عبور از کرم‌چاله‌ها: از مرگ تا سفرهای کیهانی

علاقه‌مند هستید که با سرعت از میان یک کرم‌چاله لیز بخورید؟ اگر می‌خواهید که از سفر به درون یک کرم‌چاله بازگردید، به شرایط گرانشی عجیب و غریبی نیاز دارید. می‌توان تصور کرد که کرم‌چاله برای ساختار فضا و زمان مثل کد تقلب بازی‌های رایانه‌ای است! شاید هم دوست داشته باشید که بدون خستگی و عرق ریختن از یک سامانه ستاره‌ای به سامانه‌ای دیگر بپرید. اما بهتر است ابتدا مطمئن شویم که کرم‌چاله‌تان قابل عبور و بازگشت‌پذیر است.

«ژوئا رزا»، فیزیکدان دانشگاه «آویرو» در پرتغال، در مصاحبه با «Live Science» گفت: «هر مسافری تلاش کند از کرم‌چاله‌ای عبور کند که به این کار راضی نیست، با فروریختن تونل در داخل آن له خواهد شد.»

رزا در حال تلاش برای ایجاد کرم‌چاله‌ای پایدار و قابل عبور است؛ کرم چاله‌ای که می‌توان با خیال راحت از میان آن عبور کرد بدون فروریختن تئوری گذرگاه و یا به دام افتادن سرنشین آن. او به تازگی دریافته که این امر واقعا امکان‌پذیر است به شرطی که درکمان از گرانش را اصلاح کنیم.

مساله عبورپذیری

ساختن کرم‌چاله‌ها روی کاغذ به طرز فریبنده‌ای آسان به نظر می‌رسد. با نظریه گرانش شروع می‌کنیم. در نظریه نسبیت عام اینشتین، گرانش رابطه بین ماده و انرژی و فضا و زمان را تعریف می‌کند. ترفند ساخت کرم‌چاله یافتن یک پیکربندی بین ماده و انرژیست که به شما امکان می‌دهد یک تونل ایجاد کنید. در پژوهش‌ها این تونل معمولا «گلوی کرم‌چاله» نامیده می‌شود و با آن می‌توانید بین دو نقطه دور از فضا پل بزنید.

این گلو به قاعده کلی می‌تواند هر اندازه که می‌خواهید طولانی یا کوتاه باشد؛ اما کرم‌چاله‌های جذاب زمانی اتفاق می‌افتند که گلو به مراتب کوتاه‌تر از فاصله معمول بین دو نقطه باشد و به این ترتیب کرم‌چاله به میانبری مناسب تبدیل می‌شود. جذاب‌تر اینکه کرم چاله‌ها به عنوان ماشین زمان هم می‌توانند عمل کنند و بسته به نوع ساخت‌شان، شما را به آینده یا گذشته بفرستند. ایده چنین میانبر هوس‌انگیزی برای دهه‌هاست که تصورات دانشمندان و نویسندگان داستان‌های علمی تخیلی را به خود جلب کرده است.

رزا در ایمیل خود به Live Science گفت: «امکان بازدید از ستارگان دیگر (یا حتی دیگر کهکشان‌ها)، یافتن احتمالی تمدن‌های بیگانه فضایی و امکان بازگشت به گذشته یا انتظار نکشیدن برای آینده، بخشی از تصورات و خیالات بشر از روزگاران دور است؛ کرم‌چاله‌ها راه‌حلی نسبتا ساده و یگانه برای این مسائل ارائه می‌دهند.»

با این وجود کرم چاله‌هایی که براساس معیارهای نسبیت عام ساخته‌ شده‌‌اند، یک مشکل بزرگ دارند: آن‌ها در واقع قابل عبور نیستند. ورودی‌های کرم‌چاله‌های نسبیت عام، در پشت افق‌های رویداد پنهان شده‌اند که موانع یک طرفه‌ای در فضا هستند؛ این بدان معناست که اگر قرار باشد وارد کرم چاله شوید، هرگز نمی‌توانید از آن خارج شوید و در نتیجه عبورپذیری شکست خورده است.

مشکل دیگر این است که آن‌ها به طرز مضحکی ناپایدارند. در لحظه‌ای که حتی یک فوتون یا ذره نور وارد گلو می‌شود، کل کرم‌ چاله به طرز فاجعه‌باری قبل از خروج آن بسته نور فرو می‌ریزد.

جاذبه‌ای جدید

یک مسافر کیهانی برای حل این مشکلات در نسبیت عام و پایدارسازی یک کرم چاله، باید آن را از ماده‌ای فوق‌العاده عجیب و غریب درست کند؛ شکلی از ماده که دارای انرژی منفی یا جرم منفی است. جرم منفی (که به عنوان ماده غریب نیز شناخته می‌شود) دقیقا همان چیزی است که به نظر می‌رسد: اگر وزن چیزی منفی 10 پوند باشد، جرم منفی دارد. دانشمندان جرم منفی را در هیچ کجای جهان مشاهده نکرده‌اند. در این بین امکان دستیابی به انرژی منفی کمی بیشتر است؛ شرایطی که انرژی در یک مکان خاص نسبت به محیط اطرافش منفی است اما تنها در مقیاس‌های میکروسکوپی و کوانتومی می‌توان به آن دست یافت.

