ما هو الثقب الدودي

ثقوب الدودية هي حلول لمعادلات حقل أينشتاين للجاذبية، حيث تعمل على شكل أنفاق، وهي نقاط اتصال في الزمان والمكان بطريقة تجعل الرحلة بين النقاط عبر الثقب يمكن أن تستغرق وقتا أقل .

تفترض نظرية الثقب الدودي أن المرور النظري عبر الزمكان يمكن أن يختصر الرحلات الطويلة في الكون، وتتوقع النظرية النسبية العامة وجود الثقوب الدودية. ولكن يجب أن تكون حذرًا، حيث تحمل الثقوب الدودية مخاطر الانهيار المفاجئ والإشعاع العالي والتعرض للمادة الغريبة بشكل خطير.

نظرية الثقب الدودي

وضعت الثقوب الدودية لأول مرة في عام 1916، على الرغم من عدم تسميتها بهذا الاسم في ذلك الوقت. خلال مراجعة للحل الفيزيائي الآخر لمعادلات نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، أدرك الفيزيائي النمساوي “لودفيج فلام” أن هناك حلا آخر ممكنا، ووصفه بـ “الثقب الأبيض”، والذي يمثل انعكاس زمني نظري للثقب الأسود. يمكن توصيل المداخل إلى الثقوب السوداء والبيضاء عن طريق قناة الزمكان.

في عام 1935 ، استخدم أينشتاين والفيزيائي ناثان روزين نظرية النسبية العامة للتوسع في الفكرة ، مقترحين وجود “جسور” عبر الزمكان. تربط هذه الجسور نقطتين مختلفتين في الزمكان ، مما يؤدي نظريًا إلى إنشاء اختصار يمكن أن يقلل وقت السفر والمسافة. أصبحت الاختصارات تسمى جسور آينشتاين روزين ، أو الثقوب الدودية.

قال ستيفن هسو أستاذ الفيزياء النظرية في جامعة أوريغون : الأمر برمته مجرد افتراض في هذه المرحلة، ولا أحد يعتقد أننا سنجد حفرة الدودة في أي وقت قريب.

تشتمل الثقوب الدودية على فَمّين، ويوجد حلق يربط بينهما، وغالبًا ما تكون الأفواه كروية الشكل، ويمكن أن يتمدد الحلق على شكل مستقيم أو يُلف حول نفسه، وقد يكون طوله أطول من المسار الذي يتطلبه التقليدي.

تتوقع نظرية آينشتاين النسبية العامة رياضيًا وجود ثقوب دودية، ولكن لم يتم اكتشاف أي منها حتى الآن، وقد يتم الكشف عن ثقب دودي سالب الكتلة عن طريق تأثير جاذبيته على المادة التي تمر عبره.

تسمح بعض حلول النسبية العامة بوجود الثقوب الدودية، حيث يكون فم كل منها ثقبًا أسود، ومع ذلك، فإن الثقب الأسود الذي يحدث بشكل طبيعي والذي ينشأ بسبب انهيار نجم متوفي، لا يصنع ثقبًا دوديًا في حد ذاته.

الثقب الدودي والسفر عبر الزمن

– تتخلل حكايات الخيال العلمي العديد من الروايات حول السفر عبر الثقوب الدودية، ولكن يعد واقع هذا النوع من السفر أكثر تعقيدًا وصعوبة، وليس فقط لأنه لم يتم اكتشافه بعد.

المشكلة الأولى هي الحجم، حيث يتوقع وجود الثقوب الدودية البدائية على مستويات صغيرة تتراوح بين 10 إلى 33 سم. ولكن مع توسع الكون، يمكن أن يتمدد بعضها إلى أحجام أكبر.

يوجد مشكلة أخرى تتعلق بالاستقرار؛ فسوف تكون الثقوب الدودية المتوقعة لأينشتاين روزن غير فعالة للسفر، لأنها ستنهار بسرعة.

قال هسو: يحتاج تثبيت الثقب الدودي إلى نوع غريب من المادة، ولكن لا يزال غير واضح ما إذا كانت هذه المادة موجودة في الكون، ومع ذلك، أظهرت الأبحاث الحديثة أن الثقب الدودي يمكن أن يظل مفتوحًا وغير متغير لفترات زمنية أطول إذا احتوى على مادة “غريبة.

المادة الغريبة، التي يجب عدم الخلط بينها وبين المادة المظلمة أو المادة المضادة، تتميز بكثافة طاقة سالبة وضغط سلبي كبير، ولم يتم دراسة هذه المادة إلا في سياق حالات معينة من الفراغ وفقاً لنظرية المجال الكمي.

في حال احتواء ثقب دودي على كمية كافية من المادة الغريبة، سواء كانت طبيعية أو تمت إضافتها بشكل اصطناعي، فإنه يمكن استخدامه نظرياً كوسيلة لإرسال المعلومات أو الرحلات في الفضاء. ومع ذلك، فإن السفر البشري عبر الأنفاق الفضائية قد يكون صعبًا للغاية.

