العلم
يعتمد الفيلم المذهل Inresttellar الذي تم إصداره مؤخرًا على مفاهيم علمية حقيقية مثل الثقوب السوداء الدوارة، والثقوب الدودية، وتمدد الزمن.
ولكن إذا لم تكن على دراية بهذه المفاهيم، فقد تشعر بالارتباك قليلاً أثناء المشاهدة.
في الفيلم، يذهب فريق من مستكشفي الفضاء إلى السفر خارج المجرة من خلال الثقب الدودي. وعلى الجانب الآخر، يجدون أنفسهم في نظام شمسي مختلف به ثقب أسود دوار بدلاً من النجم.
إنهم في سباق مع المكان والزمان لإكمال مهمتهم. قد يبدو هذا النوع من السفر إلى الفضاء مربكًا بعض الشيء، لكنه يعتمد على المبادئ الأساسية للفيزياء.
وهنا أهمها 5 مفاهيم في الفيزياءالأشياء التي تحتاج إلى معرفتها لفهم Interstellar:
الجاذبية الاصطناعية
أكبر مشكلة نواجهها نحن البشر أثناء السفر إلى الفضاء على المدى الطويل هي انعدام الوزن. لقد ولدنا على الأرض وتكيفت أجسادنا مع ظروف جاذبية معينة، ولكن عندما نكون في الفضاء لفترة طويلة، تبدأ عضلاتنا في الضعف.
يواجه أبطال فيلم Interstellar هذه المشكلة أيضًا.
للتعامل مع هذا، يقوم العلماء بإنشاء الجاذبية الاصطناعية في المركبات الفضائية. إحدى الطرق للقيام بذلك هي تدوير سفينة الفضاء، تمامًا كما في الفيلم. ويولد الدوران قوة طرد مركزي تدفع الأجسام نحو الجدران الخارجية للسفينة. وهذا التنافر يشبه الجاذبية، ولكن في الاتجاه المعاكس فقط.
هذا هو شكل من أشكال الجاذبية الاصطناعية التي تشعر بها عندما تقود سيارتك حول منحنى نصف قطره صغير وتشعر كما لو تم دفعك للخارج بعيدًا عن النقطة المركزية للمنحنى. في سفينة الفضاء الدوارة، تصبح الجدران هي الأرضية الخاصة بك.
ثقب أسود دوار في الفضاء
وقد لاحظ علماء الفلك، ولو بشكل غير مباشر، في كوننا الثقوب السوداء الدوارة. لا أحد يعرف ما يوجد في مركز الثقب الأسود، لكن العلماء لديهم اسمًا له -التفرد .
تشوه الثقوب السوداء الدوارة الفضاء المحيط بها بشكل مختلف عن الثقوب السوداء الثابتة.
تُسمى عملية التشوه هذه "احتباس الإطار بالقصور الذاتي" أو تأثير لينس-ثيرينغ، وهي تؤثر على الشكل الذي سيبدو عليه الثقب الأسود من خلال تشويه الفضاء، والأهم من ذلك الزمكان المحيط به. يكفي الثقب الأسود الذي تراه في الفيلمقريبة جداً من المفهوم العلمي.
- سفينة الفضاء "إندورانس" تتجه نحو "جارجانتوا" - ثقب أسود خيالي هائلبكتلة أكبر من الشمس بـ 100 مليون مرة.
- ويبعد عن الأرض 10 مليارات سنة ضوئية، ويدور حوله عدة كواكب. يدور Gargantua بسرعة مذهلة تبلغ 99.8 بالمائة من سرعة الضوء.
- يحتوي قرص جاراجانتوا التراكمي على غاز وغبار بدرجة حرارة سطح الشمس. يزود القرص كواكب Gargantua بالضوء والحرارة.
يرجع المظهر المعقد للثقب الأسود في الفيلم إلى حقيقة أن صورة القرص التراكمي مشوهة بسبب عدسة الجاذبية. ويظهر في الصورة قوسان: أحدهما يتشكل فوق الثقب الأسود، والآخر تحته.
ثقب الخلد
الثقب الدودي أو الثقب الدودي الذي يستخدمه الطاقم في فيلم Interstellar هو أحد الظواهر الموجودة في الفيلم الذي لم يثبت وجوده. إنها افتراضية، ولكنها مريحة للغاية في مؤامرات قصص الخيال العلمي حيث تحتاج إلى التغلب على مسافة فضائية كبيرة.
مجرد الثقوب الدودية هي نوع من أقصر طريق عبر الفضاء. أي جسم له كتلة يخلق فجوة في الفضاء، مما يعني أن الفضاء يمكن أن يتمدد، أو يتشوه، أو حتى يطوي.
الثقب الدودي يشبه طية في نسيج المكان (والزمن) الذي يربط بين منطقتين بعيدتين للغاية، مما يساعد المسافرين عبر الفضاء السفر لمسافات طويلة في فترة زمنية قصيرة.
الاسم الرسمي للثقب الدودي هو "جسر أينشتاين-روزين"، كما اقترحه لأول مرة ألبرت أينشتاين وزميله ناثان روزين في عام 1935.
- في الرسوم البيانية ثنائية الأبعاد، يظهر فم الثقب الدودي على شكل دائرة. ومع ذلك، إذا تمكنا من رؤية الثقب الدودي، فإنه سيبدو وكأنه كرة.
- على سطح الكرة، يمكن رؤية منظر مشوه بفعل الجاذبية للفضاء على الجانب الآخر من "الحفرة".
- أبعاد الثقب الدودي في الفيلم: قطره 2 كم ومسافة النقل 10 مليار سنة ضوئية.
تمدد الزمن بفعل الجاذبية
تمدد الزمن بفعل الجاذبية هو ظاهرة حقيقية تمت ملاحظتها على الأرض. ينشأ بسبب الوقت النسبي. وهذا يعني أنه يتدفق بشكل مختلف لأنظمة الإحداثيات المختلفة.
عندما تكون في بيئة جاذبية قوية، الوقت يتحرك بشكل أبطأ بالنسبة لكمقارنة بالأشخاص الذين يعيشون في بيئة جاذبية ضعيفة.
الثقب الدودي - 1) الفيزياء الفلكية. أهم مفهوم في الفيزياء الفلكية الحديثة وعلم الكونيات العملي. "الثقب الدودي" أو "الثقب الدودي" هو ممر عابر للأبعاد يربط بين الثقب الأسود والثقب الأبيض المقابل له.
يخترق الثقب الدودي الفيزيائي الفلكي المساحة المطوية بأبعاد إضافية ويسمح للشخص بالسفر على طول مسار قصير حقًا بين الأنظمة النجمية.
أظهرت الأبحاث باستخدام تلسكوب هابل الفضائي أن كل ثقب أسود هو مدخل إلى ثقب دودي (انظر قانون هابل). وتقع إحدى أكبر الثقوب في وسط مجرتنا.وقد تبين نظريا (1993) أنه من هذا الثقب المركزي نشأ النظام الشمسي.
وفقًا للمفاهيم الحديثة، فإن الجزء المرئي من الكون مليء بالثقوب الدودية التي تتحرك ذهابًا وإيابًا. يعتقد العديد من علماء الفيزياء الفلكية البارزين ذلك السفر عبر "الثقوب الدودية" هو مستقبل رواد الفضاء بين النجوم. "
لقد اعتدنا جميعا على حقيقة أننا لا نستطيع إعادة الماضي، على الرغم من أننا في بعض الأحيان نريد ذلك حقا. لأكثر من قرن من الزمان، يصور كتاب الخيال العلمي أنواعًا مختلفة من الأحداث التي تنشأ بسبب القدرة على السفر عبر الزمن والتأثير على مجرى التاريخ. علاوة على ذلك، تبين أن هذا الموضوع ملح للغاية لدرجة أنه في نهاية القرن الماضي، بدأ حتى الفيزيائيون البعيدون عن القصص الخيالية في البحث بجدية عن حلول للمعادلات التي تصف عالمنا والتي من شأنها أن تجعل من الممكن إنشاء آلات زمنية والتغلب على أي مساحة والوقت في لمح البصر.
تصف روايات الخيال العلمي شبكات نقل كاملة تربط أنظمة النجوم والعصور التاريخية. لقد دخل إلى كشك منمق، على سبيل المثال، ككشك هاتف، ووجد نفسه في مكان ما في سديم المرأة المسلسلة أو على الأرض، لكنه كان يزور الديناصورات المنقرضة منذ فترة طويلة.
تستخدم الشخصيات في مثل هذه الأعمال باستمرار وسائل النقل الخالية من آلة الزمن والبوابات والأجهزة الملائمة المماثلة.
ومع ذلك، فإن عشاق الخيال العلمي ينظرون إلى مثل هذه الرحلات دون خوف كبير - فأنت لا تعرف أبدًا ما يمكن للمرء أن يتخيله، وينسب تنفيذ فكرة إلى مستقبل غير مؤكد أو إلى رؤى عبقري غير معروف. الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن آلات الزمن والأنفاق في الفضاء تمت مناقشتها بجدية تامة، قدر الإمكان من الناحية النظرية، في مقالات عن الفيزياء النظرية، على صفحات المنشورات العلمية الأكثر شهرة.
تكمن الإجابة في حقيقة أنه وفقًا لنظرية أينشتاين للجاذبية - النظرية النسبية العامة (GTR)، فإن الزمكان رباعي الأبعاد الذي نعيش فيه منحني، والجاذبية المألوفة هي مظهر من مظاهر هذا الانحناء.
المادة "تنحني" ، تحني الفضاء حول نفسها ، وكلما زادت كثافتها ، كان الانحناء أقوى.
العديد من النظريات البديلة للجاذبية، والتي يبلغ عددها بالمئات، تختلف عن GTR بالتفصيل، ولكنها تحتفظ بالشيء الرئيسي - فكرة انحناء الزمكان. وإذا كان الفضاء منحنيًا، فلماذا لا يأخذ، على سبيل المثال، شكل أنبوب، أو مناطق قصيرة الدائرة مفصولة بمئات الآلاف من السنين الضوئية، أو، على سبيل المثال، عصور متباعدة عن بعضها البعض - بعد كل شيء، نحن هل نتحدث ليس فقط عن المكان، بل عن الزمان والمكان؟
تذكر، من Strugatskys (الذين، بالمناسبة، لجأوا أيضًا إلى عدم النقل): "لا أرى على الإطلاق لماذا لا يفعل النبيل ..." - حسنًا، دعنا نقول، لا تطير إلى الثاني والثلاثين قرن؟...
ثقوب دودية أم ثقوب سوداء؟
نشأت الأفكار حول هذا الانحناء القوي للزمكان لدينا مباشرة بعد ظهور النسبية العامة - بالفعل في عام 1916، ناقش الفيزيائي النمساوي إل. فلام إمكانية وجود الهندسة المكانية في شكل نوع من الثقب الذي يربط بين عالمين . في عام 1935، لفت أينشتاين وعالم الرياضيات ن. روزن الانتباه إلى حقيقة أن أبسط حلول معادلات النسبية العامة، التي تصف مصادر معزولة أو محايدة أو مشحونة كهربائيًا لحقل الجاذبية، لها بنية مكانية لـ "جسر"، يربط بين عالمين بسلاسة تقريبًا - زمكانان متطابقان ومسطحان تقريبًا.
تلقى هذا النوع من الهياكل المكانية لاحقًا اسم "الثقوب الدودية" (ترجمة فضفاضة إلى حد ما للكلمة الإنجليزية "الثقب الدودي").
حتى أن أينشتاين وروزن فكرا في إمكانية استخدام مثل هذه "الجسور" لوصف الجسيمات الأولية. في الواقع، الجسيم في هذه الحالة هو تكوين مكاني بحت، لذلك ليست هناك حاجة لنمذجة خاصة لمصدر الكتلة أو الشحنة، ومع الأبعاد المجهرية للثقب الدودي، يرى مراقب خارجي عن بعد موجود في أحد الفضاءات فقط مصدر نقطي له كتلة وشحنة معينة.
خطوط القوة الكهربائية تدخل إلى الحفرة من جهة وتخرج من الجهة الأخرى، دون أن تبدأ أو تنتهي في أي مكان.
وعلى حد تعبير الفيزيائي الأمريكي ج. ويلر، فإن النتيجة هي "كتلة بلا كتلة، وشحنة بلا شحنة". وفي هذه الحالة، ليس من الضروري على الإطلاق أن نفترض أن الجسر يربط بين عالمين مختلفين - ليس أسوأ من الافتراض بأن كلا "أفواه" الثقب الدودي يخرجان إلى نفس الكون، ولكن في نقاط مختلفة وفي أوقات مختلفة - شيء مثل "مقبض" مجوف مخيط للعالم المألوف والمسطح تقريبًا.
يمكن رؤية أحد الفمين، الذي تدخل إليه خطوط المجال، على أنه شحنة سالبة (على سبيل المثال، إلكترون)، والآخر، الذي تخرج منه، على أنه شحنة موجبة (بوزيترون)، وستكون الكتلتين متماثلتين. الجانبين.
وعلى الرغم من جاذبية هذه الصورة، فإنها (لأسباب عديدة) لم تتجذر في فيزياء الجسيمات الأولية. من الصعب أن نعزو الخصائص الكمومية إلى "جسور" أينشتاين-روزين، وبدونها لا يوجد شيء يمكن القيام به في العالم الصغير.
