کرمچاله ها، میان بُرهای کیهانی

بیگ بنگ/ فاصله ما از مرکز خوشه کهکشانی آبل ۱۶۸۹ تقریباً ۲٫۲ میلیارد سال نوری است. این فاصله به حدی زیاد است که اگر بخواهیم با سرعت نزدیک نور به این خوشه کهکشانی سفر کنیم تقریباً میلیاردها سال طول می کشد تا به آنجا برسیم. حال فرض کنید در حالی که با سفینه فضایی خود در حال سفر در پهنه کیهان هستید به ناگهان یک تونل اسرارآمیز در برابرتان گشوده شود. شما با سفینه فضایی خود وارد این تونل می شوید و در چشم بر هم زدنی خود را در آن سوی تونل می یابید. از دهانه دیگر تونل که خارج می شوید با کمال تعجب می بینید که در نزدیکی یکی از کهکشان های خوشه کهکشانی آبل ۱۶۸۹ هستید. بدین ترتیب شما راه چند میلیارد ساله را در چشم بر هم زدنی پیموده اید! آیا چنین داستانی ممکن است واقعی باشد؟ بله!

در سال ۱۹۱۶ تنها یک سال پس از آنکه آلبرت اینشتین قوانین فیزیک نسبیت عام خود را فرمول بندی کرد، لودویگ فلام در وین راه حلی برای معادلات اینشتین کشف کرد که در واقع توصیفی از کرمچاله ها بود(البته او این پدیده را به این نام معرفی نکرد ) وی دریافت که بر مبنای نسبیت عام ممکن است میان دو نقطه بسیار دور در پهنه کیهان به ناگهان تونلی تشکیل شود و آن دو نقطه را به طور میان بُر به همدیگر متصل کند. در این صورت با عبور از درون این تونل در یک چشم بر هم زدن می توان از این سر کیهان به آن سوی آن رسید.

در واقع معادلات اینشتین وجود گونه های مختلفی از کرمچاله ها با اشکال و رفتارهای مختلف را مجاز می شمارند؛ اما کرمچاله فلام تنها گونه ای از این کرمچاله هاست که دقیقا کروی است و هیچ ماده ی گراننده در خود ندارد. وقتی برشی استوایی از کرمچاله ی فلام تهیه کنیم خود کرمچاله و جهان ما به جای سه بعدی تنها در بردارنده ی دو بعد هستند و چیزی شبیه تصویر زیر به نظر می رسد.

به مدت ۱۹ سال فیزیکدانان توجه اندکی به راه حل غیر متعارف فلام از معادلات اینشتین و کرمچاله ی او نشان دادند. سپس در سال ۱۹۳۵ خود اینشتین به همراه فیزیکدان همکارش ناتان روزن بی خبر از کارهای فلام، راه حل حل کرمچاله و خصوصیت آن را بررسی کردند و درباره ی اهمیت و نقش آن در جهان واقعی دست به گمانه زنی زدند و امکان وجود پدیده ی کیهانی شگفت انگیزی را مطرح کردند که در آن زمان به « پل کیهانی اینشتین- روزن » مشهور شد. اینشتین و روزن با کمک معادلات نظریه نسبیت عام، به این نتیجه رسیدند که ممکن است تحت شرایطی میان دو نقطه دوردست در پهنه ی فضا- زمان به ناگهان مسیر میان بر کیهانی تشکیل شود و نقاط مزبور را به طور میان بر به یکدیگر متصل کند.

پس از اینشتین و روزن فیزیکدان های بزرگ دیگری هم تحقیق بر روی این مسیرهای میان بر کیهانی را ادامه دادند. در سال ۱۹۵۷ فیزیکدان برجسته ای بنام جان ویلر با الهام گرفتن از مسیرهای مسیرهایی که کرم ها در درون میوه سیب ایجاد می کنند و به طور میان بر از یک طرف آن به طرف دیگر سیب می رسند، نام این مسیرهای میان بر کیهانی را کرمچاله گذاشت. بعدها مشخص شد که کرمچاله ها علاوه بر دو نقطه مکانی حتی می توانند دو نقطه زمانی مختلف را نیز به طور میان بُر به همدیگر متصل کنند. به عنوان مثال چنین کرمچاله هایی می توانند لحظه حال را به لحظه ای در گذشته یا آینده بسیار دور وصل کنند. بدین ترتیب با عبور از درون این نوع کرمچاله ها عملاً می توان در بُعد زمان به آینده یا گذشته سفر کرد. یکی از مشهورترین نوع از چنین کرمچاله هایی که می توانند نقش ماشین زمان را ایفا کنند، کرمچاله های موریس-تورن نام دارند.

در اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی دو فیزیکدان به نام های مایکل موریس و کیپ ثورن کشف کردند که چنانچه یک کرمچاله با سرعت بسیار زیادی به دور خود بپیچد به طوری که دو دهانه ابتدایی و انتهایی آن در مقابل هم قرار گیرند عملاً به یک ماشین زمان تبدیل خواهد شد. در این صورت با عبور از درون این کرمچاله و بازگشت به دهانه ورودی آن می توان به گذشته سفر کرد! اما از همه اینها عجیب‌تر آنکه کرمچاله‌ها حتی می توانند نقش تونل هایی را برای اتصال جهان های موازی به همدیگر ایفا کنند. به عبارتی کرمچاله ها در واقع ممکن است کانال‌هایی باشند برای خروج از این جهان و ورود به جهان‌های موازی دیگر!

پایداری کرمچاله؟!

البته باید توجه داشت که عبور از درون کرمچاله ها هم مسائل خاص خود را دارد، برای مثال برخی از فیزیکدانان بر این باورند که دهانه ی کرمچاله ها به منظور عبور از آن، به نوعی ماده ی ناشناخته که به جای جاذبه ی گرانشی، دافعه ی گرانشی داشته باشد نیازمندیم. در مقابل برخی دیگر از فیزیکدانان هم معتقدند که دهانه ی کرمچاله ها حتی بدون وجود چنین ماده ای هم می تواند برای مدت زمان کافی باز بماند و بنابراین عبور از درون آنها هم میسر است، برای مثال، به تازگی لوک بوچر فیزیکدان دانشگاه کمبریج انگلستان با محاسبات خود نشان داده که وجود انرژی فراگیر خلا کیهانی- که در تمامی گستره ی کهیان وجود دارد- سبب می شود که زمان پایداری کرمچاله ها به میزان بسیار زیادی افزایش یابد. بنابراین، حتی اگر ذرات مادی، به دلیل سرعت پایین خود فرصت عبور از درون کرمچاله ها را نداشته باشند، اما بر مبنای محاسبات بوچر عمر کرمچاله ها به اندازه ی کافی طولانی هست که سیگنال های الکترونیکی که با سرعت نور منتشر می شوند، فرصت عبور از درون آنها را پیدا کنند و بدین ترتیب ممکن است با ارسال سیگنال های الکترومغناطیسی از درون کرمچاله ها بتوان پیام هایی را در بعد زمان به گذشته و آینده ارسال کرد!

آیا کرمچاله های طبیعی در کیهان وجود دارد؟

اگر قوانین فیزیک اجازه ی پدید آمدن کرمچاله های گذر پذیر را بدهند، به نظر بسیار نامحتمل است که آنها در طبیعت وجود داشته باشند. به گفته ی کیپ تورن هیچ جرمی در کیهان نمی شناسیم که با گذر زمان و سال خورده شدن به کرمچاله بدل شود، اما در عوض محققان ستاره های پر جرم بسیاری دیده اند که وقتی سوخت هسته اشان به پایان می رسد می رمبند و به سیاهچاله تبدیل می شوند. از سوی دیگر، دلایلی در دست است که امیدوار باشیم کرمچاله هایی به صورت طبیعی در مقیاس زیرمیکروسکوپی و در قالب کف کوانتومی وجود داشته باشند. این کف شبکه ای فرضی از کرمچاله هایی است که مدام به وجود می آیند و از بین می روند و قوانین حاکم بر آن قوانین گرانش کوانتومی است که درک ما از آنها بسیار ناقص است.

این کف ماهیتی احتمالاتی دارد، به این معنا که در هر لحظه ای احتمال مشخصی وجود دارد که این کف شکل مشخصی داشته باشد و احتمال دیگری است که در همان لحظه شکل و فرم دیگری داشته باشد و این احتمال ها مدام در تغییر هستند و این کف واقعا کوچک است: طول معمول برای کرمچاله ای در این مجموعه آن چیزی است که از آن به طول پلانک نام برده می شود یعنی معادل یک صدم یک میلیاردم یک میلیاردم هسته ی یک اتم. واقعا کوچک است! اگر کف کوانتومی وجود داشته باشد، امیداریم روندی طبیعی هم وجود داشته باشد که با کمک آن برخی از این کرمچاله ها بتوانند خود به خود رشد کنند و به ابعاد انسان و یا حتی بزرگتر برسند و یا حتی این کار را در زمان انبساط تورمی بسیار سریع کیهان، زمانی که بسیار جوان تر از اکنون بوده است، انجام داده باشند. با این همه فیزیکدانان در حال حاضر هیچ سرنخی از از وجود کرمچاله ها و ساخت کرمچاله های پایدار ندارند اما تحقیقات در این زمینه همچنان ادامه دارد.