وقال الفيزيائي كيب ثورن، أحد كبار العلماء في مجال النسبية والثقوب السوداء والديدان: ليست هناك هيئة محلفين موجودة، لذلك لا نعرف بالضبط، ولكن هناك دلائل قوية جدا تشير إلى أن الديدان المجهرية التي يمكن للبشر المرور من خلالها ممنوعة وفقا لقوانين الفيزياء. هذا أمر محزن، مؤسف، ولكن هذا هو الاتجاه الذي يشير إليه الأمور

قد يربط الثقوب الدودية ليس فقط بين منطقتين منفصلتين داخل الكون، ولكنها قد تربط أيضاً بين كونين مختلفين. وبالمثل، يفترض بعض العلماء أنه إذا تم تحريك فم واحد من الثقوب الدودية بطريقة محددة، فقد يتسنى السفر عبر الزمن.

وقال عالم الفيزياء الفلكية إريك ديفيس : يمكن السفر إلى المستقبل أو الماضي باستخدام ثقوب دودية يمكن اجتيازها، ولكن يتطلب ذلك جهدهائلًا لتحويل الثقب إلى آلة زمنية، وسيكون الأمر صعبًا جدًا حتى لاستخراج الثقب.

ومع ذلك، جادل العالم البريطاني في علم الكون ستيفن هوكينج بأن مثل هذا الاستخدام غير ممكن، وكتب إريك كريستيان من وكالة ناسا: إن الثقب الدودي ليس بالفعل وسيلة للعودة في الزمن، بل هو مجرد طريققصير جدًا حتى يكون هناك شيء بعيد جدًا.

على الرغم من أن إضافة مادة غريبة إلى ثقب دودي قد يؤدي إلى استقراره بما يكفي ليسمح للبشر بالسفر بأمان عبره، إلا أنه لا يزال هناك احتمالية أن يكون إضافة مادة بسيطة كافية لزعزعة استقرار الثقب الدودي.

تكنولوجيا اليوم غير كافية لتوسيع أو تثبيت الثقوب الدودية، حتى لو تم العثور عليها. ومع ذلك، يستمر العلماء في استكشاف هذا المفهوم كوسيلة للسفر في الفضاء على أمل أن تتمكن التكنولوجيا في نهاية المطاف من الاستفادة منها، وقال هسو: سيكون لديك حاجة إلى تكنولوجيا متقدمة للغاية. لن يستطيع البشر فعل ذلك في أي وقت قريب من المستقبل.

التمييز الطوبولوجي و الثقب الدودي

إذا كانت النملة ترغب في الزحف من جانب تفاحة إلى آخر ، فهناك العديد من المسارات المحتملة على السطح التي تربط نقطة البداية بالوجهة. هذه المسارات ليست متميزة طبولوجيا: قطعة من سلسلة مرنة مثبتة عند نقطتي البداية والنهاية ، وتقع على أحد هذه المسارات ، يمكن أن تنزلق وتمتد على السطح لتستقر على أي مسار آخر من هذا القبيل.

تخيل الآن أن النملة تزحف من خلال ثقب دودي في التفاح، وبالتالي لا يمكن تحريك قطعة من الخيط التي تمر عبر الثقب الدودي بسلاسة على طول أحد المسارات السطحية، أو عبر ثقب دودي آخر بنفس نقاط النهاية ولكن بمسار مختلف.

ما هي نظرية الزمكان

الزمكان، أو الزمان المكاني، هو دمج كلمتي الزمان والمكان. وتعد نظرية الزمكان نموذجا مفاهيميا يجمع بين الأبعاد الثلاث للفضاء، وهي الطول والعرض والارتفاع، والبعد الرابع للزمان. ووفقا لأفضل النظريات الفيزيائية الحالية، يفسر الزمكان التأثيرات النسبية غير العادية التي تنشأ نتيجة السفر بالقرب من سرعة الضوء، وكذلك حركة الأجسام الضخمة في الكون.

اكتشاف الزمكان و الثقب الدودي

الزمكان هو نموذج مفاهيمي يجمع بين الأبعاد الثلاثة للفضاء والبعد الرابع للزمن. ووفقًا لأحدث النظريات الفيزيائية ، يشرح الزمكان التأثيرات النسبية غير العادية التي تحدث عند السفر بالقرب من سرعة الضوء وكذلك حركة الأجسام الضخمة في الكون.

ومع ذلك، أشارت التجارب التي أجريت في نهاية القرن التاسع عشر إلى وجود خاصية فريدة للضوء. أظهرت القياسات أن الضوء يسير دائما بنفس السرعة بغض النظر عن الظروف. وفي عام 1898، تنبأ الفيزيائي وعالم الرياضيات الفرنسي هنري بوانكاريه بأن سرعة الضوء قد تكون حدا لا يمكن تجاوزه. في نفس الوقت تقريبا، كان باحثون آخرون يفكرون في إمكانية تغيير حجم وكتلة الأشياء بناء على سرعتها.

جمع أينشتاين هذه الأفكار جميعها في نظريته النسبية الخاصة التي صاغها عام 1905، والتي افترضت أن سرعة الضوء هي ثابتة. ولتحقيق هذا الأمر، يجب أن يتم جمع المكان والزمان في إطار واحد يتآمر للحفاظ على سرعة الضوء كما هي لجميع المراقبين.