الثقب الدودي | الثقب الدودي والسفر عبر الزمن
ماهي الثقوب الدودية ؟ الثقب الدودي ويعني ( بالانجليزية : wormhole ) هو “نفق” افتراضي يربط بين نقطتين مختلفتين في الزمكان بطريقة تجعل الرحلة عبر الثقب الدودي تستغرق وقتًا أقل بكثير من الرحلة بين نفس نقطتي البداية والنهاية في الفضاء العادي. يمكن أن تكون نهايات الثقب الدودي ، من الناحية النظرية ، داخل الكون (أي أن كلاهما موجود في نفس الكون) أو بين الكون (موجود في أكوان مختلفة ، وبالتالي يكون بمثابة ممر يربط بين الاثنين).
تنشأ الثقوب الدودية كحلول لمعادلات نظرية النسبية العامة لأينشتاين. ومع ذلك ، فإن الخاصية المعروفة للثقوب الدودية هي أنها غير مستقرة إلى حد كبير ومن المحتمل أن تنهار على الفور إذا حاول حتى أصغر حجم من المادة ، مثل فوتون واحد ، المرور عبرها. هناك طريقة محتملة للتغلب على هذه المشكلة وهي استخدام المادة الغريبة لمنع الثقب الدودي من الانضغاط. 1
ماهي المادة الغريبة
المادة الغريبة وتعني ( بالانجليزية : exotic matter ) هي مادة افتراضية لها كثافة طاقة سالبة وضغط سلبي أو توتر يتجاوز كثافة الطاقة. جميع الأشكال المعروفة للمادة لها كثافة طاقة موجبة وضغوط أو توترات تكون دائمًا أقل من كثافة الطاقة من حيث الحجم. في الشريط المطاطي الممتد ، على سبيل المثال ، تكون كثافة الطاقة 100 تريليون مرة أكبر من قوة الشد. يكمن المصدر المحتمل للمادة الغريبة في سلوك حالات فراغ معينة في نظرية المجال الكمومي (تأثير كازيمير). إذا كانت هذه المادة موجودة ، أو يمكن إنشاؤها ، فقد تجعل مخططات ممكنة للسفر أسرع من الضوء ، مثل الثقوب الدودية المستقرة ومحرك الالتواء Alcubierre.
التعريف الأكثر عمومية للمادة الغريبة هو أي نوع من المواد غير الباريونية ، أي ليست مصنوعة من الباريونات – الجسيمات دون الذرية ، مثل البروتونات والنيوترونات ، التي تتكون منها المادة العادية. 2
ماهو الفرق بين الثقب الدودي والثقب الأسود
تعريف الثقب الأسود : الثقب الأسود ويعني ( بالانجليزية : black hole ) هي ظاهرة تنبأت بها نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ، والتي نُشرت في عام 1916. في الواقع ، تم اقتراح فكرة الثقب الأسود منذ عام 1783 من قبل عالم الفلك البريطاني الهاوي جون ميشيل (وبشكل مستقل من قبل الفرنسي بيير- سيمون لابلاس عام 1795).
ومن المفارقات أن أينشتاين نفسه لم يؤمن بوجود الثقوب السوداء ، وقد قاوم الفكرة بشدة ، على الرغم من أن نظريته تنبأت بها. الإجماع العلمي العام الآن هو أن الثقوب السوداء موجودة بالفعل ، وأنها في الواقع واحدة من أهم سمات الكون. اكتشفها علماء الفلك بشكل غير مباشر بطرق مختلفة بما فيه الكفاية بحيث لا يوجد شك يذكر في وجودها.
الثقب الأسود (تُنسب العبارة عادةً إلى الفيزيائي الأمريكي جون ويلر في عام 1967 ، وهي بالتأكيد تحسين واضح على الملصق الأصلي “الأجسام المنهارة تمامًا بالجاذبية”) هي منطقة من الفضاء يكون فيها مجال الجاذبية قويًا جدًا بحيث لا شيء ، بما في ذلك الإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الضوء المرئي ، يمكنه الهروب من جاذبيته – نوع من حفرة لا نهاية لها في الزمكان.
