كيفية بناء ثقب دودي في 3 خطوات فقط (شبه مستحيلة)
لعمل ثقب دودي لدينا ثلاث خيارات تتمثل بـ
الخيار رقم 1: جسر أينشتاين-روزن
تتمثل الخطوة الأولى في فهم أن الثقوب الدودية شرعية تمامًا في رياضيات النسبية العامة (GR). نحن نستخدم GR لأن هذه هي لغة الجاذبية لدينا ، والمحرك الرياضي الرائع لألبرت أينشتاين واضح ومباشر نسبيًا. أدرك أينشتاين أنه بينما نختبر الجاذبية كقوة ، فإنها في الحقيقة مجرد الإحساس الذي نشعر به لأننا مجبرون على التنقل في المطبات والتذبذبات والتموجات في الزمكان. تأتي هذه النتوءات والتذبذبات والتموجات نفسها من توزيع المادة والطاقة في نفس الزمكان.
تخبر المادة الزمكان كيف ينحني ؛ انحناء الزمكان يخبرنا عن كيفية التحرك.
إذا أردنا بناء نفق في الزمكان – ثقب دودي – نحتاج إلى اكتشاف بعض ترتيب المادة و / أو الطاقة التي تعمل على ثني الزمكان تمامًا ، مما يضمن ظهور نفق. مع النسبية العامة كدليل ، نحتاج إلى إيجاد حل لمعادلاتها يسمح بوجود ثقب دودي.
وللوهلة الأولى ، قد نعتقد أن أبسط طريقة لبناء ثقب دودي هو بناء ثقب أسود.
الثقوب السوداء هي مناطق من الزمكان مقطوعة عن بقية الكون. إنها ثقوب في الزمكان نفسه – نقطة ذات كثافة لا نهائية تُعرف باسم التفرد ، ملفوفة في حاجز أحادي الاتجاه يسمى أفق الحدث. بمجرد عبور أفق الحدث ، يكون اندفاع الجاذبية ساحقًا لدرجة أنه لا يمكن لأي شيء ، ولا حتى الضوء ، الهروب. في الواقع ، إنها أكثر من مجرد رحلة ذهاب فقط. إنه طريق سريع مستقيم إلى جحيم (مفرد). بمجرد دخولك إلى ثقب أسود ، فمن المؤكد أنك ستصل إلى التفرد – وعذابك – في فترة زمنية محدودة.
يظهر حل الثقب الأسود في GR كإجابة لسؤال بسيط للغاية: ماذا يحدث عندما تقوم بسحق المادة إلى مثل هذه الكثافة العالية بحيث لا توجد قوة أخرى قوية بما يكفي لمواجهتها؟ بوم – ثقب أسود.
لكن الثقوب السوداء ليست الإجابة الوحيدة على هذا السؤال. تسمح رياضيات GR بالعكس التام للثقب الأسود ، والمعروف بمودة باسم الثقب الأبيض. تتميز الثقوب البيضاء أيضًا بتفرد في المركز ، لكن أفق الحدث الخاص بها يعمل بشكل عكسي – لا يمكن لأي شيء أن يدخل الثقب الأبيض ، وأي شيء داخل الثقب الأبيض عندما يتشكل سيجد نفسه سريعًا إلى الخارج أسرع من سرعة الضوء.
ما علاقة كل هذا بالثقوب السوداء؟ و الثقب الدودي
بالنظر إلى الرياضيات المجردة لـ GR ، عندما تقوم بتكوين ثقب أسود ، فإنك تحصل تلقائيًا على ثقب أبيض متصل به. ويشكل زوج متصل من الثقوب السوداء والبيضاء تلقائيًا ثقبًا دوديًا بسبب نفس الرياضيات المخبوزة.
تسمى هذه الجسور أينشتاين-روزن (أو ، إذا كنت تشعر بالخيال ، مقياس شوارزشيلد الممتد إلى أقصى حد) ، بعد أينشتاين ومساعده ، ناثان روزين. يظهر هذا الحل في GR سهل مثل النهار.
بلوز الثقب الأسود و الثقب الدودي
ومع ذلك ، هناك مشكلتان صغيرتان في هذا الإعداد.
أولاً ، من شبه المؤكد أن الثقوب البيضاء غير موجودة. إنهم غير مستقرين بشدة. تكمن المشكلة في أفق الحدث العكسي ، والذي لا يمكنه أبدًا السماح لأي شيء بالدخول من الخارج ولكنه ينثر باستمرار الأشياء. نظرًا لأن الثقب الأبيض مكافئ تمامًا للثقب الأسود ولكنه يمتد إلى الوراء في الوقت المناسب ، فإن الثقب الأبيض المتطور سيبدو مثل تكوين ثقب أسود ولكن في الاتجاه المعاكس: يقوم الثقب الأبيض بعمله حتى يفقد كتلة كافية ويشكل نجمًا بشكل تلقائي .
