الثقب: التاريخ ، النظرية ، الأنواع ، التدريب ، السفر في الوقت المناسب

الثقب ، في الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات ، هو ممر يربط بين نقطتين في نسيج الزمكان. تماماً كما ألهم التفاحة الساقطة نظرية الجاذبية التي قام بها إسحاق نيوتن في عام 1687 ، فإن الديدان التي تثقب التفاح ألهمت نظريات جديدة ، وكذلك في إطار الجاذبية.

مثلما تمكنت الدودة من الوصول إلى نقطة أخرى على سطح الكتلة من خلال نفق ، فإن ثقوب الدودة في الفضاء هي اختصارات نظرية تسمح بالانتقال إلى مواقع بعيدة في الكون في وقت أقل.

إنها فكرة استحوذت على خيال الكثيرين وما زالت مستمرة. وفي الوقت نفسه ، ينشغل علماء الكون بالبحث عن طرق لإثبات وجودهم. لكن في الوقت الحالي ما زالوا موضوع المضاربة.

لكي نقترب أكثر قليلاً من فهم الثقوب الدودية وإمكانية السفر خلالها والاختلافات الموجودة بين الثقوب السوداء والثقوب السوداء ، يجب أن نضع أنفسنا في مفهوم الزمان والمكان.

ما هو الزمكان؟

يرتبط مفهوم الزمكان ارتباطًا وثيقًا بمفهوم الثقب. هذا هو السبب في أنه من الضروري أولاً تحديد ما هو عليه وما هي خصائصه الرئيسية.

الزمكان هو المكان الذي يحدث فيه كل حدث في الكون. والكون بدوره هو مجمل الزمكان ، وقادر على إسكان جميع أشكال طاقة المادة والمزيد ...

عندما يجتمع الصديق مع الصديقة ، فهذا حدث ، لكن هذا الحدث له بعض الإحداثيات المكانية: مكان الاجتماع. وتنسيق الزمني: السنة والشهر واليوم وساعة الاجتماع.

ولادة نجم أو انفجار سوبر نوفا هي أيضًا أحداث تجري في الفضاء.

الآن ، في منطقة من الكون خالية من الكتلة والتفاعلات ، يكون وقت الفضاء مسطحًا. وهذا يعني أن اثنين من أشعة الضوء التي تبدأ بالتوازي تستمر مثل هذا ، طالما بقوا في تلك المنطقة. بالمناسبة ، بالنسبة إلى شعاع الضوء ، فالوقت أبدي.

بالطبع ، الزمكان ليس مسطحًا دائمًا. يحتوي الكون على كائنات لها كتلة تقوم بتعديل الزمكان ، وتصدر انحناء الزمكان على مقياس عالمي.

لقد كان ألبرت أينشتاين نفسه هو الذي أدرك ، في لحظة من الإلهام ، أنه أطلق على "أسعد فكرة في حياتي" أن المراقب المتسارع لا يمكن تمييزه محليًا عن شخص قريب من جسم ضخم. إنه مبدأ التكافؤ الشهير.

ومنحنى مراقب متسارع الزمكان ، أي أن الهندسة الإقليدية لم تعد صالحة. لذلك ، في بيئة جسم ضخم مثل نجم ، أو كوكب ، أو مجرة ​​، أو ثقب أسود أو الكون نفسه ، فإن الزمكان منحني.

ينظر إلى هذا الانحناء من قبل البشر كقوة تسمى الجاذبية ، يوميا ولكنها غامضة في نفس الوقت.

الجاذبية مبهمة مثل القوة التي تدفعنا للأمام عندما تتوقف الحافلة التي نسافر عليها فجأة. يبدو كما لو كان فجأة شيء غير مرئي ومظلم وضخم ، وقفت لحظة أمامنا وجذبتنا ، ودفعنا فجأة إلى الأمام.

تتحرك الكواكب في شكل بيضاوي حول الشمس لأن كتلة هذا الكوكب تنتج هبوطًا في سطح الزمكان مما يؤدي إلى انحناء الكواكب لمساراتها. شعاع مضيئة أيضا منحني مسارها بعد الكساد الزماني الناتج عن الشمس.