بالنسبة للقيم المعروفة لكتل وشحنات الجسيمات (الإلكترونات أو البروتونات)، فإن جسر أينشتاين-روزن لا يتشكل على الإطلاق؛ وبدلاً من ذلك، يتنبأ الحل "الكهربائي" بما يسمى بالتفرد "العاري" - النقطة التي عندها يصبح انحناء الفضاء والمجال الكهربائي لا نهائيين. إن مفهوم الزمكان، حتى لو كان منحنيًا، يفقد معناه عند مثل هذه النقاط، لأنه من المستحيل حل المعادلات ذات الحدود اللانهائية. النسبية العامة نفسها تنص بوضوح تام على المكان الذي تتوقف فيه عن العمل بالضبط. دعونا نتذكر الكلمات المذكورة أعلاه: "الاتصال بطريقة سلسة تقريبًا...". يشير هذا "تقريبًا" إلى العيب الرئيسي في "جسور" أينشتاين-روزين - وهو انتهاك للنعومة في أضيق مكان في "الجسر" عند الرقبة.
ويجب القول أن هذا الانتهاك غير تافه للغاية: عند مثل هذه الرقبة، من وجهة نظر مراقب عن بعد، توقف الزمن...
ووفقا للمفاهيم الحديثة، فإن ما اعتبره أينشتاين وروزن الرقبة (أي أضيق نقطة في "الجسر") ليس في الواقع أكثر من أفق الحدث لثقب أسود (محايد أو مشحون).
علاوة على ذلك، من جوانب مختلفة من "الجسر" تسقط الجسيمات أو الأشعة على "أقسام" مختلفة من الأفق، وبين الأجزاء اليمنى واليسرى من الأفق، نسبيًا، توجد منطقة خاصة غير ثابتة، دون عبورها. من المستحيل المرور عبر الحفرة.
بالنسبة للمراقب عن بعد، فإن سفينة الفضاء التي تقترب من أفق ثقب أسود كبير بما فيه الكفاية (مقارنة بالسفينة) تبدو وكأنها تتجمد إلى الأبد، وتصل الإشارات منها بشكل أقل فأقل. على العكس من ذلك، بحسب ساعة السفينة، يتم الوصول إلى الأفق في وقت محدد.
بعد أن مرت الأفق، فإن السفينة (الجسيم أو شعاع الضوء) ستصطدم حتمًا بالتفرد - حيث يصبح الانحناء لا نهائيًا وحيث (لا يزال في الطريق) سيتم سحق أي جسم ممتد وتمزقه.
هذه هي الحقيقة القاسية للعمل الداخلي للثقب الأسود. تم الحصول على حلول شوارزشيلد ورايسنر نوردستروم، التي تصف الثقوب السوداء المحايدة والمشحونة كهربائيًا والمتماثلة كرويًا، في عامي 1916 و1917، لكن لم يفهم الفيزيائيون الهندسة المعقدة لهذه المساحات بشكل كامل إلا في مطلع الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي. بالمناسبة، في ذلك الوقت، اقترح جون أرشيبالد ويلر، المعروف بعمله في الفيزياء النووية ونظرية الجاذبية، مصطلحي "الثقب الأسود" و"الثقب الدودي".
كما اتضح، هناك بالفعل ثقوب دودية في مساحات شوارزشيلد ورايسنر نوردستروم. من وجهة نظر مراقب بعيد، فهي ليست مرئية تمامًا، مثل الثقوب السوداء نفسها، وهي أبدية تمامًا. لكن بالنسبة للمسافر الذي يجرؤ على اختراق الأفق، فإن الثقب ينهار بسرعة كبيرة بحيث لا يمكن لسفينة ولا جسيم ضخم ولا حتى شعاع من الضوء أن يطير عبره.
من أجل تجاوز التفرد واختراق "نور الله" - إلى الفم الآخر للثقب، من الضروري التحرك بشكل أسرع من الضوء. ويعتقد الفيزيائيون اليوم أن السرعات الفائقة للضوء لحركة المادة والطاقة مستحيلة من حيث المبدأ.
الثقوب الدودية والحلقات الزمنية
لذلك، يمكن اعتبار ثقب شوارزشيلد الأسود بمثابة ثقب دودي لا يمكن اختراقه. يعتبر ثقب رايزنر-نوردستروم الأسود أكثر تعقيدًا، ولكنه أيضًا غير قابل للعبور.
ومع ذلك، ليس من الصعب اختراع ووصف الثقوب الدودية رباعية الأبعاد القابلة للعبور عن طريق اختيار النوع المطلوب من القياس (المتري، أو الموتر المتري، عبارة عن مجموعة من الكميات التي يتم بمساعدتها مسافات-فواصل رباعية الأبعاد بين النقطة- يتم حساب الأحداث، والتي تميز بشكل كامل هندسة الزمكان، ومجال الجاذبية). بشكل عام، تعتبر الثقوب الدودية القابلة للمرور أبسط هندسيًا من الثقوب السوداء: لا ينبغي أن تكون هناك أي آفاق تؤدي إلى كوارث مع مرور الوقت.
وبطبيعة الحال، يمكن للزمن في نقاط مختلفة أن يتحرك بمعدلات مختلفة - ولكن لا ينبغي له أن يتسارع أو يتوقف إلى ما لا نهاية.
يجب أن أقول إن الثقوب السوداء والثقوب الدودية المختلفة هي أجسام دقيقة مثيرة للاهتمام للغاية تنشأ من تلقاء نفسها، مثل التقلبات الكمومية في مجال الجاذبية (أطوال تتراوح بين 10-33 سم)، حيث، وفقًا للتقديرات الحالية، فإن المفهوم لم يعد الزمكان الكلاسيكي السلس قابلاً للتطبيق.
في مثل هذا المقياس، يجب أن يكون هناك شيء مشابه للماء أو رغوة الصابون في مجرى مضطرب، "يتنفس" باستمرار بسبب تكوين فقاعات صغيرة وانهيارها. فبدلاً من الفضاء الفارغ الهادئ، لدينا ثقوب سوداء صغيرة وثقوب دودية ذات تكوينات أكثر غرابة وتشابكًا تظهر وتختفي بوتيرة محمومة. أحجامها صغيرة بشكل لا يمكن تصوره - فهي أصغر بعدة مرات من نواة الذرة كما أن هذه النواة أصغر من كوكب الأرض. لا يوجد وصف صارم لرغوة الزمكان حتى الآن، حيث لم يتم بعد إنشاء نظرية كمومية متسقة للجاذبية، ولكن بشكل عام، الصورة الموصوفة تتبع المبادئ الأساسية للنظرية الفيزيائية ومن غير المرجح أن تتغير.
ومع ذلك، من وجهة نظر السفر بين النجوم وبين الزمان، هناك حاجة إلى ثقوب دودية ذات أحجام مختلفة تمامًا: "أود" أن تمر سفينة فضائية ذات حجم معقول أو على الأقل دبابة عبر الرقبة دون ضرر (بدونها، سيكون الأمر ممكنًا). سيكون غير مريح بين الديناصورات، أليس كذلك؟).
لذلك، نحتاج أولاً إلى الحصول على حلول لمعادلات الجاذبية على شكل ثقوب دودية ذات أبعاد مجهرية يمكن عبورها. وإذا افترضنا أن مثل هذا الثقب قد ظهر بالفعل، وأن بقية الزمكان يظل مسطحًا تقريبًا، ففكر في أن كل شيء موجود - يمكن أن يكون الثقب آلة زمنية، ونفقًا بين المجرات، وحتى مسرعًا.
بغض النظر عن مكان وزمان وجود أحد أفواه الثقب الدودي، يمكن أن يظهر الثقب الثاني في أي مكان في الفضاء وفي أي وقت - في الماضي أو في المستقبل.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن للفم أن يتحرك بأي سرعة (ضمن سرعة الضوء) فيما يتعلق بالأجسام المحيطة - وهذا لن يتداخل مع الخروج من الحفرة إلى مساحة مينكوفسكي المسطحة (تقريبًا).
ومن المعروف أنه متماثل بشكل غير عادي ويبدو متماثلاً في جميع نقاطه وفي جميع الاتجاهات وفي أي أنظمة قصورية مهما كانت السرعات التي تتحرك بها.
ولكن، من ناحية أخرى، بافتراض وجود آلة الزمن، نواجه على الفور "باقة" كاملة من المفارقات مثل - طار إلى الماضي و "قتل الجد بمجرفة" قبل أن يصبح الجد أبًا. يملي الفطرة السليمة أن هذا على الأرجح لا يمكن أن يحدث. وإذا كانت النظرية الفيزيائية تدعي وصف الواقع، فيجب أن تحتوي على آلية تمنع تشكيل مثل هذه "الحلقات الزمنية"، أو على الأقل تجعل تشكيلها صعبا للغاية.
GTR، بلا شك، تدعي أنها تصف الواقع. وجدت العديد من الحلول التي تصف المساحات ذات الحلقات الزمنية المغلقة، لكنها كقاعدة عامة، لسبب أو لآخر، تعتبر إما غير واقعية أو، إذا جاز التعبير، “غير ضارة”.
وهكذا، أشار عالم الرياضيات النمساوي ك. غودل إلى حل مثير للاهتمام لمعادلات أينشتاين: هذا كون ثابت متجانس، يدور ككل. أنه يحتوي على مسارات مغلقة، والسفر الذي يمكنك من خلاله العودة ليس فقط إلى نقطة البداية في الفضاء، ولكن أيضًا إلى نقطة البداية في الوقت المناسب. ومع ذلك، تظهر الحسابات أن الحد الأدنى للمدى الزمني لمثل هذه الحلقة أكبر بكثير من وجود الكون.
الثقوب الدودية القابلة للمرور، والتي تعتبر "جسورًا" بين أكوان مختلفة، هي مؤقتة (كما قلنا سابقًا) لنفترض أن كلا الفمين ينفتحان على نفس الكون، حيث تنشأ الحلقات على الفور. إذن، ما الذي يمنع تشكلها، من وجهة نظر النسبية العامة، على الأقل على المستوى العياني والكوني؟
الجواب بسيط: بنية معادلات أينشتاين. على الجانب الأيسر منها الكميات التي تميز هندسة الزمكان، وعلى الجانب الأيمن يوجد ما يسمى بموتر زخم الطاقة، والذي يحتوي على معلومات عن كثافة طاقة المادة والمجالات المختلفة، وعن ضغطها في اتجاهات مختلفة، حول توزيعها في الفضاء وحول حالة الحركة.
يمكن للمرء أن "يقرأ" معادلات أينشتاين من اليمين إلى اليسار، قائلًا إن المادة بمساعدتها "تخبر" الفضاء كيف ينحني. ولكن من الممكن أيضًا - من اليسار إلى اليمين، سيكون التفسير مختلفًا: الهندسة تملي خصائص المادة التي يمكن أن توفر لها الوجود، الهندسة.
لذا، إذا كنا بحاجة إلى هندسة الثقب الدودي، فلنستبدلها في معادلات أينشتاين، ونحللها ونكتشف نوع المادة المطلوبة. وتبين أنها غريبة للغاية وغير مسبوقة، وتسمى "المادة الغريبة". وبالتالي، لإنشاء أبسط ثقب دودي (متماثل كرويًا)، من الضروري أن تضيف كثافة الطاقة والضغط في الاتجاه الشعاعي قيمة سالبة. هل يجب أن أقول أنه بالنسبة للأنواع العادية من المادة (بالإضافة إلى العديد من المجالات الفيزيائية المعروفة) فإن كلا الكميتين موجبتان؟..
إن الطبيعة، كما نرى، قد وضعت بالفعل حاجزًا خطيرًا أمام ظهور الثقوب الدودية. ولكن هذا هو حال البشر، والعلماء ليسوا استثناءً: إذا كان هناك عائق، فسيكون هناك دائمًا أشخاص يريدون التغلب عليه...
يمكن تقسيم عمل المنظرين المهتمين بالثقوب الدودية إلى اتجاهين متكاملين. الأول، بافتراض وجود الثقوب الدودية مسبقًا، يأخذ بعين الاعتبار العواقب الناتجة، والثاني يحاول تحديد كيف ومن أي الثقوب الدودية يمكن بناءها، وتحت أي ظروف تظهر أو يمكن أن تظهر.
في أعمال الاتجاه الأول، على سبيل المثال، تتم مناقشة مثل هذا السؤال.
لنفترض أن لدينا ثقبًا دوديًا تحت تصرفنا، يمكننا المرور من خلاله في غضون ثوانٍ، ونترك فتحتيه على شكل قمع "A" و"B" يقعان بالقرب من بعضهما البعض في الفضاء. هل من الممكن تحويل مثل هذا الثقب إلى آلة الزمن؟
أظهر الفيزيائي الأمريكي كيب ثورن وزملاؤه كيفية القيام بذلك: الفكرة هي ترك أحد الفمين، "A" في مكانه، والآخر، "B" (الذي يجب أن يتصرف مثل جسم عادي ضخم)، وتسريعهما إلى بسرعة تضاهي سرعة الضوء، ثم تعود للخلف وتبطئ سرعتها بجوار "أ". ثم، بسبب تأثير STR (تباطؤ الوقت على جسم متحرك مقارنة بجسم ثابت)، سيمر وقت أقل للفم "B" مقارنة بالفم "A". علاوة على ذلك، كلما زادت سرعة ومدة انتقال مصب "ب"، كلما زاد الفارق الزمني بينهما.
وهذه في الواقع نفس "مفارقة التوأم" المعروفة لدى العلماء: فالتوأم الذي يعود من رحلة إلى النجوم يتبين أنه أصغر من أخيه الذي يعيش في المنزل... دع الفارق الزمني بين تكون الأفواه مثلا ستة أشهر.
بعد ذلك، عند الجلوس بالقرب من مصب "أ" في منتصف الشتاء، سنرى من خلال الثقب الدودي صورة مشرقة للصيف الماضي - وفي الواقع، سنعود إلى هذا الصيف، ونمر مباشرة عبر الثقب. ثم سنقترب مرة أخرى من القمع "A" (كما اتفقنا، في مكان قريب)، ونغوص في الحفرة مرة أخرى ونقفز مباشرة إلى ثلج العام الماضي. وهكذا عدة مرات كما تريد. التحرك في الاتجاه المعاكس - الغوص في القمع "B" - دعنا نقفز ستة أشهر إلى المستقبل...
