کرم چاله — به زبان ساده

در مطالب گذشته وبلاگ فرادرس سیاهچاله‌های فضایی و هم‌چنین ستاره‌های نوترونی را توضیح دادیم. ویژگی تمامی این اشیاء، میدان گرانشی قوی آن‌ها است. اما این اجرام سنگین فضای جالبی تحت عنوان کرم چاله فضایی را ایجاد می‌کنند. از این رو در این مطلب قصد داریم تا این ناحیه از فضا را معرفی کرده و ویژگی‌های آن را نیز شرح دهیم.

سیاه چاله

دقیقا همانند سیاه‌چاله‌ها، کرمچاله‌ها نیز شکلی از فضا-زمان هستند که با حل معادلات نسبیت عام در حالتی خاص بوجود می‌آیند. واژه کرم چاله برای اولین بار در سال ۱۹۵۷ توسط فیزیکدان آمریکایی «جان ویلر» (John Wheeler) تعریف شد. در حقیقت می‌توان گفت که یک کرم چاله هیچوقت به‌طور مستقیم مشاهده نشده و تنها مفهومی است که معادلات نسبیت آن‌ها را پیش‌بینی می‌کند. اما ممکن است هم‌چون سیاهچاله که در ابتدا توسط نسبیت پیش‌بینی شده و سپس کشف شد، کرم چاله نیز روزی کشف شده و تصاویری نیز از آن منتشر شود.

سفید چاله

در سال ۱۹۱۶ و در اوایلی که انیشتین نظریه نسبیت را منتشر کرد، فیزیکدانی استرالیایی به نام «لودویک فلام» (Ludwig Flamm)، راه حل شوارتزشیلد را برای بررسی نوع خاصی از سیاهچاله‌ها بررسی می‌کرد. این سیاهچاله‌ها تحت عنوان سیاهچاله شوارتزشیلد شناخته می‌شوند. فلام هنگام بررسی این راه‌حل، متوجه شد که پاسخی متفاوت را می‌توان برای این میدان در نظر گرفت که توصیف‌کننده پدیده‌ای جدید است. این پدیده بعدها سفیدچاله نامگذاری شد.

سفید‌چاله توصیف‌کننده بستری است که عکس سیاهچاله، هر ماده‌ای که به سمت آن می‌آ‌ید را دفع می‌کند. این فضا همچنین از نظر زمانی نیز عکس سیاهچاله است. افرادی معتقدند که در سمت دیگر یک سیاهچاله، سفیدچاله قرار دارد. در حقیقت این افراد فکر می‌کنند که مواد بلعیده شده توسط یک سیاهچاله در سمت دیگر آن و در سفیدچاله به سمت بیرون پرتاب می‌شود. بسیاری از تفکرات ما در مورد مفهوم مهبانگ (یا همان بیگ‌بنگ) نیز ناشی از همین مفهومِ سفید‌چاله است.

کرم چاله

فلام نتیجه گرفت که دو راه‌حل متفاوت، دو ناحیه متفاوت از فضا-زمان را توصیف می‌کنند که با فرضی ریاضیاتی می‌توان گفت این دو فضا از طریق مجرایی فضا-زمانی به هم متصل شده‌اند. در حقیقت او نتیجه گرفت در دو ناحیه متفاوت از فضا-زمان توسط یک ورودی و یک خروجی، از طریق یک مجرا به هم متصل شده‌اند. انیشتین به‌ همراه «نیتان روزن» (Nathan Rosen) در سال ۱۹۳۵ به بررسی این پُل پرداختند. از این رو مفهوم مذکور تحت عنوان پل انیشتین-روزن شناخته می‌شود. البته در مواردی این مفهوم را با عنوانین کرم چاله شوارتزشیلدی یا کرم چاله لورنتزی نیز معرفی می‌کنند.

به‌منظور درک بهتر مفهوم کرم چاله، صفحه‌ای کاغذی را در نظر بگیرید که دو نقطه از آن علامتگذاری شده باشند. هریک از این نقاط، دو محل متفاوت از فضا-زمان را نشان می‌دهند. در ابتدا به‌ نظر می‌رسد کوتاه‌ترین مسیر به‌ منظور اتصال دو نقطه از این کاغذ، مسیر طی شده روی کاغذ باشد. اما با تا کردن کاغذ و سوراخ کردن آن توسط یک میله می‌توان دید که مسیری کوتاه‌تر نیز وجود دارد که الزما روی کاغذ قرار ندارد.

در شکل فوق دو مسیر ممکن به‌منظور طی کردن مسیر بین دو نقطه نشان داده شده‌اند. حال فرض کنید این صفحه همان صفحه فضا-زمان باشد. از این رو ممکن است یکی از این نقاط روی زمین و نقطه دوم در کهکشان دیگری قرار داشته باشد. در نتیجه شما می‌توانید با وارد شدن به دروازه روی زمین، فضا-زمان را میانبر زده و به کهکشان دیگری سفر کنید. در شکل زیر تصویری خیالی از یک کرم‌چاله فضایی نشان داده شده است. آنچه که در مورد کرم‌چاله‌ها بین فیزیکدانان پذیرفته شده، این است که در صورت موجود بودن، این بستر‌ها به شدت ناپایدار هستند. در حقیقت کوچکترین ذراتی همچون فوتون نیز در صورت عبور، می‌توانند کرمچاله را به شدت ناپایدار کنند.

به‌منظور جلوگیری از پیچیدگی و بسته ماندن مسئله کرم‌چاله، روش‌هایی همچون استفاده از ریسمان‌های کیهانی یا استفاده از مفهوم ماده منفی ارائه شده‌اند. جالب است بدانید که به دلیل اتصال نقاط مختلف از فضا-زمان به یکدیگر، کرم‌چاله یکی از گزینه‌های ممکن به منظور انجام سفر‌های طولانی فضایی و زمانی محسوب می‌شود. برخلاف سفر به آینده که از نظر تئوری امکان‌پذیر است، سفر به گذشته، دارای پارادوکس‌هایی ذاتی است و با توجه به آن بسیاری معتقدند که چنین سفری امکان‌پذیر نیست.

در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه فیزیک آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش‌های دروس فیزیک
• مجموعه آموزش‌های فیزیک و ریاضی
• سیاه چاله چیست؟ — به زبان ساده
• فضا زمان چیست؟ — به زبان ساده
• نسبیت عام — به زبان ساده

^^