسبية العامة لأينشتاين والتي تربط بين نقطتين متباعدتين في المكان أو الزمان عبر نفق. من الناحية المثالية، يكون طول هذا النفق أقصر من المسافة بين هاتين النقطتين، مما يجعل الثقب الدودي بمثابة نوع من الاختصار. على الرغم من كونها عنصرًا أساسيًا في الخيال العلمي وقد استحوذت على الخيال الشعبي، إلا أن الثقوب الدودية، على حد علمنا، 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؟
تم اكتشاف أبسط حل ممكن للثقوب الدودية من قبل ألبرت أينشتاين وناثان روزين في عام 1935، ولهذا السبب تسمى الثقوب الدودية أحيانًا "جسور أينشتاين-روزين". بدأ أينشتاين وروزن بالحل الرياضي للثقب الأسود، الذي يتكون من نقطة التفرد (نقطة ذات كثافة لا نهائية) وأفق الحدث (منطقة تحيط بهذا التفرد ولا يمكن لأي شيء الهروب بعده). وفقا 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 بشكل عكسي للثقب الأسود: لا يمكن لأي شيء أن يدخل أفق الحدث للثقب الأبيض، ويتم إخراج أي مادة داخل الثقب الأبيض على الفور.
وجد أينشتاين وروزن أنه من الناحية النظرية، كل ثقب أسود يقترن بثقب أبيض. ولأن الثقبين سيكونان موجودين في مكانين منفصلين في الفضاء، فإن النفق -الثقب الدودي- سوف يربط بين الطرفين.
ما الذي يجعل الثقب الدودي قابلاً للعبور؟
ومع ذلك، فإن الثقب الدودي الناتج عن زوج من الثقوب السوداء والبيضاء لن يكون مفيدًا جدًا.
أولاً، ستكون الثقوب البيضاء غير مستقرة. إذا قمت بإسقاط جسيم باتجاه أفق الحدث لثقب أبيض، فلن يصل الجسيم أبدًا إلى أفق الحدث، لأنه لا يمكن لأي شيء أن يدخل الثقب الأبيض. وبالتالي فإن طاقة النظام ستستمر 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 للدخول إلى هذا النوع من الثقوب الدودية هي عبور أفق الحدث للثقب الأسود على الجانب الآخر. ولكن بمجرد أن يعبر الجسم أفق الحدث، فإنه لا يمكن أن يغادره أبدًا. لذلك يمكن للأشياء أن تدخل الثقب الدودي لكنها لا تهرب أبدًا.
وأخيرًا، ستكون الثقوب الدودية نفسها غير مستقرة. وفقًا للمرصد الجنوبي الأوروبي، فإن فوتونًا واحدًا، أو جسيمًا من الضوء، يمر عبر نفق الثقب الدودي من شأنه أن يقدم الكثير من الطاقة للنظام مما يؤدي إلى انهيار النفق، و تدمير الثقب الدودي.
ومع ذلك، في السبعينيات، توصل الفيزيائيون إلى الرياضيات اللازمة لإنشاء ثقب دودي مستقر أو "قابل للعبور"، وفقًا لعالم الفيزياء ديانديان وانغ من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا. تكمن الحيلة في تحريك مدخل نفق الثقب الدودي إلى ما بعد أفق الحدث للثقب الأسود وتثبيت النفق نفسه بحيث لا تتسبب المادة التي تمر عبره في انهيار كارثي فوري.
العنصر الرئيسي لتثبيت الثقوب الدودية هو ما يسمى بالمادة الشاذة Exotic Matter، وهي شكل من أشكال المادة ذات كتلة سالبة. لسوء حظ الثقوب الدودية، لم يجد العلماء أبدًا دليلاً على وجود مادة ذات الكتلة السالبة، لأن هذا من شأنه أن ينتهك قانون حفظ الزخم، الذي ينص على أن زخم الجسم يبقى ثابتا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية ؛ فالجسم ذو الكتلة السالبة الموضوع بجوار الجسم ذو الكتلة الموجبة سوف يتسارع على الفور، دون وجود مصدر للطاقة.