وبالتالي، بعد إجراء معالجة واحدة باستخدام أحد الأفواه، نحصل على آلة زمنية يمكن "استخدامها" باستمرار (على افتراض، بالطبع، أن الثقب مستقر أو أننا قادرون على الحفاظ على "قابليته للتشغيل").
أعمال الاتجاه الثاني أكثر عددًا وربما أكثر إثارة للاهتمام. ويتضمن هذا الاتجاه البحث عن نماذج محددة من الثقوب الدودية ودراسة خصائصها المحددة، والتي تحدد بشكل عام ما يمكن عمله بهذه الثقوب وكيفية استخدامها.
المادة الخارجية والطاقة المظلمة
إن الخصائص الغريبة للمادة التي يجب أن تمتلكها مادة بناء الثقوب الدودية، كما تبين، يمكن تحقيقها من خلال ما يسمى بالاستقطاب الفراغي للمجالات الكمومية.
تم التوصل إلى هذا الاستنتاج مؤخرًا من قبل الفيزيائيين الروس أركادي بوبوف وسيرجي سوشكوف من كازان (مع ديفيد هوشبيرج من إسبانيا) وسيرجي كراسنيكوف من مرصد بولكوفو. وفي هذه الحالة، فإن الفراغ ليس فراغًا على الإطلاق، ولكنه حالة كمومية ذات طاقة أقل - حقل بدون جزيئات حقيقية. تظهر فيه باستمرار أزواج من الجزيئات "الافتراضية"، والتي تختفي مرة أخرى قبل أن تتمكن الأجهزة من اكتشافها، ولكنها تترك أثرها الحقيقي في شكل موتر زخم الطاقة بخصائص غير عادية.
وعلى الرغم من أن الخصائص الكمومية للمادة تظهر بشكل رئيسي في العالم المصغر، إلا أن الثقوب الدودية التي تولدها (في ظل ظروف معينة) يمكن أن تصل إلى أحجام مناسبة جدًا. بالمناسبة، تحتوي إحدى مقالات S. Krasnikov على عنوان "مخيف" - "تهديد الثقوب الدودية". الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في هذه المناقشة النظرية البحتة هو أن الملاحظات الفلكية الحقيقية في السنوات الأخيرة يبدو أنها تقوض إلى حد كبير موقف المعارضين لإمكانية وجود الثقوب الدودية.
خلص علماء الفيزياء الفلكية، الذين يدرسون إحصائيات انفجارات المستعرات الأعظم في المجرات التي تبعد مليارات السنين الضوئية عنا، إلى أن كوننا لا يتوسع فحسب، بل ينتشر بسرعة متزايدة باستمرار، أي مع تسارع. علاوة على ذلك، مع مرور الوقت، يزداد هذا التسارع. ويتجلى ذلك بثقة تامة من خلال أحدث الملاحظات التي أجريت على أحدث التلسكوبات الفضائية. حسنًا، الآن هو الوقت المناسب لتذكر العلاقة بين المادة والهندسة في النسبية العامة: طبيعة تمدد الكون ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمعادلة حالة المادة، وبعبارة أخرى، بالعلاقة بين كثافتها وضغطها. إذا كانت المادة عادية (ذات كثافة وضغط إيجابيين)، فإن الكثافة نفسها تنخفض مع مرور الوقت، ويتباطأ التوسع.
إذا كان الضغط سالبًا ومساويًا في الحجم، ولكنه معاكس لكثافة الطاقة (فمجموعهما = 0)، فإن هذه الكثافة ثابتة في الزمان والمكان - وهذا ما يسمى بالثابت الكوني، الذي يؤدي إلى التوسع مع تسارع مستمر.
لكن لكي يزداد التسارع بمرور الوقت، وهذا لا يكفي، يجب أن يكون مجموع الضغط وكثافة الطاقة سالبًا. لم يرصد أحد مثل هذه المادة من قبل، ولكن يبدو أن سلوك الجزء المرئي من الكون يشير إلى وجودها. تظهر الحسابات أن مثل هذه المادة الغريبة غير المرئية (وتسمى "الطاقة المظلمة") في العصر الحالي يجب أن تبلغ حوالي 70%، وهذه النسبة في تزايد مستمر (على عكس المادة العادية، التي تفقد كثافتها مع زيادة الحجم، تتصرف الطاقة المظلمة بشكل متناقض - الكون) تتوسع، وكثافتها تتزايد). ولكن (وقد تحدثنا بالفعل عن هذا) فإن هذه المادة الغريبة هي على وجه التحديد "مادة البناء" الأكثر ملاءمة لتشكيل الثقوب الدودية.
من المغري أن نتخيل: عاجلًا أم آجلًا، سيتم اكتشاف الطاقة المظلمة، وسيتعلم العلماء والتقنيون كيفية تكثيفها وبناء ثقوب دودية، وبعد ذلك لن يمر وقت طويل قبل أن "تتحقق الأحلام" - حول آلات الزمن والأنفاق المؤدية إلى النجوم. ...
صحيح أن تقدير كثافة الطاقة المظلمة في الكون، والذي يضمن توسعها المتسارع، أمر محبط إلى حد ما: إذا تم توزيع الطاقة المظلمة بالتساوي، فإن النتيجة ستكون قيمة ضئيلة تمامًا - حوالي 10-29 جم / سم 3. بالنسبة للمادة العادية، تتوافق هذه الكثافة مع 10 ذرات هيدروجين لكل 1 م 3. حتى الغاز بين النجوم أكثر كثافة عدة مرات. لذلك، إذا كان من الممكن أن يصبح هذا المسار لإنشاء آلة الزمن حقيقيًا، فلن يكون ذلك في وقت قريب جدًا.
بحاجة إلى ثقب دونات
لقد تحدثنا حتى الآن عن الثقوب الدودية على شكل نفق ذات أعناق ناعمة. لكن GTR تتنبأ أيضًا بنوع آخر من الثقوب الدودية، ومن حيث المبدأ لا تتطلب أي مادة موزعة على الإطلاق. هناك فئة كاملة من الحلول لمعادلات أينشتاين، حيث يوجد الزمكان رباعي الأبعاد، المسطح بعيدًا عن مصدر المجال، كما لو كان في نسختين (أو ورقتين)، والأشياء الوحيدة المشتركة بينهما هي شيء معين حلقة رفيعة (مصدر ميداني) وقرص، هذه الحلقة محدودة.
تتمتع هذه الحلقة بخاصية سحرية حقًا: يمكنك "التجول" حولها للمدة التي تريدها، والبقاء في عالم "الخاص بك"، ولكن إذا مررت به، فستجد نفسك في عالم مختلف تمامًا، على الرغم من أنه مشابه لـ " خاصة بك." ومن أجل العودة مرة أخرى، تحتاج إلى المرور عبر الحلبة مرة أخرى (ومن أي جانب، وليس بالضرورة من الجانب الذي غادرت منه للتو).
الحلقة نفسها مفردة - انحناء الزمكان عليها يصل إلى ما لا نهاية، لكن جميع النقاط الموجودة بداخلها طبيعية تمامًا، والجسم الذي يتحرك هناك لا يواجه أي آثار كارثية.
ومن المثير للاهتمام أن هناك عددًا كبيرًا من هذه الحلول - سواء كانت محايدة أو بشحنة كهربائية أو مع دوران أو بدونها. وهذا، على وجه الخصوص، هو الحل الشهير الذي قدمه النيوزيلندي ر. كير لثقب أسود دوار. يصف بشكل أكثر واقعية الثقوب السوداء ذات المقاييس النجمية والمجرية (التي لم يعد يشكك معظم علماء الفيزياء الفلكية في وجودها)، نظرًا لأن جميع الأجرام السماوية تقريبًا تعاني من الدوران، وأثناء الضغط يتسارع الدوران فقط، خاصة أثناء الانهيار في ثقب أسود.
إذن، اتضح أن الثقوب السوداء الدوارة هي المرشحة "المباشرة" لـ "آلات الزمن"؟ومع ذلك، فإن الثقوب السوداء التي تتشكل في الأنظمة النجمية تكون محاطة ومليئة بالغاز الساخن والإشعاع القاسي المميت. بالإضافة إلى هذا الاعتراض العملي البحت، هناك أيضًا اعتراض أساسي يتعلق بصعوبات الخروج من تحت أفق الحدث إلى «ورقة» زمانية جديدة. لكن ليست هناك حاجة للخوض في هذا الأمر بمزيد من التفصيل، لأنه وفقًا للنسبية العامة والعديد من تعميماتها، يمكن أن توجد الثقوب الدودية ذات الحلقات المفردة دون أي آفاق.
لذا، هناك احتمالان نظريان على الأقل لوجود ثقوب دودية تربط بين عوالم مختلفة: يمكن أن تكون الثقوب الدودية سلسة وتتكون من مادة غريبة، أو يمكن أن تنشأ بسبب التفرد مع بقائها قابلة للعبور.
الفضاء والسلاسل
تشبه الحلقات المفردة الرقيقة أجسامًا غير عادية أخرى تنبأت بها الفيزياء الحديثة - الأوتار الكونية، التي تشكلت (وفقًا لبعض النظريات) في بداية الكون عندما بردت المادة فائقة الكثافة وتغيرت حالاتها.
إنها تشبه حقًا الأوتار، ولكنها ثقيلة بشكل غير عادي - حيث يصل طولها إلى مليارات الأطنان لكل سنتيمتر ويبلغ سمكها جزءًا من الميكرون. وكما بين الأمريكي ريتشارد جوت والفرنسي جيرارد كليمنت، من عدة أوتار تتحرك بالنسبة لبعضها البعض بسرعات عالية، من الممكن إنشاء هياكل تحتوي على حلقات مؤقتة. أي أنه من خلال التحرك بطريقة معينة في مجال الجاذبية لهذه الأوتار، يمكنك العودة إلى نقطة البداية قبل أن تتركها.
لقد كان علماء الفلك يبحثون عن هذا النوع من الأجسام الفضائية لفترة طويلة، واليوم يوجد بالفعل مرشح واحد "جيد" - الكائن CSL-1. هاتان مجرتان متشابهتان بشكل مدهش، لكنهما في الواقع ربما تكونا مجرة واحدة، وقد انقسمتا فقط بسبب تأثير عدسة الجاذبية. علاوة على ذلك، في هذه الحالة، عدسة الجاذبية ليست كروية، ولكنها أسطوانية، تشبه الخيط الثقيل الرفيع الطويل.
هل سيساعد البعد الخامس؟
وفي حالة احتواء الزمكان على أكثر من أربعة أبعاد، فإن بنية الثقوب الدودية تكتسب إمكانيات جديدة لم تكن معروفة من قبل.
وهكذا، في السنوات الأخيرة، اكتسب مفهوم "عالم الأغشية" شعبية. يفترض أن كل المادة التي يمكن ملاحظتها تقع على سطح رباعي الأبعاد (يُشار إليه بمصطلح "غشاء" - وهي كلمة مبتورة تعني "غشاء")، وفي الحجم الخماسي أو السداسي الأبعاد المحيط لا يوجد شيء سوى مجال الجاذبية. إن مجال الجاذبية على الغشاء نفسه (وهذا هو المجال الوحيد الذي نلاحظه) يخضع لمعادلات أينشتاين المعدلة، وهي تحتوي على مساهمة من هندسة الحجم المحيط.
لذلك، يمكن لهذه المساهمة أن تلعب دور المادة الغريبة التي تولد الثقوب الدودية. يمكن أن تكون الجحور بأي حجم وفي نفس الوقت ليس لها جاذبيتها الخاصة.
هذا، بالطبع، لا يستنفد جميع "التصاميم" المتنوعة للثقوب الدودية، والاستنتاج العام هو أنه على الرغم من كل خصائصها غير العادية وعلى الرغم من كل الصعوبات التي تواجهها الطبيعة الأساسية، بما في ذلك الفلسفية، التي يمكن أن تؤدي إليها، إن وجودهم المحتمل يستحق التعامل معه بالجدية الكاملة والاهتمام الواجب.
لا يمكن استبعاد، على سبيل المثال، وجود جحور كبيرة في الفضاء بين النجوم أو بين المجرات، وذلك فقط بسبب تركيز نفس الطاقة المظلمة التي تسرع توسع الكون.
لا توجد إجابة واضحة على الأسئلة - كيف يمكن أن تبدو لراصد أرضي وما إذا كانت هناك طريقة لاكتشافها. على عكس الثقوب السوداء، قد لا يكون للثقوب الدودية أي مجال جذاب ملحوظ (التنافر ممكن أيضًا)، وبالتالي، لا ينبغي للمرء أن يتوقع تركيزات ملحوظة من النجوم أو الغاز والغبار بين النجوم في محيطها.
لكن بافتراض أنهم قادرون على "قصر الدائرة" في المناطق أو العصور البعيدة عن بعضها البعض، وتمرير إشعاع النجوم المضيئة من خلال أنفسهم، فمن الممكن أن نتوقع أن تبدو بعض المجرات البعيدة قريبة بشكل غير عادي.
بسبب توسع الكون، كلما كانت المجرة أبعد، كلما زاد تحول الطيف (نحو اللون الأحمر) الذي يصل إليه إشعاعها إلينا. لكن عند النظر عبر الثقب الدودي، قد لا يكون هناك انزياح نحو الأحمر. أو سيكون كذلك، ولكن شيئا آخر. يمكن ملاحظة بعض هذه الأشياء في وقت واحد بطريقتين - من خلال الثقب أو بالطريقة "المعتادة"، "عبر الثقب".
وبالتالي، فإن علامة الثقب الدودي الكوني يمكن أن تكون على النحو التالي: ملاحظة جسمين لهما خصائص متشابهة جدًا، ولكن على مسافات واضحة مختلفة وعند انزياحات حمراء مختلفة.
