شکار کرم چاله: دانشمندان چگونه به دنبال تونل های فضا-زمان هستند

کرم چاله ها عنصر اصلی بسیاری از داستان های علمی تخیلی هستند اما دانشمندان دریافته اند که این تئوری ممکن است واقعی باشد. از این رو به دنبال شکار کرم چاله در فضا هستند تا بتوانند به تونل های فضا-زمان دسترسی پیدا کنند؛ اما چگونه؟

تلاش برای شکار کرم چاله

اگر برایتان سؤال است که کرم چاله چیست و هیچ ایده ای از آن ندارید در ابتدا بهتر است به مقاله “تئوری کرم چاله چیست” نگاهی بیندازید. کرم چاله ها – میانبرهایی در فضا و زمان – مدت هاست که یکی از اصلی ترین داستان های علمی تخیلی هستند.

اما برخی از دانشمندان معتقدند که ما به زودی می توانیم اثبات کنیم که آن ها بخشی واقعی از جهان هستی و به همان اندازه خورشید و ستاره ها یا من و شما واقعی هستند. اصطلاح علمی برای این پدیده عجیب و غریب به پل انیشتین-روزن معروف است، که نشان دهنده مبدا پبدایش این ایده است.

ریشه پیدایش تئوری کرم چاله

ریشه پیدایش کرم چاله ها در نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین است. شاهکار پیشگامانه او که ایده های ما را در مورد جاذبه تغییر داد. به لطف آیزاک نیوتن قرن ها فکر می کردیم که می‌دانیم نیروی جاذبه چگونه کار می کند. سیب ها به زمین افتادند و زمین به دلیل کشش گرانشی بین اجسام در مدار خورشید ماند.

با این حال انیشتین آن را متفاوت دید و نشان داد که آن چه به عنوان جاذبه تجربه می کنیم صرفاً خم شدن فضا و زمان است. تحت این ایده جدید و بنیادی دلیل چرخش زمین به دور خورشید جرم ستاره ما است که فضای اطراف خود را خم می کند. درست مانند یک توپ بولینگ که اگر آن را در مرکز یک پارچه قرار بدهیم، فضای اطراف خود را خم می کند سیاره ما نیز به سادگی از انحنای محلی این پارچه پیروی می کند که انیشتین آن را “فضا-زمان” نامید.

چنین ایده دیوانه واری برای تأیید شدن به شدت به شواهد تجربی احتیاج داشت. خورشید گرفتگی در سال ۱۹۱۹ دقیقاً چنین فرصتی را فراهم کرد. وقتی ماه دید ما نسبت به خورشید را مسدود کرد، هوا آنقدر تاریک شد که امکان دیدن ستاره های نزدیک فراهم آمد. با این حال ما این ستاره ها را در جایی که واقعاً هستند نمی بینیم زیرا جاذبه خورشید نور آن ها را در مسیر به سمت ما خم می کند.

رقابت نیوتن و انیشتین درباره گرانش و میزان خم شدن به ما امکان می دهد تا ببینیم چه کسی درست گفته است. انیشتین در این رقابت پیروز شد: اشیا عظیم الجثه فضا-زمان را در اطراف خود خم می کنند.

کرم چاله چیست؟ تونل های فضا-زمانی توضیح می دهند

فضا را مانند یک کاغذ گسترده تصور کنید. شما در یک سمت آن زندگی می کنید و می خواهید به سمت دیگر آن سفر کنید. به طور معمول برای رسیدن به آن جا باید در تمام طول صفحه حرکت کنید. اما اگر به جای آن کاغذ را از وسط تا کنید، چه خواهد شد؟

ناگهان جایی که هستید و جایی که می خواهید باشید در کنار یکدیگر قرار دارند. شما به سادگی باید از آن شکاف کوچک عبور کنید تا به مقصد برسید. ما این شکاف یا تونل را کرم چاله می نامیم زیرا مانند کرمی است که سعی می کند به دور سیب حرکت کند و برای رفتن از بالا به پایین آن دو گزینه دارد به بیرون بچرخید یا از وسط میانبر بزند.

تا همین اواخر شانس شکار کرم چاله و یافتن این پدیده – حتی اگر وجود داشته باشند – در بهترین حالت بسیار ناچیز بود. اما این مسئله در فوریه ۲۰۱۶ زمانی که دانشمندان آزمایش LIGO (رصدخانه موج گرانشی با تداخل سنج لیزری) اولین ردیابی امواج گرانشی را اعلام کردند، تغییر یافت.

این ها موج های کوچکی در بافت فضا-زمان هستند که توسط نسبیت عام پیش بینی شده و مانند یک موج در برکه بعد از انداختن سنگ در آن، در کل جهان هستی پخش می شود. ویتور کاردوسو، فیزیکدان دانشگاه لیسبون در پرتغال می گوید: “این یک بازی تغییر دهنده بود.”

دو سیاه چاله – هر کدام حدود ۳۰ برابر جرم خورشید – ۱.۳ میلیارد سال پیش به یکدیگر برخورد کرده بودند. سقوط شدید آن ها سونامی از امواج گرانشی را در فضا-زمان به وجود آورد و سرانجام در سپتامبر ۲۰۱۵ به ابزار LIGO رسید.