كيف تبدو الثقوب الدودية؟
إذا كان مثل هذا الثقب الدودي موجودًا بالفعل، فسيبدو غريبًا جدًا. سيكون المدخل على شكل كرة، مثل سطح الكوكب. ولو نظرت فيها لرأيت الضوء يأتي من الجانب الآخر. يمكن أن يكون طول نفق الثقب الدودي بأي طول، وأثناء سفرك عبر النفق، ستشاهد مناظر مشوهة لمنطقة الكون التي أتيت منها والمنطقة التي كنت تسافر إليها.
الثقوب الدودية والسفر عبر الزمن
ومن الناحية النظرية، يمكن أن يعمل الثقب الدودي أيضا كآلة زمنية. وفقا للنسبية الخاصة أن الساعات المتحركة تتحرك ببطء. وبعبارة أخرى، فإن شخصا ما يتسابق بسرعة تقارب سرعة الضوء لن يتقدم إلى مستقبله بنفس سرعة شخص يقف ساكنا.
إذا تمكن العلماء بطريقة أو بأخرى من بناء ثقب دودي، فمبدئيا سيكون طرفاه متوافقان زمنيا (متزامنين). ولكن إذا تم تسريع أحد الطرفين إلى ما يقرب من سرعة الضوء، فإن هذا الطرف سيبدأ في التأخر عن الطرف الآخر. ويمكن بعد ذلك جمع المدخلين معًا، ولكن بعد ذلك سيكون أحد المدخلين في ماضي الآخر، وفقًا لعالم الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أندرو فريدمان.
وللسفر عبر الزمن، ما عليك سوى السير عبر أحد طرفيه. عندما تخرج من الثقب الدودي، ستكون في ماضيك.
كيف تتشكل الثقوب الدودية؟
قد تحدث الثقوب الدودية بشكل طبيعي على مستويات مجهرية في الرغوة الكمومية. (رصيد الصورة: شترستوك)
لا توجد حاليًا طريقة معروفة لبناء ثقب دودي، فالثقوب الدودية هي افتراضات بحتة. على الرغم من أنه من غير المرجح وجود مادة شاذة، فقد تكون هناك طريقة أخرى لتثبيت الثقوب الدودية: الطاقة السالبة.
يمتلئ فراغ الزمكان بالحقول الكمومية، وهي لبنات البناء الكمومية الأساسية التي تؤدي إلى ظهور القوى والجسيمات التي نختبرها، وهذه الحقول الكمومية لديها كمية جوهرية من الطاقة. من الممكن بناء سيناريوهات تكون فيها الطاقة الكمومية في منطقة معينة أقل من محيطها، مما يجعل تلك الطاقة سلبية على المستوى المحلي. توجد مثل هذه الطاقة السلبية في العالم الحقيقي على شكل تأثير كازيمير، حيث تتسبب الطاقات الكمومية السلبية بين صفيحتين معدنيتين متوازيتين في تجاذب الصفائح، وفقًا لعالم الرياضيات بجامعة ريفرسايد جون بايز.
لكن لا أحد يعرف ما إذا كان من الممكن استخدام هذه الطاقة الكمومية السلبية لتحقيق الاستقرار في الثقب الدودي. قد لا تكون حتى النوع "الصحيح" من الطاقة السلبية، لأنها سلبية فقط بالنسبة إلى محيطها، وليس بشكل مطلق.
قد تحدث الثقوب الدودية بشكل طبيعي على مستويات مجهرية في الرغوة الكمومية، وهي الطبيعة المضطربة للزمكان في أصغر المقاييس بسبب تلك الطاقات الكمومية نفسها. في هذه الحالة، قد تظهر الثقوب الدودية وتختفي من الوجود باستمرار. ولكن مرة أخرى، ليس من الواضح كيفية "توسيع" تلك الثقوب الدودية إلى أحجام كبيرة بما يكفي للمشي من خلالها، والحفاظ عليها مستقرةً.
المصدر:
https://www.livescience.com/what-are-wormholes