رزا بیان می‌کند: «وجود این ماده ضروری است چرا که از فرو ریختن کرم چاله روی مسافر جلوگیری می‌کند اما همچنین مشکل‌ساز است. این یک چگالی انرژی متوسط منفی را نشان می‌دهد؛ ویژگی‌ فوق‌العاده نادر از ماده در جهان که تنها در شرایط بسیار خاص در سطح کوانتومی مشاهده می‌شود.»

از آنجا که چنین ماده‌ای بسیار کمیاب است، ساختن کامل یک کرم چاله از این ماده عجیب در جهان ما غیرممکن به نظر می‌رسد.

اما تمامی این بحث‌ها درباره کرم چاله‌ها براساس نظریه نسبیت عام پیش‌بینی شده و در حالی که این نظریه گرانشی از هر محک رصدی و آزمایشی طی قرن گذشته با موفقیت عبور کرده، ما می‌دانیم که نسبیت عام حرف آخر را در گرانش نمی‌زند. نسبیت قادر به توصیف مراکز سیاه‌ چاله‌ها، اولین لحظات عالم و پیوند بین خود و فیزیک کوانتومی نیست.

بنابراین شاید یک نظریه جدید و بهبودیافته در گرانش اجازه پدید آمدن کرم چاله‌ها را بدهد.

انجام سفر

این دقیقا همان چیزی‌ است که رزا در مقاله جدیدی مورد بررسی قرار داد. مقاله‌ای که ۲۹ ژوئیه به صورت آنلاین در نسخه پیش از چاپ ژورنال «arXiv» منتشر شد؛ نسخه پیش از چاپ به این معنی است که این مطالعه هنوز باید توسط همتایان متخصص در این زمینه، مورد بررسی قرار گیرد.

رزا از شکل بهینه‌ شده‌ای از گرانش به نام «جاذبه پالاتینی_متریکِ ترکیبی و عام» استفاده کرد. این نظریه بر نسبیت عام بنا شده اما اجازه می‌دهد تا انعطاف بیشتری در روابط بین ماده و انرژی و فضا و زمان حاکم باشد.

پژوهش‌های پیشین نشان داده بودند که در این نظریه اصلاح شده، کرم چاله‌های قابل عبور ممکن هستند اما همچنان به انرژی منفی در خارج از گلوی کرم چاله نیاز داشتند. رزا کشف کرد که با لایه‌بندی ورودی‌های کرم چاله‌ها با دو پوسته نازک از ماده معمولی، عبور از آن بدون نیاز به هیچ‌گونه انرژی منفی ممکن می‌شود.

او توضیح می‌دهد که: «آنچه اتفاق می‌افتد این است که در صورت اصلاح گرانش، تاثیرات گرانشی موردنیاز برای تضمین عبورپذیری کرم‌ چاله به طور طبیعی اتفاق می‌افتد و برای تحقق این هدف دیگر نیازی به ماده عجیب (ماده با جرم منفی) نیست.»

و اما در ادامه رزا می‌‌خواهد این نظریه خاص درباره گرانش اصلاح شده را آزمایش کند. او اینگونه نوشته: «این تنها گامی بسیار کوچک به سوی هدف نهایی است؛ اکنون باید از داده‌ها و مشاهدات تجربی (برای مثال امواج گرانشی و خط سیر ستارگان در نزدیکی مرکز راه شیری) برای آزمایش و تایید اعتبار این نظریات (امیدوارم) استفاده کرد.»

در حالی که نسبیت عام تاکنون همه اندازه‌گیری‌های گرانش (از جمله امواج گرانشی و ناحیه مجاور سیاه چاله‌ها) را توضیح داده، داستان هنوز تمام نشده. مشاهدات آینده ممکن است شکافی در آن نظریه قابل احترام پیدا کنند و اگر جاذبه پالاتینی_متریکِ ترکیبی و عام، مشاهدات کیهانی را بهتر توضیح دهد، احتمال دارد کرم‌ چاله‌های ساخته شده برای سفر، امکان‌پذیر شوند.

اما پرسش‌ها به اینجا ختم نمی‌شوند. کرم چاله‌ها می‌توانند به عنوان ماشین زمان نیز عمل کنند. بنابراین راه حلی مناسب برای کرم چاله، به این معناست که سفر در زمان به گذشته امکان‌پذیر است؛ که البته این انواع مشکلات پیچیده را ایجاد می‌کند (مثل مساله معروف «پارادوکس پدربزرگ» و پرسش‌هایی در باب علیت). اگر به یقین برسیم که کرم چاله‌های قابل عبور می‌توانند وجود داشته باشند، نه تنها رویاهای علمی تخیلی‌مان محقق می‌شوند، بلکه درک ما از فیزیک زیر و رو خواهد شد.