ومع ذلك، إذا تم اكتشاف (أو بناء) الثقوب الدودية، فإن مجال الفلسفة الذي يتعامل مع تفسير العلم سيواجه مهام جديدة، ولا بد من القول، صعبة للغاية. وعلى الرغم من كل العبثية الظاهرة للحلقات الزمنية وتعقيد المشاكل المرتبطة بالسببية، فإن هذا المجال من العلوم، في جميع الاحتمالات، سوف يحل كل شيء بطريقة أو بأخرى عاجلاً أم آجلاً. تمامًا كما "تعاملت" ذات مرة مع المشكلات المفاهيمية لميكانيكا الكم ونظرية أينشتاين النسبية...
كيريل برونيكوف، دكتور في العلوم الفيزيائية والرياضية
21:11 09/11/2018👁 1 719
يمثل هذا النص الإصدار الثالث من كتابي عن الثقوب الدودية و. حاولت أن أجعلها مفهومة لأكبر عدد ممكن من القراء. إن فهم المادة لا يتطلب تعليمًا خاصًا من القارئ؛ فالأفكار الأكثر عمومية من دورة المدرسة الثانوية والفضول المعرفي ستكون كافية تمامًا. لا يحتوي النص على صيغ ولا يحتوي على مفاهيم معقدة. ولجعل الأمور أسهل للفهم، حاولت استخدام الرسوم التوضيحية التوضيحية حيثما أمكن ذلك. تم استكمال هذا الإصدار بأقسام ورسوم توضيحية جديدة. كما تم إجراء تصحيحات وتوضيحات وإيضاحات على النص. إذا بدا أي قسم من الكتاب مملاً أو غير مفهوم للقارئ، فيمكن تخطيه أثناء القراءة دون الإضرار كثيرًا بالفهم.
ما يسمى عادة "الثقب الدودي" في الفيزياء الفلكية
في السنوات الأخيرة، ظهرت العديد من التقارير في وسائل الإعلام حول اكتشاف العلماء لأجسام افتراضية معينة تسمى “الثقوب الدودية”. علاوة على ذلك، هناك تقارير سخيفة عن الكشف الرصدي عن مثل هذه الأشياء. حتى أنني قرأت في الصحف الشعبية عن الاستخدام العملي لبعض "الثقوب الدودية". ولسوء الحظ، فإن معظم هذه التقارير بعيدة جدًا عن الحقيقة؛ علاوة على ذلك، فحتى مفهوم مثل هذه "الثقوب الدودية" لا يوجد به أي شيء مشترك مع ما يسمى عادة "الثقوب الدودية" في الفيزياء الفلكية.
كل هذا دفعني إلى كتابة عرض تقديمي شائع (ويمكن الاعتماد عليه في نفس الوقت) لنظرية "الثقوب الدودية" في الفيزياء الفلكية. ولكن أول الأشياء أولا.
أولا القليل من التاريخ:
نشأت نظرية الثقوب الدودية القائمة على أساس علمي في الفيزياء الفلكية في عام 1935 من خلال العمل الرائد لأينشتاين وروزن. ولكن في هذا العمل الرائد، أطلق المؤلفون على "الثقب الدودي" اسم "جسر" بين أجزاء مختلفة من الكون (المصطلح الإنجليزي هو "جسر"). لفترة طويلة، لم يثير هذا العمل الكثير من الاهتمام بين علماء الفيزياء الفلكية.
ولكن في التسعينيات من القرن الماضي، بدأ الاهتمام بمثل هذه الأشياء في العودة. بادئ ذي بدء، ارتبطت عودة الاهتمام باكتشاف في علم الكونيات، لكنني سأخبرك لماذا وما هو الاتصال بعد ذلك بقليل.
أصبح المصطلح الإنجليزي الذي ترسخ لكلمة "الثقوب الدودية" منذ التسعينيات هو "الثقب الدودي"، ولكن أول من اقترح هذا المصطلح في عام 1957 كانا عالما الفيزياء الفلكية الأمريكيان ميزنر وويلر (وهذا هو ويلر نفسه الذي يعتبر "الأب"). "القنابل الهيدروجينية الأمريكية). تُترجم كلمة "الثقب الدودي" إلى اللغة الروسية على أنها "ثقب دودي". لم يعجب العديد من علماء الفيزياء الفلكية الناطقين بالروسية هذا المصطلح، وفي عام 2004 تقرر إجراء تصويت على مختلف المصطلحات المقترحة لمثل هذه الأجسام. ومن بين المصطلحات المقترحة: "الثقب الدودي"، "الثقب الدودي"، "الثقب الدودي"، "الجسر"، "الثقب الدودي"، "النفق"، إلخ. شارك في التصويت علماء الفيزياء الفلكية الناطقون بالروسية والذين لديهم منشورات علمية حول هذا الموضوع (وأنا منهم). ونتيجة لهذا التصويت فاز مصطلح "الثقب الدودي"، ومن الآن فصاعدا سأكتب هذا المصطلح بدون علامات الاقتباس.
1. إذن ما هو الاسم الشائع للثقب الدودي؟
في الفيزياء الفلكية، للثقوب الدودية تعريف رياضي واضح، ولكن هنا (نظرًا لتعقيدها) لن أعطيها، وبالنسبة للقارئ غير المستعد سأحاول تقديم التعريف بكلمات بسيطة.
يمكنك إعطاء تعريفات مختلفة للثقوب الدودية، ولكن ما هو مشترك بين جميع التعريفات هو الخاصية التي تنص على أن الثقب الدودي يجب أن يربط بين منطقتين غير منحنيتين من الفضاء. ويسمى التقاطع بالثقب الدودي، ويسمى الجزء المركزي منه "عنق الثقب الدودي". المساحة القريبة من عنق الثقب الدودي منحنية بقوة. يتطلب مفهوما "غير منحني" أو "منحني" شرحًا تفصيليًا هنا. ولكنني لن أشرح هذا الآن، وأطلب من القارئ الصبر حتى القسم التالي الذي سأشرح فيه جوهر هذه المفاهيم.
يمكن للثقب الدودي أن يربط إما كونين مختلفين، أو نفس الكون في أجزاء مختلفة. وفي الحالة الأخيرة قد تكون المسافة عبر الثقب الدودي (بين مداخله) أقصر من المسافة بين المداخل المقاسة من الخارج (رغم أن ذلك ليس ضروريا على الإطلاق).
علاوة على ذلك، سأستخدم كلمة "الكون" (بحرف صغير) للإشارة إلى ذلك الجزء من الزمكان الذي يقتصر على مداخل الثقوب الدودية والثقوب السوداء، وكلمة "الكون" (بحرف كبير) سوف تستخدم يعني كل الزمكان، وليس أي شيء محدود.
بالمعنى الدقيق للكلمة، فإن مفاهيم الزمن والمسافة في الزمكان المنحني لم تعد قيمًا مطلقة، أي. كما اعتدنا دائمًا على النظر إليها دون وعي. لكنني أعطي هذه المفاهيم معنى ماديًا تمامًا: نحن نتحدث عن الوقت المناسب، الذي يتم قياسه بواسطة مراقب يتحرك بحرية (بدون صاروخ أو أي محركات أخرى) بسرعة الضوء تقريبًا (يطلق عليه المنظرون عادةً مراقبًا نسبيًا للغاية).
من الواضح أنه من المستحيل عمليا إنشاء مثل هذا المراقب من الناحية الفنية، ولكن بالتصرف بروح أينشتاين، يمكننا أن نتخيل تجربة فكرية يقوم فيها المراقب بإمساك فوتون (أو أي جسيم نسبي آخر) ويتحرك عليه على طول أقصر مسار (مثل بارون مونشاوزن على النواة).
وهنا تجدر الإشارة إلى أن الفوتون يتحرك على طول أقصر مسار بحكم التعريف؛ ويسمى هذا المسار بالخط الجيوديسي الصفري في النظرية النسبية العامة. في الفضاء العادي غير المنحني، يمكن ربط نقطتين بخط جيوديسي واحد صفري فقط. في حالة وجود ثقب دودي يربط مداخل في نفس الكون، يمكن أن يكون هناك مساران على الأقل للفوتون (وكلاهما أقصر، لكن غير متساويين)، ويمر أحد هذين المسارين عبر الثقب الدودي، والآخر لا يمر.
حسنًا، يبدو أنني قدمت تعريفًا مبسطًا للثقب الدودي بكلمات بشرية بسيطة (بدون استخدام الرياضيات). ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الثقوب الدودية التي يمكن أن يمر من خلالها الضوء والمواد الأخرى في كلا الاتجاهين تسمى الثقوب الدودية القابلة للعبور (من الآن فصاعدًا سأسميها ببساطة الثقوب الدودية). انطلاقا من كلمة "مقبول" يطرح السؤال: هل هناك ثقوب دودية غير قابلة للعبور؟ نعم لدي. هذه هي الأجسام التي تشبه من الخارج (عند كل مدخل من المدخلات) ثقبًا أسود، ولكن داخل مثل هذا الثقب الأسود لا يوجد تفرد (في الفيزياء، التفرد هو كثافة لا حصر لها من المادة التي تمزق وتدمر أي مادة أخرى تقع فيه هو - هي). علاوة على ذلك، فإن خاصية التفرد إلزامية بالنسبة للثقوب السوداء العادية. ويتم تحديد الثقب الأسود نفسه من خلال وجود سطح (كرة) لا يمكن للضوء الهروب من تحته. ويسمى هذا السطح بأفق الثقب الأسود (أو أفق الحدث).
وبالتالي، يمكن للمادة الدخول إلى الثقب الدودي الذي لا يمكن اختراقه، ولكن لا يمكنها الخروج منه (تشبه إلى حد كبير خاصية الثقب الأسود). علاوة على ذلك، قد تكون هناك أيضًا ثقوب دودية شبه قابلة للمرور، حيث لا يمكن للمادة أو الضوء المرور عبر الثقب الدودي إلا في اتجاه واحد، ولكن لا يمكن أن يمر في الاتجاه الآخر.
2. نفق الانحناء؟ انحناء ماذا؟
للوهلة الأولى، يبدو إنشاء نفق ثقب دودي من مساحة منحنية أمرًا جذابًا للغاية. ولكن عندما تفكر في ذلك، تبدأ في التوصل إلى استنتاجات سخيفة.
إذا كنت في هذا النفق، ما هي الجدران التي يمكن أن تمنعك من الهروب منه في الاتجاه العرضي؟
ومما تتكون هذه الجدران؟
هل يمكن للمساحة الفارغة أن تمنعنا من المرور عبرها؟
أم أنها ليست فارغة؟
لكي نفهم هذا (لا أقترح حتى أن نتخيله)، دعونا نفكر في الفضاء الذي لا ينحني بفعل الجاذبية. وليعتبر القارئ أن هذه مساحة عادية اعتاد التعامل معها دائمًا ويعيش فيها. في ما يلي سأسمي هذه المساحة مسطحة.
الشكل 1. (الرسم الأصلي للمؤلف)
تمثيل تخطيطي لانحناء الفضاء ثنائي الأبعاد. تشير الأرقام إلى مراحل انتقالية متتالية: من مرحلة الفضاء غير المنحني (1) إلى مرحلة الثقب الدودي ثنائي الأبعاد (7).
لنأخذ كبداية نقطة "O" في هذا الفضاء ونرسم دائرة حولها - انظر الشكل رقم 1 في الشكل 1. دع هذه النقطة وهذه الدائرة تقعان على مستوى ما في الفضاء المسطح. وكما نعلم جميعا جيدا من مقرر الرياضيات المدرسي فإن نسبة طول هذه الدائرة إلى نصف القطر تساوي 2π حيث الرقم π = 3.1415926535.... علاوة على ذلك: نسبة التغير في المحيط إلى نصف القطر التغيير المقابل في نصف القطر سيكون أيضًا مساويًا لـ 2π (فيما يلي، للإيجاز، سنقول فقط ATTITUDE).
الآن دعونا نضع جسمًا كتلته M عند النقطة "O". إذا صدقنا نظرية أينشتاين وتجاربه (التي تم إجراؤها مرارًا وتكرارًا على الأرض وفي النظام الشمسي)، فإن الزمكان حول الجسم سيكون منحنيًا و النسبة المذكورة أعلاه ستكون أقل من 2π. علاوة على ذلك، كلما كانت الكتلة M أكبر، كانت أصغر – انظر الأشكال رقم 2 – 4 في الشكل 1. هذا هو انحناء الفضاء! ولكن ليس المكان منحنيًا فحسب، بل الزمن منحني أيضًا، والأصح أن نقول إن كل الزمكان منحني، لأن في النظرية النسبية، لا يمكن لأحدهما أن يوجد بدون الآخر، ولا توجد حدود واضحة بينهما.
في أي اتجاه هو عازمة؟ - أنت تسأل.
لأسفل (تحت الطائرة) أو العكس - لأعلى؟
الإجابة الصحيحة هي أن الانحناء سيكون هو نفسه بالنسبة لأي مستوى مرسوم عبر النقطة "O"، ولا علاقة للاتجاه به. تتغير الخاصية الهندسية للمكان بحيث تتغير أيضًا نسبة المحيط إلى نصف القطر! ويعتقد بعض العلماء أن انحناء الفضاء يحدث في اتجاه بعد جديد (رابع). لكن النظرية النسبية نفسها لا تحتاج إلى بعد إضافي؛ بل تكفي لها ثلاثة أبعاد مكانية وزمنية واحدة. عادة ما يتم تعيين البعد الزمني بمؤشر صفر، ويتم تعيين الزمكان على أنه 3+1.