تحقیقات Cardoso نشان می دهد که اگر دو کرم چاله ای که با هم برخورد کنند، یک انفجار مشابه از امواج گرانشی ایجاد خواهند کرد. با این حال او می گوید که امواج حاصل کمی متفاوت خواهند بود و به ما امکان می دهند تفاوت بین سیاه چاله ها و کرم چاله ها را تشخیص دهیم.

نکته کلیدی در این جا چیزی است که به عنوان “زنگ خور” شناخته می شود؛ راهی که امواج گرانشی پس از برخورد اولیه از بین می روند. درست به مانند صدای یک زنگ که پس از به صدا در آمدن کم کم محو می شود.

او می گوید: ” از برخورد دو کرم چاله، صدای خاموش شدن را خواهیم شنید. دقیقاً مانند سیاهچاله ها. اما اگر ردیاب شما خیلی حساس باشد ثانیه ها بعد از انفجار اصلی چیز دیگری خواهید دید. این به دلیل ماهیت سیاه چاله ها است.”

صدای حاصل از برخورد سیاه چاله ها همیشه کم تر است و به سرعت محو می شود تا به طور کامل خاموش شود اما با برخورد دو کرم چاله، پس از سکوت پژواک آن باقی خواهد ماند و سیگنالی ناگهانی و دیر هنگام امواج گرانشی از سطح سوراخ خای کرم چاله بیرون می زند. با سیاه چاله ها نمی توانید به این نتیجه برسید زیرا همه چیز را می بلعد.

متأسفانه، LIGO در حال حاضر به اندازه کافی حساس نیست تا این تغییرات دیررس را انجام دهد. با این حال، محققان در حال به روزرسانی ابزارهای LIGO هستند و این می تواند در “ده سال دیگر یا همین حالا” امکان پذیر باشد.

یکی دیگر از پروژه های مهیج، آنتن فضایی تداخل لیزری آژانس فضایی اروپا (ESA) (LISA) است. این یک رصدخانه موج گرانشی در فضا است که تاریخ شروع آزمایشی آن ۲۰۳۴ است. با این حال، در سال ۲۰۱۵ ESA LISA Pathfinder را راه اندازی کرد که یک مأموریت آزمایشی برای توسعه برخی فن آوری های اساسی که برای موفقیت LISA حیاتی است. در آوریل ۲۰۱۶ ، ESA اعلام کرد که LISA Pathfinder واقعاً نشان داده است که LISA امکان پذیر خواهد بود.

دانشمندان در کجا و چه مکان هایی به دنبال شکار کرم چاله هستند

مرکز کهکشان راه شیری

در سال ۲۰۱۵ محققان ایتالیایی اظهار داشتند که در مرکز راه شیری و در فصله ای حدود ۲۷۰۰۰ سال نوری با ما، ممکن است یک کرم چاله وجود داشته باشد. به طور معمول، یک کرم چاله برای باز ماندن به برخی از مواد عجیب و غریب نیاز دارد اما محققان معتقدند ماده تاریک ممکن است این کار را انجام دهد.

کوانتوم فوم یا کف کوانتمی (Quantum foam)

حتی فضای خالی نیز واقعاً خالی نیستند. در کوچک ترین مقیاس ها نیز دیگ انرژی در جهان جوشان و در حال بیرون آمدن و خارج شدن از آن است. برخی تصور می کنند سیاه چاله های زودگذر در این “کف کوانتومی” ایجاد می شوند. اگر بخواهیم یکی از آن ها را دائمی کنیم، به انرژی زیادی نیاز خواهیم داشت.

داخل یک سیاه چاله

همانطور که نسبیت عام پیش بینی می کند، برخی از محققان معتقدند به جای وجود تکینگی در مرکز یک سیاه چاله، ما می توانیم یک کرم چاله پیدا کنیم. با این حال این محققان هنوز در مورد اندازه آن و این که آیا آنقدر بزرگ است که یک انسان بتواند از آن عبور کند، اظهارنظر نمی کند.

چگونه می توانیم بدانیم که آیا کرم چاله ای پیدا کرده ایم

پژواک حلقه موج گرانشی

امواج گرانشی ناشی از برخورد سیاه چاله ها خیلی زود از بین می روند اما برخورد دو کرم چاله می تواند اکو یا پژواک هایی را در فضا ایجاد می کند.

میکرولنزینگ

اگر یک کرم چاله از مقابل یک ستاره دور عبور کند، در حادثه ای به نام “میکرولنزینگ” نور ستاره را کمی خم می کند. این تکنیک قبلاً برای یافتن سیارات سرکش نیز استفاده شده است.

تبدیل شدن

برخی دانشمندان بر این باورند که سیاه چاله ها در واقع کرم چاله های مبدل شده هستند. کار بسیار مخاطره آمیزی که در صورت وجود سوراخ های کرم چاله می توانیم انجام دهیم، ارسال چیزی به یکی از آن ها است تا مطمئن شویم با چه چیزی رو به رو هستیم.