أنفاق عبر الزمان والمكان

إذا كان الزمكان سطحًا منحنيًا ، فمن حيث المبدأ لا يوجد ما يمنع منطقة من الاتصال بأخرى عبر نفق. إن السفر عبر نفق كهذا لن يشمل تغيير الأماكن فحسب ، بل يوفر أيضًا إمكانية الانتقال إلى وقت آخر.

ألهمت هذه الفكرة العديد من الكتب والمسلسلات وأفلام الخيال العلمي ، من بينها المسلسل الأمريكي الشهير في الستينيات "نفق الزمن" ومؤخراً "ديب سبيس 9" من امتياز ستار تريك وفيلم إنترستيلار 2014.

جاءت الفكرة من نفس أينشتاين ، الذي كان يبحث عن حلول لمعادلات حقل النسبية العامة ، وجد مع ناثان روزن حلاً نظريًا سمح بربط منطقتين مختلفتين من الزمكان من خلال نفق يعمل كاختصار.

يُعرف هذا الحل بجسر آينشتاين-روزن ويظهر في عمل نُشر عام 1935.

ومع ذلك ، تم استخدام مصطلح "الثقب" لأول مرة في عام 1957 ، وذلك بفضل علماء الفيزياء النظرية جون ويلر وتشارلز ميسنر في منشور في تلك السنة. في السابق كان هناك حديث عن "أنابيب أحادية البعد" للإشارة إلى نفس الفكرة.

في وقت لاحق من عام 1980 ، كان كارل ساجان يكتب رواية الخيال العلمي "الاتصال" ، وهو الكتاب الذي صنع منه فيلم لاحقًا. يكتشف بطل الرواية المسمى إيلي حياة ذكية خارج الأرض على بعد 25 ألف سنة ضوئية. أراد كارل ساجان أن يسافر إلي إلى هناك ، لكن بطريقة كانت ذات مصداقية علمية.

السفر 25 ألف سنة ضوئية ليست مهمة سهلة للإنسان ، ما لم يتم البحث عن اختصار. لا يمكن أن يكون الثقب الأسود حلاً ، لأنه عند الاقتراب من التفرد ، فإن الجاذبية التفاضلية تمزق السفينة وطاقمها.

بحثًا عن إمكانيات أخرى ، استشار كارل ساجان أحد خبراء الثقوب السوداء الرئيسية في ذلك الوقت: كيب ثورن ، الذي بدأ التفكير في الأمر وأدرك أن جسور آينشتاين-روزن أو الثقوب الدودية وكان ويلر هو الحل.

ومع ذلك ، لاحظ ثورن أيضًا أن الحل الرياضي غير مستقر ، أي أن النفق يفتح ، لكنه في وقت قصير يخنق ويختفي.

عدم الاستقرار من الثقوب

هل من الممكن استخدام الثقوب الدودية للسفر لمسافات طويلة في المكان والزمان؟

منذ أن تم ابتكارها ، عملت الثقوب الدودية في العديد من مخططات الخيال العلمي لنقل أبطالها إلى أماكن بعيدة وتجربة مفارقات الوقت غير الخطي.

وجد Kip Thorne حلين محتملين لمشكلة عدم استقرار الثقوب الدودية:

  • من خلال ما يسمى رغوة الكم . على مقياس بلانك (10-35 م) ، هناك تقلبات كمومية قادرة على توصيل منطقتين من الزمكان عبر القنوات الصغيرة. يمكن أن تجد حضارة افتراضية متقدمة جدًا طريقة لتوسيع الممرات وإبقائها طويلة بما يكفي لتمرير الإنسان.
  • المادة الجماعية السلبية. وفقًا للحسابات التي نشرها ثورن بنفسه عام 1990 ، فإن الأمر يتطلب كميات هائلة من هذه المسألة الغريبة للحفاظ على نهايات الحفرة مفتوحة.

إن الشيء المميز في هذا الحل الأخير هو أنه على عكس الثقوب السوداء ، لا توجد أي تفرد أو ظواهر الكم ، وسيكون مرور البشر عبر هذا النوع من النفق أمرًا ممكنًا.

وبهذه الطريقة ، لن تسمح الثقوب الدودية فقط بربط المناطق البعيدة في الفضاء ، ولكن أيضًا يمكن فصلها في الوقت المناسب. لذلك فهي آلات للسفر في الوقت المناسب.