ما مدى قوة هذا الانحناء؟
بالنسبة للدائرة التي تمثل خط الاستواء، فإن الانخفاض النسبي في RATIO سيكون 10-9، أي. بالنسبة للأرض (طول خط الاستواء)/(نصف قطر الأرض) ≈ 2π (1 – 10-9) !!! هذه إضافة ضئيلة. ولكن بالنسبة للدائرة التي هي خط الاستواء، فإن هذا الانخفاض يبلغ بالفعل حوالي 10-5، وعلى الرغم من أن هذا أيضًا صغير جدًا، إلا أن الأدوات الحديثة تقيس هذه القيمة بسهولة.
ولكن هناك أشياء غريبة في الفضاء أكثر من مجرد الكواكب والنجوم. على سبيل المثال، النجوم النابضة، وهي نجوم نيوترونية (تتكون من نيوترونات). الجاذبية على سطح النجوم النابضة هائلة، ويبلغ متوسط كثافة المادة فيها حوالي 1014 جم/سم3 - وهي مادة ثقيلة بشكل لا يصدق! بالنسبة للنجوم النابضة، يبلغ الانخفاض في هذه النسبة بالفعل حوالي 0.1!
لكن بالنسبة للثقوب السوداء والثقوب الدودية فإن النقصان في هذه النسبة يصل إلى الوحدة، أي. الموقف نفسه يصل إلى الصفر! وهذا يعني أنه عند التحرك نحو المركز، لا يتغير المحيط بالقرب من الأفق أو الرقبة. كما أن مساحة الكرة المحيطة بالثقوب السوداء أو الثقوب الدودية لا تتغير. بالمعنى الدقيق للكلمة، لم يعد التعريف المعتاد للطول مناسبًا لمثل هذه الأشياء، لكن هذا لا يغير الجوهر. علاوة على ذلك، بالنسبة للثقب الدودي المتماثل كرويًا، لا يعتمد الوضع على الاتجاه الذي نتحرك منه نحو المركز.
كيف يمكنك أن تتخيل هذا؟
إذا اعتبرنا ثقبًا دوديًا، فهذا يعني أننا وصلنا إلى كرة تبلغ مساحتها الدنيا Smin=4π rmin2 مع نصف قطر الحلق rmin. يُطلق على هذه الكرة ذات المساحة الدنيا اسم عنق الثقب الدودي. مع مزيد من الحركة في نفس الاتجاه نجد أن مساحة الكرة تبدأ في الزيادة - وهذا يعني أننا تجاوزنا الرقبة وانتقلنا إلى مساحة أخرى ونبتعد عن المركز.
ماذا يحدث إذا تجاوزت أبعاد الجسم الساقط أبعاد الرقبة؟
للإجابة على هذا السؤال، دعونا ننتقل إلى تشبيه ثنائي الأبعاد - انظر الشكل 2.
لنفترض أن الجسم هو شكل ثنائي الأبعاد (تصميم معين مقطوع من الورق أو مادة أخرى)، وهذا التصميم ينزلق على طول سطح يشبه القمع (مثل ذلك الذي لدينا في حوض الاستحمام عندما يتدفق الماء إليه). علاوة على ذلك، ينزلق رسمنا في اتجاه عنق القمع بحيث يتم الضغط عليه على سطح القمع بسطحه بالكامل. ومن الواضح أنه مع اقتراب التصميم من الرقبة، يزداد انحناء سطح القمع، ويبدأ سطح التصميم في التشوه بما يتناسب مع شكل القمع في مكان معين في التصميم. رسمنا (على الرغم من أنه ورق)، تمامًا مثل أي جسم مادي، له خصائص مرنة تمنع تشوهه.
وفي الوقت نفسه، فإن مادة التصميم لها تأثير مادي على المادة التي يصنع منها القمع. يمكننا القول إن كلا من القمع والرسم يؤثران على بعضهما البعض بقوى مرنة.
1. أن يكون الرسم مشوهاً لدرجة أنه سينزلق عبر القمع، وفي هذه الحالة قد ينهار (يتمزق).
2. لم يتشوه النموذج والقمع بدرجة كافية حتى يتسنى للنموذج أن ينزلق من خلاله (ولهذا، يجب أن يكون النموذج كبيرًا بما يكفي وقويًا بدرجة كافية). ثم يعلق الرسم في القمع ويسد رقبته أمام الأجسام الأخرى.
3. الرسم (بتعبير أدق، مادة الرسم) سوف يدمر (يمزق) مادة القمع، أي. سيتم تدمير مثل هذا الثقب الدودي ثنائي الأبعاد.
4. سوف ينزلق الرسم عبر عنق القمع (ربما يلمسه بحافته). لكن هذا لن يحدث إلا إذا لم تركز تصميمك بدقة كافية على اتجاه خط العنق.
نفس الخيارات الأربعة ممكنة أيضًا لسقوط الأجسام المادية ثلاثية الأبعاد في الثقوب الدودية ثلاثية الأبعاد. هذه هي الطريقة الوهمية، باستخدام نماذج الألعاب كمثال، حاولت وصف الثقب الدودي على شكل نفق بدون جدران.
في حالة وجود ثقب دودي ثلاثي الأبعاد (في فضائنا)، يتم استبدال القوى المرنة لمادة القمع، التي تمت مناقشتها في القسم السابق، بقوى المد والجزر الجاذبية - وهي نفس القوى التي تسبب المد والجزر على الأرض تحت تأثير المد والجزر. تأثير و.
في الثقوب الدودية والثقوب السوداء، يمكن أن تصل قوى المد والجزر إلى مستويات هائلة. إنها قادرة على تمزيق وتدمير أي أشياء أو مادة، وبالقرب من التفرد تصبح هذه القوى عمومًا لا نهائية! ومع ذلك، يمكننا أن نفترض نموذجًا للثقب الدودي تكون فيه قوى المد والجزر محدودة، وبالتالي، من الممكن للروبوت الخاص بنا (أو حتى الإنسان) المرور عبر هذا الثقب الدودي دون الإضرار به.
تنقسم قوى المد والجزر حسب تصنيف كيب ثورن إلى ثلاثة أنواع:
1. قوى ضغط المد والجزر
2. قوى المد والجزر لتشوه القص
3. قوى المد والجزر للتشوه الالتوائي
الشكل 3. (الشكل مأخوذ من تقرير كيب ثورن، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء 2017) يوجد على اليسار رسم توضيحي لعمل قوى ضغط التوتر والجزر. على اليمين يوجد رسم توضيحي لعمل قوى القص والالتواء المد والجزر.
على الرغم من أنه يمكن اختزال النوعين الأخيرين إلى نوع واحد - انظر الشكل 3.
4. النظرية النسبية العامة لأينشتاين
سأتحدث في هذا القسم عن الثقوب الدودية في إطار النظرية النسبية العامة التي وضعها أينشتاين. سأناقش الاختلافات عن الثقوب الدودية في نظريات الجاذبية الأخرى في قسم لاحق.
لماذا بدأت تفكيري بنظرية أينشتاين؟
تعتبر نظرية النسبية لأينشتاين حتى الآن أبسط وأجمل نظريات الجاذبية التي لم يتم دحضها: ولم تتمكن أي تجربة حتى الآن من دحضها. نتائج جميع التجارب تتفق معه تماما لمدة 100 عام !!! وفي الوقت نفسه، فإن النظرية النسبية معقدة للغاية من الناحية الرياضية.
لماذا هذه النظرية المعقدة؟
لأن جميع النظريات المتسقة الأخرى تبين أنها أكثر تعقيدًا ...
الشكل 4. (الرقم مأخوذ من كتاب أ.د. ليند "علم الكونيات التضخمي")
على اليسار يوجد نموذج لكون فوضوي ومتضخم ومتعدد العناصر بدون ثقوب دودية، وعلى اليمين هو نفسه، ولكن مع ثقوب دودية.
اليوم، يعتبر نموذج "التضخم الفوضوي" أساس علم الكونيات الحديث. ويعمل هذا النموذج في إطار نظرية أينشتاين ويفترض وجود (إلى جانب كوننا) عدد لا حصر له من الأكوان الأخرى التي تنشأ بعد «الانفجار الكبير»، وتشكل خلال «الانفجار» ما يسمى «رغوة الزمكان». إن اللحظات الأولى أثناء وبعد هذا "الانفجار" هي أساس نموذج "التضخم الفوضوي".
في هذه اللحظات، قد تظهر أنفاق الزمكان الأولية (الثقوب الدودية الأثرية)، والتي من المحتمل أن تستمر بعد التضخم. علاوة على ذلك، فإن هذه الثقوب الدودية الأثرية تربط مناطق مختلفة من عالمنا والأكوان الأخرى - انظر الشكل 4. تم اقتراح هذا النموذج من قبل مواطننا أندريه ليندي، الذي يعمل الآن أستاذًا في جامعة ستانفورد. يفتح هذا النموذج فرصة فريدة لدراسة الكون متعدد العناصر واكتشاف نوع جديد من الكائنات - مداخل الثقوب الدودية.
ما هي الشروط الضرورية لوجود الثقوب الدودية؟
تظهر دراسة نماذج الثقوب الدودية أن المادة الغريبة مطلوبة لوجودها المستقر في إطار النظرية النسبية. في بعض الأحيان تسمى هذه المادة أيضًا بالمادة الوهمية.
لماذا هناك حاجة لمثل هذه المسألة؟
كما كتبت أعلاه، هناك حاجة إلى جاذبية قوية لوجود الفضاء المنحني. في النظرية النسبية لأينشتاين، توجد الجاذبية والزمكان المنحني بشكل لا ينفصم عن بعضهما البعض. وبدون ما يكفي من المادة المركزة، يستقيم الفضاء المنحني وتشع طاقة هذه العملية إلى ما لا نهاية في شكل موجات جاذبية.
لكن الجاذبية القوية وحدها لا تكفي للوجود المستقر للثقب الدودي - وبهذه الطريقة لا يمكنك الحصول إلا على ثقب أسود و(نتيجة لذلك) أفق الحدث.
من أجل منع تشكيل أفق الحدث للثقب الأسود، هناك حاجة إلى المادة الوهمية. عادةً ما تعني المادة الغريبة أو الوهمية انتهاكًا لظروف الطاقة بسبب هذه المادة. هذا مفهوم رياضي بالفعل، لكن لا تنزعج - سأصفه بدون رياضيات. كما تعلم من دورة الفيزياء المدرسية، فإن كل جسم مادي صلب لديه قوى مرنة تقاوم تشوه هذا الجسم (كتبت عن هذا في القسم السابق). في الحالة الأكثر عمومية للمادة التعسفية (السائل والغاز وما إلى ذلك) نتحدث عن الضغط الجوهري للمادة، أو بشكل أكثر دقة عن اعتماد هذا الضغط على كثافة المادة.
يسمي الفيزيائيون هذه العلاقة بمعادلة حالة المادة.
لذلك، لكي يتم انتهاك شروط الطاقة للمادة، من الضروري أن يكون مجموع الضغط وكثافة الطاقة سالبًا (كثافة الطاقة هي كثافة الكتلة مضروبة في مربع سرعة الضوء).
ماذا يعني ذلك؟
حسنًا، أولاً، إذا نظرنا إلى الكتلة الموجبة، فلا بد أن يكون ضغط هذه المادة الوهمية سالبًا. وثانيًا، يجب أن يكون ضغط المادة الوهمية في المعامل كبيرًا بما يكفي ليعطي قيمة سالبة عند إضافتها إلى كثافة الطاقة.
هناك نسخة أكثر غرابة من المادة الوهمية: عندما نفكر على الفور في كثافة الكتلة السلبية ومن ثم فإن الضغط لا يلعب دورًا أساسيًا، ولكن المزيد عن ذلك لاحقًا.
والأكثر إثارة للدهشة هو حقيقة أن كثافة المادة (الطاقة) في النظرية النسبية تعتمد على الإطار المرجعي الذي نعتبرها فيه. بالنسبة للمادة الوهمية، يؤدي ذلك إلى وجود إطار مرجعي دائمًا (يتحرك نسبة إلى إطار المختبر بسرعة الضوء تقريبًا) تصبح فيه كثافة المادة الوهمية سالبة. ولهذا السبب، لا يوجد فرق جوهري للمادة الوهمية: سواء كانت كثافتها موجبة أم سالبة.
هل مثل هذه المسألة موجودة أصلاً؟
والآن حان الوقت لتذكر اكتشاف الطاقة المظلمة في علم الكونيات (لا تخلط بينه وبين مفهوم "المادة المظلمة" - فهذه مادة مختلفة تمامًا). تم اكتشاف الطاقة المظلمة في تسعينيات القرن الماضي، وكانت ضرورية لتفسير التوسع المتسارع الملحوظ للكون. نعم، نعم - الكون لا يتوسع فحسب، بل يتوسع مع التسارع.
7. كيف يمكن أن تتشكل الثقوب الدودية في الكون؟
تؤكد جميع النظريات المترية للجاذبية (ومن بينها نظرية أينشتاين) مبدأ الحفاظ على الطوبولوجيا. هذا يعني أنه إذا كان للثقب الدودي طوبولوجيا واحدة، فلن يتمكن مع مرور الوقت من الحصول على طوبولوجيا أخرى. وهذا يعني أيضًا أنه إذا كان الفضاء لا يحتوي على طوبولوجيا الحيد، فلن تتمكن الكائنات ذات طوبولوجيا الحيد من الظهور في نفس الفضاء.
لذلك، لا يمكن للثقوب الحلقية (الثقوب الدودية ذات طوبولوجيا الحيد) أن تظهر في الكون المتوسع ولا يمكن أن تختفي! أولئك. إذا تعطلت الطوبولوجيا أثناء "الانفجار الكبير" (لا يمكن وصف عملية "الانفجار الكبير" بنظرية مترية - على سبيل المثال، نظرية أينشتاين)، ففي اللحظات الأولى من الانفجار، في "الفضاء- رغوة زمنية" (كتبت عنها أعلاه - ثقوب حلقية، والتي يمكن أن تتحول بعد ذلك إلى ثقوب دودية غير سالكة بنفس طوبولوجيا الحيد، لكنها لن تكون قادرة على الاختفاء تمامًا بعد الآن - ولهذا السبب يطلق عليها اسم الثقوب الدودية الأثرية.