لا يمكنك تكوين نجم تلقائيًا لمجرد أنك تشعر بذلك ، لأن ذلك ينتهك القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
حتى الثقوب البيضاء خارج.
هذا يعني أنك إذا حاولت ترك الحالة النظيفة والمعقمة لرياضيات GR وراءك وحاولت تكوين ثقب أسود في العالم الحقيقي ، فإن الثقب الأبيض لا يحدث أبدًا. كل المواد التي ستستخدمها لتشكيل الثقب الأبيض تخنقه في الرحم باستخدام الحبل السري الجاذبي الخاص به ، مما يؤدي إلى قطع تكوينه وترك الثقب الأسود فقط.
إذا كنت قادرًا بطريقة ما على بناء زوج من الثقوب البيضاء / السوداء ، سيكون لديك من الناحية الفنية ثقبًا دوديًا. لن يكون الأمر ممتعًا للغاية.
تكمن مشكلة جسور أينشتاين-روزن في أن مدخل الثقب الدودي نفسه يقع ضمن أفق الحدث للثقب الأسود. يجب أن تمر عبر هذا الحاجز أحادي الاتجاه لمواصلة رحلة الثقب الدودي. لكن طبيعة أفق الحدث ذاتها تعني أنه لا يمكنك المغادرة بمجرد دخولك ، وستصل إلى التفرد في المركز بغض النظر عن أي شيء.
تأتي هذه النتيجة من نفس الرياضيات التي تسمح بوجود الثقب الدودي في المقام الأول ، لذلك لا يوجد مخرج من هذا الفخ.
نعم ، يمكن لشخص ما القفز من الجانب الآخر ، ربما من زاوية بعيدة من الكون. ويمكنك الالتقاء ومشاركة محادثة قصيرة قبل الوصول إلى التفرد. يمكنك حتى أن تمسك يديك عندما تصل إلى الفناء.
الخيار رقم 2: جسر موريس ثورن
لذلك إذا أردنا بناء ثقب دودي صالح للاستخدام ، فإن الخطوة التالية هي وضع المدخل خارج أفق الحدث. بهذه الطريقة ، يمكننا السفر عبر النفق (يُطلق عليه عادةً “الحلق” في المصطلحات الفيزيائية لأسباب غير معروفة) من الثقب الدودي مع تجنب الإزعاج الخفيف الذي هو النسيان الموجود في التفرد بأمان.
مرة أخرى ، علينا فقط استخدام آلية الموارد الوراثية لإخبارنا بترتيب المادة والطاقة الذي يجب أن يتكاتف معًا لتحقيق ذلك. ومرة أخرى ، يخبرنا أينشتاين أنه من الممكن تمامًا بناء مثل هذا الثقب الدودي.
لكن هناك مشكلة صغيرة واحدة: الاستقرار.
الثقوب الدودية غير مستقرة بشكل خيالي. نعم ، يمكنك بناء نفق يربط بين منطقتين بعيدتين في المكان والزمان. ونعم ، يمكنك أن تنظر إلى إبداعك بدهشة وأكثر من قليل من الفخر. وفي اللحظة التي ينتقل فيها أي شيء – حتى فوتون واحد – إلى أسفل ذلك الثقب الدودي ، فإنه يفصل نفسه على الفور مثل شريط مطاطي ممدود وينهار بشكل أسرع من سرعة الضوء.
تنهد.
لذلك علينا أن نضيف معيارًا ثانيًا لعمل ثقب دودي لائق: يجب أن يكون مستقرًا. يجب أن تسمح بمرور الأجسام الضخمة إلى أسفل حلقها دون أن تنهار.
وها نحن هنا مرة أخرى ، حيث تخبرنا GR بالضبط ما نحتاج إلى القيام به. اكتشف الفيزيائيان مايكل موريس وكيب ثورن الحل في عام 1988. ووجدوا ، مدفونين في أعماق الرياضيات ، طريقة لبناء ثقب دودي مستقر وقابل للاستخدام ويمكن عبوره ، يكون مدخله فوق أفق الحدث.
الأمر مع السلبيات
أنت فقط بحاجة إلى عنصر واحد بسيط لبناء ثقب دودي يمكن اجتيازه: مادة سلبية ، تسمى أحيانًا “مادة غريبة”.
ليست مادة مضادة ، التوأم المعاكس الشحنة للمادة العادية. ليست المادة المظلمة ، الشكل الغامض للمادة التي تهيمن على الكون. مسألة سلبية.
المادة ذات الكتلة السالبة. عند طرحها في المعادلات ، تتمتع المادة السلبية بخاصية رائعة تتمثل في تضخيم مدخل الثقب الدودي ليكون كبيرًا بدرجة كافية ، كما أنه يلغي التأثير المزعزع لاستقرار المادة العادية.