تقوم الثقوب الدودية بطي المكان والزمان وإنشاء جسر بين نقطتين بعيدتين. … تتشابه الثقوب السوداء والثقوب الدودية ، باستثناء شيء واحد: عندما ينشئ الثقب الدودي جسراً بين نقطتين ، يؤدي الثقب الأسود إلى طريق مسدود. هذا الطريق المسدود يسمى التفرد.
تاريخ الثقوب الدودية
تعود نظرية الثقوب الدودية إلى عام 1916 ، بعد وقت قصير من نشر أينشتاين نظريته العامة ، عندما نظر Ludwig Flamm ، وهو فيزيائي نمساوي ، في أبسط حل ممكن لمعادلات أينشتاين ، والمعروف باسم حل شوارزشيلد (أو مقياس شوارزشيلد). يصف هذا مجال الجاذبية حول كتلة غير دوارة متناظرة كرويًا. إذا كانت الكتلة مضغوطة بشكل كافٍ ، فإن الحل يصف شكلًا معينًا من الظاهرة يسمى الآن الثقب الأسود – ثقب شوارزشيلد الأسود.
أدرك Flamm أن معادلات أينشتاين سمحت بحل ثانٍ ، يُعرف الآن بالثقب الأبيض ، وأن الحلين اللذين يصفان منطقتين مختلفتين من الزمكان (المسطح) مرتبطان (رياضياً) بقناة الزمكان . لأن النظرية ليس لديها ما تقوله حول مكان وجود هذه المناطق من الزمكان في العالم الحقيقي ، يمكن أن يكون “مدخل” الثقب الأسود و “خروج” الثقب الأبيض في أجزاء مختلفة من نفس الكون أو في أكوان مختلفة تمامًا.
في عام 1935 ، اكتشف أينشتاين وناثان روزين مزيدًا من البحث ، نظرية الروابط داخل أو بين الكون في الورقة التي كان الغرض الفعلي منها محاولة شرح الجسيمات الأساسية ، مثل الإلكترونات ، من حيث أنفاق الزمكان. مترابطة بخطوط القوة الكهربائية. أدى عملهم إلى ظهور الاسم الرسمي وهو جسر أينشتاين-روزين فيما بعد أطلق عليه الفيزيائي جون ويلر اسم “الثقب الدودي”. (صاغ ويلر أيضًا مصطلحي “الثقب الأسود” و “الرغوة الكمومية”.) تناقش ورقة ويلر لعام 1955 الثقوب الدودية من حيث الكيانات الطوبولوجية المسماة geons ، وبالمناسبة ، تقدم الرسم التخطيطي الأول (المألوف الآن) للثقب الدودي كنفق يربط بين فتحتين في مناطق مختلفة من الزمكان.
الثقوب الدودية العابرة
ازداد الاهتمام بما يسمى بالثقوب الدودية التي يمكن اجتيازها بعد نشر بحث عام 1987 بقلم مايكل موريس ، وكيب ثورن ، وأوري ييرتسيفر (MTY هي اختصار اسماء اصحاب البحث السابق). في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. الذي كان يفكر في طريقة لنقل البطلة في روايته الاتصال عبر المسافات بين النجوم بسرعة عابرة للضوء.
قدم ثورن المشكلة لطلاب الدكتوراه ، مايكل موريس وأوري ييرتسفر ، الذين أدركوا أن مثل هذه الرحلة قد تكون ممكنة إذا أمكن فتح ثقب دودي لفترة كافية لمرور مركبة فضائية (أو أي جسم آخر). خلصت MTY إلى أن إبقاء ثقب دودي مفتوحًا يتطلب مادة ذات كثافة طاقة سالبة وضغط سلبي كبير – أكبر في الحجم من كثافة الطاقة. تسمى هذه المادة الافتراضية بالمادة الغريبة.
على الرغم من أن وجود مادة غريبة أمر تخميني ، إلا أن هناك طريقة معروفة لإنتاج كثافة طاقة سالبة: تأثير كازيمير. كمصدر لثقبهم الدودي ، تحول MTY إلى الفراغ الكمومي. اتضح أن “الفضاء الفارغ” على المقياس الأصغر ليس فارغًا على الإطلاق ولكنه مليء بالتقلبات العنيفة في هندسة الزمكان ذاتها.