لكن الثقوب الدودية ذات طوبولوجيا الكرة في نظرية أينشتاين يمكن أن تظهر وتختفي (رغم أنه في اللغة الطوبولوجية الصارمة لن يكون هذا هو نفس طوبولوجيا الكرة كما هو الحال في الثقوب الدودية التي تربط أكوانًا مختلفة، لكنني لن أتعمق في هذه الأدغال الرياضية هنا ) . يمكنني مرة أخرى توضيح كيف يمكن أن يحدث تكوين الثقوب الدودية مع طوبولوجيا الكرة باستخدام مثال تشبيه ثنائي الأبعاد - انظر الأشكال رقم 5 - 7 في الشكل 1. مثل هذه الثقوب الدودية ثنائية الأبعاد يمكن أن "تنتفخ" مثل ثقب الطفل. كرة مطاطية في أي نقطة في "الكون" المطاطي المسطح. علاوة على ذلك، في عملية مثل هذا "التضخم" لا يتم انتهاك الطوبولوجيا في أي مكان - لا توجد فواصل في أي مكان. في الفضاء ثلاثي الأبعاد (المجال ثلاثي الأبعاد)، كل شيء يحدث عن طريق القياس - تمامًا كما وصفته أعلاه.
8. هل من الممكن صنع آلة الزمن من الثقب الدودي؟
من بين الأعمال الأدبية، يمكنك العثور على العديد من الروايات المختلفة حول آلة الزمن. ولسوء الحظ، فإن معظمها عبارة عن أساطير لا علاقة لها بما يسمى عادة بآلة الزمن في الفيزياء. لذلك في الفيزياء، تُسمى آلة الزمن عادةً بخطوط العالم المغلقة للأجسام المادية. ونعني بخط العالم مسار الجسم المرسوم ليس في الفضاء، بل في الزمكان!
علاوة على ذلك، يجب أن يكون لطول هذه الخطوط أبعاد عيانية. الشرط الأخير يرجع إلى حقيقة أنه في فيزياء الكم (في العالم الصغير) تعتبر خطوط العالم المغلق من الجسيمات أمرًا شائعًا. لكن العالم الكمي أمر مختلف تماما. فيه، على سبيل المثال، يوجد تأثير نفق الكم، والذي يسمح للجسيمات الدقيقة بالمرور عبر حاجز محتمل (من خلال جدار معتم). هل تتذكر البطل إيفانوشكا (الذي لعب دوره ألكسندر عبدوف) في فيلم "السحرة"، حيث سار عبر الحائط؟ إنها قصة خيالية بالطبع، ولكن من وجهة نظر علمية بحتة، فإن الجسم العياني الكبير لديه أيضًا إمكانية المرور عبر جدار (النفق الكمي).
لكن إذا حسبنا هذا الاحتمال، فسيتبين أنه صغير جدًا لدرجة أن العدد المطلوب من المحاولات (الذي يساوي واحدًا مقسومًا على هذا الاحتمال الضئيل) المطلوب لنجاح نفق الكم هو ما لا نهاية تقريبًا. وبشكل أكثر تحديدًا، يجب أن يتجاوز عدد هذه المحاولات عدد جميع الجسيمات الأولية في الكون!
هذا هو نفس الموقف تقريبًا مع محاولة إنشاء آلة زمنية من حلقة كمومية - وهو أمر لا يصدق تقريبًا.
لكننا سنعود أيضًا إلى مسألة إنشاء آلة زمنية باستخدام الثقب الدودي. ولهذا (كما قلت سابقًا) نحتاج إلى خطوط عالمية مغلقة. بالمناسبة، توجد مثل هذه الخطوط داخل الثقوب السوداء الدوارة. وبالمناسبة، فهي موجودة في بعض نماذج الكون الدوار (حل جودل).
لكن لكي تظهر مثل هذه الخطوط داخل الثقوب الدودية يجب توفر شرطين:
أولاً، يجب أن يكون الثقب الدودي ثقباً حلقياً، أي ثقباً حلقياً. ربط مناطق مختلفة من نفس الكون.
وثانيًا، يجب أن يدور هذا الثقب الدودي بسرعة كافية (في الاتجاه الصحيح).
وعبارة "سريع بما فيه الكفاية" هنا تعني أن سرعة المادة المتحركة فيه يجب أن تكون قريبة من سرعة الضوء.
هذا كل شئ؟ – تسأل هل سنتمكن من السفر إلى الماضي والعودة؟ لا يستطيع الفيزيائيون اليوم الإجابة على هذا السؤال بشكل صحيح رياضيًا. الحقيقة هي أن النموذج الرياضي الذي يجب حسابه معقد للغاية لدرجة أنه من المستحيل بناء حل تحليلي. علاوة على ذلك: لا يوجد اليوم حل تحليلي واحد للثقوب الحلقية - لا يوجد سوى حسابات رقمية تقريبية يتم إجراؤها على أجهزة الكمبيوتر.
رأيي الشخصي هو أنه حتى لو كان من الممكن الحصول على خط عالمي مغلق، فسيتم تدميره بواسطة المادة (التي ستتحرك على طول هذه الحلقة) حتى قبل إغلاق الحلقة. أولئك. آلة الزمن مستحيلة، وإلا فيمكننا العودة بالزمن، على سبيل المثال، قتل جدتنا هناك حتى قبل ولادة أطفالها - وهو تناقض واضح في المنطق. أولئك. من الممكن الحصول فقط على الحلقات الزمنية التي لا يمكنها التأثير على ماضينا. لنفس السبب المنطقي، لن نتمكن من النظر إلى المستقبل بينما نبقى في الحاضر. لا يمكننا أن ننتقل بالكامل إلا إلى المستقبل، وسيكون من المستحيل العودة منه إذا كنا قد دخلناه بالفعل. وإلا فإن علاقة السبب والنتيجة بين الأحداث سوف تنكسر (وفي رأيي هذا مستحيل).
9. الثقوب الدودية والحركة الدائمة
في الواقع، ليس للثقوب الدودية نفسها علاقة مباشرة بالحركة الدائمة، ولكن بمساعدة المادة الوهمية (الضرورية للوجود الثابت للثقب الدودي)، من حيث المبدأ، من الممكن إنشاء ما يسمى بآلة الحركة الدائمة من الدرجة الثالثة عطوف.
اسمحوا لي أن أذكركم بإحدى الخصائص المذهلة للمادة الوهمية (انظر أعلاه): يوجد دائمًا إطار مرجعي (يتحرك بالنسبة إلى إطار المختبر بسرعة الضوء تقريبًا) تصبح فيه كثافة المادة الوهمية سالبة. لنتخيل جسمًا ذو كتلة سالبة (مكونًا من مادة شبحية). ووفقا لقانون الجذب العام، سينجذب هذا الجسم إلى جسم عادي له كتلة موجبة. ومن ناحية أخرى، يجب على الجسم العادي أن يتنافر مع الجسم ذو الكتلة السالبة. إذا كانت الكتل المطلقة لهذه الأجسام هي نفسها، فإن الأجسام سوف "تطارد" بعضها البعض إلى ما لا نهاية.
يعتمد مبدأ تشغيل آلة الحركة الدائمة من النوع الثالث (نظريًا بحتًا) على هذا التأثير. إلا أن إمكانية استخلاص الطاقة (لاحتياجات الاقتصاد الوطني) من هذا المبدأ لم يتم إثباتها بشكل صارم حتى الآن سواء رياضياً أو فيزيائياً (رغم أن هذه المحاولات جرت عدة مرات).
علاوة على ذلك فإن العلماء لم ولن يؤمنوا بإمكانية خلق آلة ذات حركة أبدية، وهذه هي الحجة الأساسية ضد وجود المادة الوهمية وضد الثقوب الدودية... وأنا شخصياً لا أؤمن أيضاً بإمكانية خلق آلة دائمة الحركة، ولكنني أعترف بإمكانية وجود أنواع معينة من المادة الوهمية في الطبيعة.
10. العلاقة بين الثقوب الدودية والثقوب السوداء
كما كتبت أعلاه، فإن أول بقايا الثقوب الدودية التي كان من الممكن أن تتشكل في الكون بعد "الانفجار الكبير" يمكن أن يتبين في النهاية أنها غير قابلة للعبور. أولئك. المرور من خلالهم مستحيل. من الناحية الرياضية، هذا يعني أن "أفق الاصطياد" يظهر عند الثقب الدودي، ويسمى أحيانًا أيضًا أفق الرؤية الشبيه بالفضاء. حتى الضوء لا يمكنه الإفلات من تحت الأفق المحصور، وكذلك الأمر بالنسبة للمواد الأخرى.
قد تسأل: "ماذا، الآفاق مختلفة؟" نعم، هناك عدة أنواع من الآفاق في نظريات الجاذبية، وعندما يقولون إن للثقب الأسود أفقًا، فإنهم عادةً ما يقصدون أفق الحدث.
سأقول المزيد: يجب أن يكون للثقب الدودي أيضًا أفق، ويسمى هذا الأفق بأفق الرؤية، وهناك أيضًا عدة أنواع من هذه الآفاق. لكنني لن أخوض في ذلك هنا.
وبالتالي، إذا كان الثقب الدودي غير سالك، فمن المستحيل تقريبًا تمييزه عن الثقب الأسود ظاهريًا. العلامة الوحيدة لمثل هذا الثقب الدودي لا يمكن أن تكون إلا مجالًا مغناطيسيًا أحادي القطب (على الرغم من أن الثقب الدودي قد لا يحتوي عليه على الإطلاق).
وعبارة "المجال الحصري" تعني أن المجال يخرج مباشرة من الثقب الدودي في اتجاه واحد، أي في اتجاه واحد. إما أن يخرج الحقل من الثقب الدودي من جميع الجهات (مثل إبر القنفذ)، أو يدخل إليه من جميع الجهات - انظر الشكل 6.
إن وجود مجال مغناطيسي أحادي القطب في الثقب الأسود محظور بموجب ما يسمى بنظرية “غياب الشعر في الثقب الأسود”.
بالنسبة للمجال الكهربائي أحادي القطب، تعني هذه الخاصية عادةً وجود شحنة كهربائية داخل السطح الذي يدخل (أو يخرج) من تحته المجال. لكن لم يتم العثور على شحنات مغناطيسية في الطبيعة، لذلك إذا دخل الحقل إلى الثقب الدودي عند أحد المدخلات، فيجب أن يتركه عند المدخل الآخر للثقب الدودي (أو العكس). وبالتالي، من الممكن تطبيق مفهوم مثير للاهتمام في الفيزياء النظرية، ويسمى هذا المفهوم "الشحنة بدون شحنة".
هذا يعني أن الثقب الدودي المغناطيسي عند كل مدخل من مدخلاته سيبدو كشحنة مغناطيسية، لكن شحنات المدخلات معاكسة (+ و -) وبالتالي فإن الشحنة الإجمالية لمدخلات الثقب الدودي هي صفر. في الواقع، لا ينبغي أن يكون هناك أي شحنات مغناطيسية، كل ما في الأمر هو أن المجال المغناطيسي الخارجي يتصرف كما لو كان هناك - انظر الشكل 6.
تتمتع الثقوب الدودية القابلة للمرور بخصائصها المميزة التي يمكن استخدامها لتمييزها عن الثقوب السوداء، وسأكتب عن هذا في القسم التالي.
إذا كان الثقب الدودي غير قابل للعبور، فيمكن جعله سالكًا باستخدام المادة الوهمية. أي أننا إذا "سقينا" ثقبًا دوديًا غير سالك بمادة شبحية من أحد مداخله، فإنه سيصبح صالحًا للمرور من المدخل المقابل، والعكس صحيح. صحيح أن السؤال الذي يطرح نفسه ويبقى: كيف يمكن للمسافر (الذي يريد المرور عبر ثقب دودي غير سالك) أن يخبر مساعده عند مدخل الثقب الدودي المقابل له (المغلق عنه بالأفق) أنه (المسافر) قريب بالفعل مدخله وحان الوقت للبدء في "سقي" المدخل المقابل بالمادة الوهمية، ليصبح الثقب الدودي شبه قابل للمرور في الاتجاه الذي يرغب فيه المسافر.
وبالتالي، لكي يصبح الثقب الدودي غير سالك صالحًا تمامًا للمرور، يجب أن يتم "سقيه" بالمادة الوهمية من كلا مدخليه في وقت واحد. علاوة على ذلك، يجب أن يكون هناك كمية كافية من المادة الوهمية؛ ما هو بالضبط سؤال صعب؛ لا يمكن إعطاء الإجابة عليه إلا من خلال حساب عددي دقيق لنموذج معين (تم حساب هذه النماذج بالفعل في المنشورات العلمية). في الفيزياء الفلكية، كان هناك تعبير مفاده أن المادة الوهمية فظيعة جدًا لدرجة أنها تذيب الثقوب السوداء في حد ذاتها! لكي نكون منصفين، ينبغي القول أن الثقب الأسود، بعد أن يذوب، لا يشكل بالضرورة ثقبًا دوديًا.
المادة العادية بكميات كافية، على العكس من ذلك، "تقفل" الثقب الدودي، أي. يجعلها غير سالكة. وبالتالي، يمكننا القول أنه بهذا المعنى، فإن التحويل المتبادل بين الثقوب السوداء والثقوب الدودية ممكن.
11. الثقوب السوداء والبيضاء كنوع من الثقوب الدودية
أفترض أنه حتى الآن كان لدى القارئ انطباع بأن الثقوب السوداء هي أجسام لا يمكن أن يخرج منها أي شيء (بما في ذلك الضوء). هذا ليس بيانا صحيحا تماما.