لكن ما هي المادة السلبية؟
إنها مادة لها كتلة سالبة. تخيل أنك التقطت كرة بولينج ووزنها سالب 16 رطلاً. أو الحصول على شريحة لحم لذيذة من الجزار والحصول على تكلفة سالب كيلوغرامين من اللحم.
يبدو غريبًا وغير بديهي لأنه غريب وغير بديهي. في الواقع ، ليس لدينا أي أمثلة على الإطلاق للمادة السلبية التي تظهر في أي مكان في الكون. وإذا فعلنا ذلك ، فسيكون ذلك مزعجًا تمامًا لكل ما نعرفه عن الفيزياء.
على سبيل المثال ، إذا أعطيتك كرة من المادة السلبية وقمت بركلها ، فسوف تتحرك في الاتجاه المعاكس لضربتك. إذا أسقطته ، فسوف يطير لأعلى. إذا أخذت المادة السلبية ووضعتها بجانب مادة إيجابية (أي عادية) ، فإن المادة السلبية ستدفع المادة العادية بينما المادة العادية تسحب المادة السلبية – سوف تتسابق ، بدون مدخلات من الزخم ، إلى سرعات عالية بلا حدود.
المادة السلبية تنتهك قوانين الزخم والحفاظ على الطاقة بمجرد وجودها. وبينما من الصحيح أنه لا يوجد قانون فيزيائي ثابت وأن الملاحظات الجديدة يمكنها دائمًا تجاوز المعرفة الموجودة ، فإن المادة السلبية ستكون امتدادًا حقيقيًا.
الخيار رقم 3: جسر الطاقة الغريبة
الطاقة السلبية ، من ناحية أخرى ، هي المكان الذي تصبح فيه الأشياء مثيرة.
يسمح الكون بوجود الطاقة السالبة ، والطاقة والمادة هما وجهان لعملة واحدة (يتضح هذا بشكل أكثر وضوحًا إذا كنت تتذكر أن “c” في E = mc 2 هو مجرد ثابت يخبرك بكمية الطاقة المستهلكة إلى وحدة كتلة والعكس صحيح). وأكثر أشكال الطاقة السلبية التي يمكن الوصول إليها بسهولة يكمن في فراغ الزمكان نفسه.
تنظر الفيزياء الحديثة إلى العالم من خلال عدسة الحقول الكمية ، التي تمتص الزمكان بالكامل. تتداخل هذه الحقول الكمومية مع بعضها البعض وتتفاعل بطرق معقدة ومثيرة للاهتمام. على سبيل المثال ، يمكن لأجزاء الحقل أن تنشط وتبدأ في الحركة ، وهو ما ندركه في العالم اليومي على أنه جسيم متحرك. في الواقع ، لكل جسيم معروف ، يوجد مجال مطابق: حقل فوتون (يُعرف عادةً باسم المجال الكهرومغناطيسي) ، وحقل إلكتروني ، وحقل كوارك علوي ، وما إلى ذلك.
إذا أخذت جزءًا من الزمكان وأزلت كل الجسيمات ، وأعطيت نفسك فراغًا كاملاً ، فلا يزال لديك كل الحقول المقابلة. وهذه الحقول تحتوي على كمية خام من الطاقة مدمجة فيها لأن الحقول تهتز باستمرار دون توقف.
من الناحية الفنية ، لديهم كمية لا حصر لها من الطاقة المضمنة فيها.
هذا يعني أن فراغ الزمكان مليء بكمية عالية بشكل لا يصدق من الطاقة. كما قد تتخيل ، فإن هذا يمثل العديد من المشاكل لأولئك الذين يحاولون تطوير نظرية مبنية على هذه المجالات ، وكل الفيزياء الحديثة مبنية على تقنيات رياضية ذكية للعمل حول تلك اللانهايات ووضع تنبؤات لسلوكيات الجسيمات (والتي ، من خلال الطريق ، العمل إلى حد كبير).
تعني هذه الوفرة المفرطة من الطاقة أنه يمكنك إعداد سيناريوهات ذكية لتقليل كمية الطاقة محليًا – كل ما عليك فعله هو الحصول على أي شيء بخلاف كمية غير محدودة من الطاقة في رقعة محلية ، وهناك لديك: الطاقة السلبية.
جزء واحد من الفيزياء التي تنتج هذا يسمى تأثير كازيمير ، الذي سمي على اسم الفيزيائي الهولندي هندريك كازيمير. إذا أخذت لوحين معدنيين متوازيين ووضعتهما قريبين للغاية من بعضهما ، فإنك تحد من أنواع الاهتزازات التي يمكن أن توجد بين الألواح. لا تزال كمية لا نهائية ، لكنها أقل لانهائية من الاهتزازات خارج الصفائح. مرة أخرى ، من خلال الحيل الرياضية الدقيقة ، يمكنك طرح اللامتين واكتشاف الطاقة السلبية ، والتي تظهر كقوة جذب بين الصفائح.
إقرأ أيضاً :