في هذا المستوى من الطبيعة ، يُعتقد أن الثقوب الدودية بالغة الصغر تغوص باستمرار وتختفي من الوجود. اقترحت MTY أن الحضارة المتقدمة بما فيه الكفاية يمكن أن توسع أحد هذه الثقوب الدودية الصغيرة إلى الحجم المجهري عن طريق إضافة الطاقة. ثم يمكن تثبيت الثقب الدودي باستخدام تأثير كازيمير عن طريق وضع كرتين فائقتي التوصيل مشحنتين في أفواه الثقب الدودي. أخيرًا ، يمكن نقل الأفواه إلى مناطق متفرقة على نطاق واسع من الفضاء لتوفير وسيلة للاتصال والسفر FTL.
مثال
على سبيل المثال ، قد يتم نقل الفم الموجود على متن سفينة فضائية إلى مكان ما على بعد عدة سنوات ضوئية. نظرًا لأن هذه الرحلة الأولية ستكون عبر الزمكان العادي ، فيجب أن تتم بسرعات الضوء . ولكن خلال الرحلة وبعد ذلك سيكون الاتصال الفوري والنقل عبر الثقب الدودي ممكنًا.
يمكن حتى تزويد السفينة بالوقود والمؤن من خلال الفم الذي كانت تحمله. أيضًا ، بفضل التمدد الزمني النسبي ، لا يجب أن تستغرق الرحلة وقتًا طويلاً ، حتى كما تم قياسها بواسطة المراقبون المتمركزون في الأرض. على سبيل المثال ، إذا كانت المركبة الفضائية السريعة التي تحمل فم الثقب الدودي ستسافر إلى فيجا ، على بعد 25 سنة ضوئية ، بمعدل 99.995٪ من سرعة الضوء (مما يعطي عامل تمدد زمني 100) ،
فإن الساعات الموجودة على ظهر السفينة ستقيس الرحلة على أنها تستغرق ثلاثة أشهر فقط. لكن الثقب الدودي الممتد من السفينة إلى الأرض يربط بشكل مباشر بين المكان والزمان بين كلا الفمين – الموجود على متن السفينة والآخر المتخلف على الأرض (أو بالقرب منها). لذلك ، وفقًا للقياس بواسطة الساعات الأرضية أيضًا ، كانت الرحلة ستستغرق ثلاثة أشهر فقط – ثلاثة أشهر لإنشاء رابط نقل واتصالات فوري إلى حد ما بين هنا و Vega.
بالطبع ، مخطط MTY لا يخلو من الصعوبات التقنية ، أحدها هو الحاجة لقوة قوية بشكل لا يصدق التي تلزم لفتح أفواه الثقب الدودي التي قد تمزق أي شيء أو أي شخص يحاول المرور. في محاولة لتصميم بيئة أكثر اعتدالًا للمسافرين الذين يستخدمون ثقبًا دوديًا ، تصور Matt Visser من جامعة واشنطن في سانت لويس ترتيبًا تكون فيه منطقة الزمكان في فم الثقب الدودي مسطحة (وبالتالي خالية من القوة) ولكن مؤطرة بدعامات من المادة الغريبة تحتوي على منطقة انحناء حاد للغاية .
يتصور فيسر تصميمًا مكعّبًا ، مع وصلات دودية ذات فضاء مسطح على الجوانب المربعة وخيوط كونية كالحواف. قد يتصل كل وجه مكعب بوجه مكعب آخر ذي ثقب دودي ، أو قد تتصل أوجه المكعب الستة بستة أوجه مكعب مختلفة في ستة مواقع منفصلة.
في عام 2011 ، أظهر باناجيوتا كانتي (جامعة يوانينا) وبوركهارد كليهاوس (جامعة أولدنبورغ) كيف يمكن بناء ثقوب دودية يمكن عبورها دون استخدام مادة غريبة من خلال اللجوء إلى شكل من أشكال نظرية الأوتار.