والحقيقة هي أنه في جميع الثقوب السوداء تقريبًا، فإن التفرد يصد المادة (والضوء) عندما يقترب منها كثيرًا (أسفل أفق الثقب الأسود بالفعل). الاستثناء الوحيد لهذه الظاهرة يمكن أن يكون ما يسمى بالثقوب السوداء شوارزشيلد، أي. تلك التي لا تدور وليس لها شحنة كهربائية. لكن لتشكل ثقب شوارزشيلد الأسود هذا، فإن المادة المكونة له تتطلب مثل هذه الشروط الأولية، التي يكون قياسها صفرًا على مجموعة جميع الشروط الأولية الممكنة!
بمعنى آخر، عندما يتشكل أي ثقب أسود، فإنه بالتأكيد سيكون له دوران (حتى لو كان صغيرًا جدًا) وستكون هناك بالتأكيد شحنة كهربائية (حتى لو كانت أولية)، أي. الثقب الأسود لن يكون شوارزشيلد. وفيما يلي سأسمي هذه الثقوب السوداء بأنها حقيقية. الثقوب السوداء الحقيقية لها تصنيفها الخاص: كير (للثقب الأسود الدوار)، ريزنر نوردستروم (للثقب الأسود المشحون)، وكير-نيومان (للثقب الأسود الدوار والمشحون).
ماذا يحدث للجسيم الذي يتنافر مع التفرد داخل ثقب أسود حقيقي؟
لن يتمكن الجسيم من العودة مرة أخرى - وهذا من شأنه أن يتعارض مع قوانين الفيزياء في الثقب الأسود، لأنه لقد سقط الجسيم بالفعل تحت أفق الحدث. ولكن اتضح أن الطوبولوجيا داخل الثقوب السوداء غير تافهة (معقدة). وهذا يؤدي إلى حقيقة أنه بعد الوقوع تحت أفق الثقب الأسود، يتم طرد كل المادة والجسيمات والضوء من خلال التفرد إلى كون آخر.
في الكون، حيث يطير كل هذا، هناك ثقب أبيض - منه تطير المادة (الجسيمات والضوء). لكن كل المعجزات لا تنتهي عند هذا الحد... فالحقيقة هي أنه في نفس المكان في الفضاء حيث يوجد هذا الثقب الأبيض (في كون آخر) يوجد أيضًا ثقب أسود.
المادة التي تسقط في ذلك الثقب الأسود (في كون آخر) تواجه عملية مماثلة وتطير إلى الكون التالي. وهكذا... علاوة على ذلك، فإن الحركة من كون إلى آخر ممكنة دائمًا فقط في اتجاه واحد: من الماضي إلى المستقبل (في الزمكان). ويرتبط هذا الاتجاه بعلاقة السبب والنتيجة بين الأحداث في أي زمان ومكان. وبحكم الفطرة السليمة والمنطق، يفترض العلماء أن العلاقة بين السبب والنتيجة لا ينبغي أبدا أن تنقطع.
قد يكون لدى القارئ سؤال منطقي: هل سيكون هناك بالضرورة ثقب أبيض في عالمنا - حيث يوجد بالفعل ثقب أسود، ومن أين يمكن أن تطير المادة إلينا من الكون السابق؟ بالنسبة للخبراء في طوبولوجيا الثقوب السوداء، هذا سؤال صعب والإجابة عليه هي "ليس دائمًا". ولكن، من حيث المبدأ، قد يكون هناك مثل هذا الموقف (عندما يكون الثقب الأسود في عالمنا هو أيضا ثقب أبيض من آخر - الكون السابق). لسوء الحظ، لا يمكننا حتى الآن الإجابة على السؤال - ما هو الوضع الأكثر احتمالا (ما إذا كان الثقب الأسود في عالمنا هو في نفس الوقت ثقب أبيض من الكون السابق أم لا).
لذا، فإن مثل هذه الأجسام - الثقوب السوداء والبيضاء - لها أيضًا اسم آخر: "الثقوب الدودية الديناميكية". يطلق عليها اسم ديناميكية لأنها تحتوي دائمًا على منطقة تحت أفق الثقب الأسود (تسمى هذه المنطقة بمنطقة T) حيث من المستحيل إنشاء إطار مرجعي جامد، وحيث تكون جميع الجسيمات أو المادة في مكانها الصحيح. استراحة. في المنطقة T، المادة لا تتحرك طوال الوقت فحسب، بل تتحرك بسرعات مختلفة طوال الوقت.
ولكن بين التفرد ومنطقة T في الثقوب السوداء الحقيقية، لا يزال هناك دائمًا مساحة ذات منطقة عادية، وتسمى هذه المنطقة بمنطقة R. على وجه الخصوص، يمتلك الفضاء الموجود خارج الثقب الأسود أيضًا خصائص المنطقة R. لذلك، فإن تنافر المادة من التفرد يحدث على وجه التحديد في منطقة R الداخلية.
الشكل 7. (اتخذ المؤلف مخطط كارتر-بنروز للثقب الأسود ريزنر-نوردستروم كأساس لهذا الشكل) يصور الشكل الموجود على اليسار مساحة ذات طوبولوجيا (معقدة) غير تافهة لأسود ريزنر-نوردستروم -والثقب الأبيض (مخطط كارتر-بنروز). على اليمين يوجد مرور جسيم عبر هذا الثقب الأبيض والأسود: خارج الدائرة السوداء توجد منطقة R الخارجية، بين الدائرتين الخضراء والسوداء توجد منطقة T، أسفل الدائرة الخضراء توجد منطقة R الداخلية. المنطقة والتفرد.
لهذه الأسباب، من المستحيل حساب وبناء مسار واحد لجسيم يعبر ثقبًا أبيض وأسود في كلا الكونين في وقت واحد. لمثل هذا البناء، من الضروري تقسيم المسار المطلوب إلى قسمين و"خياطة" هذه الأقسام معًا في منطقة R الداخلية (هناك فقط يمكن القيام بذلك) - انظر الشكل 7.
كما كتبت من قبل، يمكن لقوى المد والجزر أن تمزق المادة قبل أن تصل إلى كون آخر. علاوة على ذلك، داخل الثقب الأبيض والأسود، يتم تحقيق الحد الأقصى لقوى المد والجزر عند نقطة نصف القطر الأدنى (في منطقة R الداخلية). كلما كان الثقب الأسود الحقيقي أقرب في خصائصه إلى ثقب شوارزشيلد، كلما زادت هذه القوى في أقصى حدودها، وتضاءلت فرصة المادة للتغلب على الثقب الأسود والأبيض دون تدمير.
يتم تحديد خصائص الثقوب السوداء الحقيقية هذه من خلال قياس دورانها (هذا هو زخمها الزاوي مقسومًا على مربع كتلتها) وقياس شحنتها (هذا هو شحنتها مقسومًا على كتلتها). ولا يمكن أن تكون كل من هذه الخصائص (هذه القياسات) أكبر من واحدة بالنسبة للثقوب السوداء الحقيقية. لذلك، كلما زاد أي من هذه التدابير إلى واحد، كلما قلت قوى المد والجزر في مثل هذا الثقب الأسود عند أقصى حد لها، وكلما زادت فرص المادة (أو الشخص) للتغلب على مثل هذا الثقب الأسود والأبيض دون تدمير. علاوة على ذلك، بغض النظر عن مدى التناقض الذي يبدو عليه الأمر، كلما كان الثقب الأسود الحقيقي أثقل، كلما كانت قوى المد والجزر أقل في أقصى حد لها!
يحدث هذا لأن قوى المد والجزر ليست مجرد قوى جاذبية، بل هي تدرج لقوة الجاذبية (أي معدل تغير قوة الجاذبية). لذلك، كلما زاد حجم الثقب الأسود، كان تغير قوى الجاذبية فيه أبطأ (على الرغم من حقيقة أن قوى الجاذبية نفسها يمكن أن تكون هائلة). ولذلك فإن تدرج الجاذبية (أي قوى المد والجزر) سيكون أصغر في الثقوب السوداء الأكبر حجمًا.
على سبيل المثال، بالنسبة لثقب أسود كتلته عدة ملايين من كتلة الشمس (يوجد في مركز مجرتنا ثقب أسود كتلته ≈ 4.3 مليون كتلة شمسية)، فإن قوى المد والجزر في أفقه تكون صغيرة بما يكفي لشخص لأطير إلى هناك، وفي الوقت نفسه، لا شيء لم أكن لأشعر به لحظة مروره في الأفق. وفي الكون توجد أيضًا ثقوب سوداء أثقل بكثير - تبلغ كتلتها عدة مليارات من كتلة الشمس (كما هو الحال ، على سبيل المثال ، في الكوازار M87) ... سأشرح أن الكوازارات هي النوى النشطة (المتوهجة الزاهية) للمجرات البعيدة .
نظرًا لأنه، كما كتبت، لا يزال بإمكان المادة أو الضوء الطيران من كون إلى آخر عبر ثقب أبيض وأسود دون تدمير، فيمكن بحق تسمية مثل هذه الأشياء بنوع آخر من الثقوب الدودية بدون المادة الوهمية. علاوة على ذلك، فإن وجود هذا النوع المعين من الثقوب الدودية الديناميكية في الكون يمكن اعتباره مثبتًا عمليًا!
الفيديو الأصلي للمؤلف (من منشوره)، يوضح السقوط الحر الشعاعي لكرة غبار في ثقب أبيض وأسود (جميع جزيئات الغبار الموجودة على الكرة تتوهج باللون الأخضر الأحادي). نصف قطر أفق كوشي لثقب ريسنر-نوردستروم باللونين الأبيض والأسود أصغر مرتين من نصف قطر الأفق الخارجي. ويسقط الراصد أيضًا بشكل حر وقطريًا (متبعًا هذه الكرة)، ولكن من مسافة أكبر قليلًا.
في هذه الحالة، تصل الفوتونات الخضراء في البداية من حبيبات الغبار الكروية إلى الراصد مع تحول جاذبية أحمر (ثم بنفسجي). إذا بقي الراصد بلا حراك بالنسبة للثقب الأسود والأبيض، فبعد أن عبرت الكرة أفق الرؤية، سيصبح التحول الأحمر للفوتونات بالنسبة للراصد لا نهائيًا ولن يتمكن بعد الآن من ملاحظة مجال الغبار هذا. ولكن بفضل السقوط الحر للمراقب، يمكنه رؤية المجال طوال الوقت (إذا لم نأخذ في الاعتبار التحول الأحمر القوي للفوتونات) - بما في ذلك. واللحظات التي تعبر فيها الكرة كلا الأفقين، وأثناء عبور الراصد نفسه لهذه الآفاق، وحتى بعد مرور الكرة عبر عنق هذا الثقب الدودي الديناميكي (الثقب الأسود والأبيض) - وخروج ذرات الغبار إلى كون آخر .
يوجد أدناه مقياس نصف قطر للراصد (مميزة بعلامة صفراء)، ونقطة قشرة الغبار الأقرب إلى الراصد (مميزة بعلامة خضراء)، ونقطة قذيفة الغبار الأبعد عن الراصد التي تنطلق منها الفوتونات تعال إلى الراصد (معلم بعلامة بيضاء رفيعة)، وكذلك موقع الثقب الأسود الأفقي (علامة حمراء)، وأفق كوشي (علامة زرقاء)، ونقطة الحلق (علامة أرجوانية).
12. الكون المتعدد
عادة ما يتم تعريف مفهوم الكون المتعدد بالطوبولوجيا غير التافهة للفضاء المحيط بنا. علاوة على ذلك، وعلى النقيض من مفهوم "الأكوان المتعددة" في فيزياء الكم، فإنها تعني مقاييس مكانية كبيرة بما فيه الكفاية بحيث يمكن إهمال التأثيرات الكمومية بالكامل. ما هي طوبولوجيا غير تافهة؟ وسأشرح ذلك بأمثلة بسيطة. دعونا نتخيل كائنين مصبوبين من البلاستيسين: كوب عادي بمقبض وصحن لهذا الكأس.
دون تمزيق البلاستيسين ودون لصق الأسطح، ولكن فقط عن طريق التشوه البلاستيكي للبلاستيك، يمكن تحويل الصحن إلى كرة، لكن لا يمكن بأي حال من الأحوال أن يتحول إلى كوب أو دونات. أما بالنسبة للكوب، فالأمر على العكس من ذلك: بسبب مقبضه، لا يمكن تحويل الكوب إلى صحن أو إلى كرة، ولكن يمكن تحويله إلى كعكة دونات. تتوافق هذه الخصائص المشتركة بين الصحن والكرة مع طوبولوجياهما المشتركة - طوبولوجيا الكرة، والخصائص المشتركة للكوب والدونات - طوبولوجيا الحيد.
لذلك، تعتبر طوبولوجيا الكرة (الصحن والكرة) تافهة، والطوبولوجيا الأكثر تعقيدًا للطوق (الكوب والدونات) تعتبر غير تافهة، على الرغم من وجود أنواع أخرى أكثر تعقيدًا من غير -طوبولوجيا تافهة - وليس فقط طوبولوجيا الحيد. يتكون الكون من حولنا من ثلاثة أبعاد مكانية على الأقل (الطول والعرض والارتفاع) وأبعاد زمنية واحدة، ومن الواضح أن مفاهيم الطوبولوجيا قد انتقلت إلى عالمنا.
وبالتالي، إذا كان هناك كونان مختلفان لهما طوبولوجيا كروية متصلان بثقب دودي واحد فقط (دمبل)، فإن الكون الناتج سيكون له أيضًا طوبولوجيا تافهة للكرة. ولكن إذا تم ربط جزأين مختلفين من كون واحد ببعضهما البعض عن طريق ثقب دودي (وزن)، فإن مثل هذا الكون سيكون له طوبولوجيا طارية غير تافهة.