لم يؤمن ستيفن هوكينج ، المرجع الكبير لعلم الكونيات في أواخر القرن العشرين ، بالآلات الممكنة أو بالآبار أو آلات الزمن ، بسبب العديد من التناقضات والتناقضات التي تنشأ عنها.

هذا لم يقلل من معنويات الباحثين الآخرين ، الذين اقترحوا إمكانية ربط فتحتين سوداء في مناطق مختلفة من الفضاء ، داخليا بواسطة ثقب.

على الرغم من أن هذا لن يكون عمليًا لرحلات الفضاء - الوقت ، وبصرف النظر عن المحن التي من شأنها أن تدخل في خصوصية الثقب الأسود ، فلن تكون هناك إمكانية للمغادرة من الطرف الآخر ، لأنها ثقب أسود آخر.

الاختلافات بين الثقوب السوداء والديدان

عندما تتحدث عن ثقب مسدود ، فكرت أيضًا فورًا في الثقوب السوداء.

تتشكل الثقب الأسود بشكل طبيعي ، بعد تطور وموت نجمة لها كتلة حرجة معينة.

ينشأ بعد أن يستنفد النجم الوقود النووي ويبدأ في التقلص بشكل لا رجعة فيه بسبب قوة الجاذبية الخاصة به. يستمر بلا هوادة حتى يتسبب في حدوث مثل هذا الانهيار بحيث لا يستطيع الهروب من دائرة نصف قطرها أفق الحدث ، ولا حتى الضوء.

في المقابل ، فإن الثقب هو حدث استثنائي ، نتيجة لخلل افتراضي في انحناء الزمكان. من الناحية النظرية ، من الممكن المرور بها.

ومع ذلك ، إذا حاول شخص ما المرور عبر ثقب أسود ، فإن الجاذبية الشديدة والإشعاع الشديد في المنطقة المجاورة للفردية ستحوله إلى خيط رفيع من الجزيئات دون الذرية.

هناك أدلة غير مباشرة ودليل مباشر في الآونة الأخيرة فقط على وجود ثقوب سوداء. من بين هذه الأدلة انبعاث وكشف موجات الجاذبية عن طريق جذب وتناوب فتحتين سوداء هائلة ، تم الكشف عنها بواسطة مرصد موجة الجاذبية LIGO.

هناك دليل على وجود ثقب أسود هائل في وسط المجرات الكبيرة ، مثل درب التبانة.

إن الدوران السريع للنجوم القريبة من المركز ، وكذلك الكم الهائل من الإشعاعات عالية التردد المنبعثة منه ، دليل غير مباشر على وجود ثقب أسود ضخم يشرح وجود هذه الظواهر.

في 10 أبريل 2019 فقط تم عرض أول صورة لثقب أسود فائق الكتلة (7000 مليون مرة كتلة الشمس) على العالم ، وتقع في مجرة ​​بعيدة جدًا: ميسيير 87 في كوكبة برج العذراء ، إلى 55 مليون من سنة ضوئية من الأرض.

أصبحت هذه الصورة لثقب أسود ممكنة بفضل شبكة التلسكوبات العالمية ، التي تسمى "Event Horizon Telescope" ، بمشاركة أكثر من 200 عالم من جميع أنحاء العالم.

من الثقوب بدلا من ذلك ، لا يوجد دليل حتى الآن. تمكن العلماء من اكتشاف الثقب الأسود وتتبعه ، ولكن لم يكن الأمر نفسه ممكنًا باستخدام الثقوب الدودية.

لذلك فهي كائنات افتراضية ، على الرغم من أنها ممكنة من الناحية النظرية ، كما كانت في وقت واحد ثقوبًا سوداء أيضًا.

مجموعة متنوعة / أنواع الثقوب

على الرغم من أنه لم يتم اكتشافها بعد ، أو ربما بسبب هذا بالتحديد ، فقد تخيلوا إمكانيات مختلفة للديدان. جميعها ممكنة من الناحية النظرية ، لأنها تلبي معادلات آينشتاين للنسبية العامة. وهنا بعض:

  • الثقوب الدودية التي تربط بين منطقتين مكانية وزمنية لنفس الكون.
  • ثقوب قادرة على ربط الكون بكون آخر.
  • جسور آينشتاين روزن ، حيث يمكن أن تنتقل المسألة من فتحة إلى أخرى. على الرغم من أن هذه الخطوة في المسألة من شأنها أن تسبب عدم الاستقرار ، مما تسبب في انهيار النفق على نفسه.
  • دودة كيب ثورن ، مع قذيفة كروية من المادة الجماعية السلبية. انها مستقرة و atravesable في كلا الاتجاهين.
  • ما يسمى حفرة شوارزشيلد ، التي تتكون من ثقوب سوداء ثابتة متصلة. لا يمكن اجتيازها ، لأن المادة والضوء محصوران بين الطرفين.
  • الثقوب الدودية ذات الحمل و / أو الدوران أو Kerr ، التي تتكون من فتحتين أسود ديناميكيتين متصلتين داخليًا ، يمكن اجتيازهما في اتجاه واحد.
  • الرغوة الزمانية الكمية ، التي يُنظَر وجودها على المستوى دون الذري. يتكون الرغوة من أنفاق شبه ذرية غير مستقرة للغاية تربط مناطق مختلفة. يتطلب تحقيق الاستقرار وتوسيعها إنشاء بلازما من الكواركات والغلونات ، الأمر الذي يتطلب كمية لا حصر لها تقريبًا من الطاقة لتوليدها.
  • في الآونة الأخيرة ، وبفضل نظرية الأوتار ، تم وضع نظرية حول الثقوب المدعومة من الأوتار الكونية.
  • تتشابك الثقوب السوداء ثم تنفصل ، والتي تنشأ عنها فجوة الزمكان ، أو جسر آينشتاين-روزن المربوط بالجاذبية. إنه حل نظري اقترحه علماء الفيزياء خوان مالداسينا وليونارد سوسكيند في سبتمبر 2013.

جميعها ممكنة تمامًا ، لأنها لا تتناقض مع معادلات آينشتاين النسبية العامة.

هل من الممكن رؤية الثقوب في يوم ما؟

لفترة طويلة ، كانت الثقوب السوداء بمثابة حلول نظرية لمعادلات آينشتاين. تساءل أينشتاين نفسه عن إمكانية اكتشافها من قبل البشرية.

لذلك لفترة طويلة ، ظلت الثقوب السوداء تنبؤًا نظريًا ، حتى تم العثور عليها وتحديد موقعها. يحمل العلماء نفس الأمل في الثقوب الدودية.

من المحتمل جدًا وجودهم هناك ، لكنهم لم يتعلموا بعد تحديد موقعهم. على الرغم من أن المنشور حديث للغاية ، فإن الثقوب الدودية ستترك آثارًا وظلالًا يمكن ملاحظتها حتى مع التلسكوبات.

من المعتقد أن الفوتونات تتحرك حول الثقب لتوليد حلقة مضيئة. تقع الفوتونات الأقرب داخلها وتترك خلفها ظلاً يميزها عن الثقوب السوداء.

وفقًا لراجيبول شيخ ، وهو عالم فيزياء بمعهد تاتا للأبحاث الأساسية في مومباي بالهند ، فإن نوعًا من الثقوب الدائرية من شأنه أن ينتج ظلًا أكبر مشوهًا من ثقب أسود.

في أعماله ، درس الشيخ الظلال النظرية التي توقعتها فئة معينة من الثقوب الدوارة ، مع التركيز على الدور الحاسم لحنجرة الثقب لتشكيل ظل فوتون يحدده ويميزه عن الثقب الأسود.

قام الشيخ أيضًا بتحليل اعتماد الظل مع دوران الثقب ومقارنته أيضًا بالظل المسقط بواسطة ثقب أسود دائري من Kerr ، حيث وجد اختلافات كبيرة. إنه عمل نظري بالكامل.

بصرف النظر عن ذلك ، في الوقت الحالي ، تظل الثقوب الدودية تجريدات رياضية ، لكن من الممكن أن يتمكن المرء في القريب العاجل من رؤيتها. ما هو في الطرف الآخر ، في الوقت الحاضر لا يزال موضوع التخمين.