إذا كان هناك كونان مختلفان لهما طوبولوجيا كروية متصلان بواسطة ثقبين دوديين أو أكثر، فإن الكون الناتج سيكون له طوبولوجيا غير تافهة. سيكون لنظام الأكوان المتصلة بعدة ثقوب دودية أيضًا طوبولوجيا غير تافهة إذا كان هناك خط مغلق واحد على الأقل لا يمكن سحبه معًا إلى نقطة واحدة عن طريق أي تشوه سلس.
على الرغم من جاذبيتها، فإن الثقوب الدودية لها عيبان مهمان: فهي غير مستقرة، ووجودها يتطلب وجود مادة غريبة (أو شبحية). وإذا كان لا يزال من الممكن تحقيق استقرارها بشكل مصطنع، فإن العديد من العلماء ببساطة لا يؤمنون بإمكانية وجود المادة الوهمية. بناءً على ما سبق، قد يبدو أنه بدون الثقوب الدودية فإن وجود الكون المتعدد مستحيل. لكن اتضح أن الأمر ليس كذلك: فوجود ثقوب سوداء حقيقية يكفي لوجود الكون المتعدد.
كما قلت سابقًا، يوجد داخل كل الثقوب السوداء نقطة تفرد - وهي منطقة تصل فيها كثافة الطاقة والمادة إلى قيم لا نهائية. في جميع الثقوب السوداء تقريبًا، يقوم التفرد بصد المادة (والضوء) عندما يقترب منها كثيرًا (أسفل أفق الثقب الأسود بالفعل).
الاستثناء الوحيد لهذه الظاهرة يمكن أن يكون ما يسمى بثقوب شوارزشيلد السوداء، أي تلك التي لا تدور على الإطلاق والتي لا تحتوي على شحنة كهربائية. يمتلك ثقب شوارزشيلد الأسود طوبولوجيا تافهة. لكن لتكوين ثقب شوارزشيلد الأسود هذا، فإن المادة التي تشكله تتطلب مثل هذه الشروط الأولية، التي يكون قياسها صفرًا على مجموعة جميع الشروط الأولية الممكنة!
بمعنى آخر، عندما يتشكل أي ثقب أسود، فمن المؤكد أنه سيكون له دوران (حتى لو كان صغيرا جدا) وستكون هناك بالتأكيد شحنة كهربائية (حتى لو كانت أولية)، أي أن الثقب الأسود لن يكون شوارزشيلد. أنا أسمي هذه الثقوب السوداء حقيقية.
يتمتع ثقب شوارزشيلد الأسود بتفرد داخل كرة مركزية ذات مساحة متناهية الصغر. يمتلك الثقب الأسود الحقيقي متفردًا على حلقة تقع في المستوى الاستوائي تحت أفق الثقب الأسود. ومن الجدير بالذكر هنا أنه، على عكس ثقب شوارزشيلد الأسود، فإن الثقب الأسود الحقيقي ليس له أفق واحد، بل أفقان. علاوة على ذلك، بين هذه الآفاق تتغير العلامات الرياضية للمكان والزمان (رغم أن هذا لا يعني أن المكان والزمان نفسيهما يغيران الأماكن، كما يعتقد بعض العلماء).
ماذا سيحدث للجسيم الذي يتم صده بواسطة التفرد داخل ثقب أسود حقيقي (أسفل أفقه الداخلي بالفعل)؟ لن يتمكن الجسيم من العودة مرة أخرى: وهذا من شأنه أن يتعارض مع قوانين الفيزياء والسببية في الثقب الأسود، لأن الجسيم قد سقط بالفعل تحت أفق الحدث. وهذا يؤدي إلى حقيقة أنه بعد الوقوع تحت الأفق الداخلي لثقب أسود حقيقي، يتم طرد أي مادة أو جسيمات أو ضوء من خلال التفرد إلى كون آخر.
هذا لأنه، على عكس ثقوب شوارزشيلد السوداء، تبين أن الطوبولوجيا داخل الثقوب السوداء الحقيقية ليست تافهة. أليس هذا مذهلاً؟ حتى الدوران الطفيف للثقب الأسود يؤدي إلى تغيير جذري في خصائص طوبولوجيته! في الكون، حيث تطير المادة، يوجد ثقب أبيض - كل شيء يطير منه. لكن كل المعجزات لا تنتهي عند هذا الحد... فالحقيقة هي أنه في نفس المكان في الفضاء حيث يوجد هذا الثقب الأبيض، في كون آخر، يوجد أيضًا ثقب أسود. المادة التي تسقط في ذلك الثقب الأسود في كون آخر تخضع لعملية مماثلة وتطير إلى الكون التالي، وهكذا.
علاوة على ذلك، فإن الحركة من كون إلى آخر ممكنة دائمًا في اتجاه واحد فقط - من الماضي إلى المستقبل (في الزمكان). ويرتبط هذا الاتجاه بعلاقة السبب والنتيجة بين الأحداث في أي زمان ومكان. وبحكم الفطرة السليمة والمنطق، يفترض العلماء أن العلاقة بين السبب والنتيجة لا ينبغي أبدا أن تنقطع. عادةً ما يُطلق على مثل هذا الجسم اسم ثقب أبيض وأسود (وبهذا المعنى، يمكن أن يُطلق على الثقب الدودي اسم ثقب أبيض وأبيض). هذا هو الكون المتعدد، الذي يوجد بفضل وجود ثقوب سوداء حقيقية، ووجود الثقوب الدودية والمادة الوهمية ليس ضروريا لوجوده.
أفترض أنه سيكون من الصعب على معظم القراء أن يتخيلوا أنه في نفس المنطقة من الفضاء (داخل نفس المجال الذي له نصف قطر أفق الثقب الأسود) سيكون هناك جسمين مختلفين جذريًا: ثقب أسود وثقب أبيض. ولكن رياضيا يمكن إثبات ذلك بدقة تامة.
أدعو القارئ إلى تخيل نموذج بسيط: مدخل (وخروج) مبنى بباب دوار. هذا الباب يمكن أن يدور في اتجاه واحد فقط. داخل المبنى، يتم فصل المدخل والخروج بالقرب من هذا الباب بواسطة بوابات دوارة، مما يسمح للزوار بالمرور في اتجاه واحد فقط (الدخول أو الخروج)، أما خارج المبنى فلا توجد بوابات دوارة. لنتخيل أن هذه البوابات الدوارة داخل المبنى تقسم المبنى بأكمله إلى قسمين: الكون رقم 1 للخروج من المبنى والكون رقم 3 للدخول إليه، وخارج المبنى يوجد الكون رقم 2 - وهو الكون الذي فيه أنت و أعيش. داخل المبنى، تسمح البوابات الدوارة أيضًا بالحركة في الاتجاه من رقم 1 إلى رقم 3 فقط. يوضح هذا النموذج البسيط جيدًا عمل الثقب الأبيض والأسود ويوضح أنه خارج المبنى، يمكن للزوار الداخلين والخارجين أن يصطدموا ببعضهم البعض، ولكن داخل المبنى لا يمكنهم ذلك بسبب أحادية الاتجاه للحركة (تمامًا مثل جزيئات المادة). المادة في الأكوان المقابلة).
في الواقع، فإن الظواهر التي تصاحب المادة أثناء هذا الطرد إلى كون آخر هي عمليات معقدة للغاية. يبدأ الدور الرئيسي فيها من قبل قوى المد والجزر الجاذبية، والتي كتبت عنها أعلاه. ومع ذلك، إذا كانت المادة التي تدخل داخل الثقب الأسود لا تصل إلى نقطة التفرد، فإن قوى المد المؤثرة عليه تظل دائمًا محدودة، وبالتالي، يتبين أنه من الممكن بشكل أساسي للروبوت (أو حتى الشخص) المرور عبره مثل هذا الثقب بالأبيض والأسود دون الإضرار به. علاوة على ذلك، كلما كان الثقب الأسود أكبر وأكثر ضخامة، كلما كانت قوى المد والجزر أصغر.
قد يكون لدى القارئ سؤال منطقي: هل سيكون هناك بالضرورة ثقب أبيض في كوننا، حيث يوجد بالفعل ثقب أسود، ومن أين يمكن أن تطير المادة من الكون السابق إلينا؟ بالنسبة للخبراء في طوبولوجيا الثقب الأسود، هذا سؤال صعب، والإجابة هي "ليس دائمًا". ولكن، من حيث المبدأ، قد يكون هناك مثل هذا الموقف - عندما يكون الثقب الأسود في كوننا هو أيضا ثقب أبيض من كون سابق آخر. أجب عن السؤال "ما هو الوضع الأكثر احتمالا؟" (سواء كان الثقب الأسود الموجود في كوننا هو أيضًا ثقب أبيض من الكون السابق أم لا)، فإننا للأسف لا نستطيع ذلك بعد.
بالطبع، اليوم وفي المستقبل القريب لن يكون من الممكن تقنيًا إرسال حتى روبوت إلى ثقب أسود، لكن بعض التأثيرات الفيزيائية والظواهر المميزة للثقوب الدودية والثقوب السوداء والبيضاء لها خصائص فريدة من نوعها حتى أن علم الفلك الرصدي اليوم لديه الاقتراب من اكتشافها، وبالتالي اكتشاف مثل هذه الأشياء.
13. كيف ينبغي أن يبدو الثقب الدودي من خلال تلسكوب قوي
كما كتبت بالفعل، إذا كان الثقب الدودي غير قابل للعبور، فسيكون من الصعب للغاية تمييزه عن الثقب الأسود. ولكن إذا كان مقبولا، فمن خلاله يمكنك مراقبة الأشياء والنجوم في عالم آخر.
الشكل 9. (الرسم الأصلي للمؤلف)
تُظهر اللوحة اليسرى قسمًا من السماء المرصعة بالنجوم تم رصده من خلال ثقب دائري في نفس الكون (مليون نجم متطابق وموزع بالتساوي). تُظهر اللوحة الوسطى السماء المرصعة بالنجوم لكون آخر، ويمكن رؤيتها من خلال ثقب دودي ثابت (مليون صورة مختلفة من 210.069 نجمًا متطابقًا وموزعًا بالتساوي في كون آخر). تُظهر اللوحة اليمنى السماء المرصعة بالنجوم لكون آخر كما تُرى من خلال ثقب أبيض وأسود (مليون صورة مختلفة من 58892 نجمًا متطابقًا وموزعًا بالتساوي في كون آخر).
لنفكر في أبسط نموذج (افتراضي) للسماء المرصعة بالنجوم: هناك عدد لا بأس به من النجوم المتطابقة في السماء، وكل هذه النجوم موزعة بالتساوي عبر الكرة السماوية. ثم ستكون صورة هذه السماء التي يتم ملاحظتها من خلال ثقب دائري في نفس الكون كما هو موضح في اللوحة اليسرى من الشكل 9. تُظهر هذه اللوحة اليسرى مليون نجم متطابق ومتباعد بشكل متساوٍ، لذا تبدو الصورة وكأنها فقاعة دائرية موحدة تقريبًا.
إذا رصدنا نفس السماء المرصعة بالنجوم (في كون آخر) من خلال عنق الثقب الدودي (من كوننا)، فستبدو صورة صور هذه النجوم تقريبًا كما هو موضح في
السفر عبر المكان والزمان ممكن ليس فقط في أفلام الخيال العلمي وكتب الخيال العلمي، بل أكثر من ذلك بقليل ويمكن أن يصبح حقيقة. يعمل العديد من المتخصصين المشهورين والمحترمين على دراسة ظواهر مثل الثقوب الدودية وأنفاق الزمكان.
الثقب الدودي، كما عرفه الفيزيائي إريك ديفيس، هو نوع من النفق الكوني، ويسمى أيضًا الحلق، يربط بين منطقتين متباعدتين في الكون أو كونين مختلفين - في حالة وجود أكوان أخرى - أو فترتين زمنيتين مختلفتين، أو أبعاد مكانية مختلفة. . وعلى الرغم من عدم إثبات وجودها، فإن العلماء يفكرون جديًا في كل الطرق الممكنة لاستخدام الثقوب الدودية القابلة للعبور، في حالة وجودها، لتغطية المسافات بسرعة الضوء، وحتى السفر عبر الزمن.
قبل استخدام الثقوب الدودية، يحتاج العلماء إلى العثور عليها. اليوم، لسوء الحظ، لم يتم العثور على أي دليل على وجود الثقوب الدودية. ولكن إذا كانت موجودة بالفعل، فقد لا يكون موقعها صعبًا كما يبدو للوهلة الأولى.
ما هي الثقوب الدودية؟
اليوم، هناك العديد من النظريات حول أصل الثقوب الدودية. كان عالم الرياضيات لودفيج فلام، الذي استخدم معادلات ألبرت أينشتاين النسبية، أول من صاغ مصطلح "الثقب الدودي"، واصفًا العملية التي يمكن فيها للجاذبية ثني الفضاء الزمني المرتبط بنسيج الواقع المادي، مما يؤدي إلى تكوين نفق الزمكان. .
ويشير علي إيفجون، من جامعة شرق البحر الأبيض المتوسط في قبرص، إلى أن الثقوب الدودية تنشأ في مناطق ذات تراكم كثيف للمادة المظلمة. ووفقا لهذه النظرية، يمكن أن توجد الثقوب الدودية في المناطق الخارجية من مجرة درب التبانة، حيث توجد المادة المظلمة، وداخل المجرات الأخرى. رياضياً، استطاع أن يثبت أن هناك كل الشروط اللازمة لتأكيد هذه النظرية.
وقال علي إيفغون: "في المستقبل، سيكون من الممكن مراقبة تجارب مماثلة بشكل غير مباشر، كما هو موضح في فيلم Interstellar".
استنتج ثورن وعدد من العلماء الآخرين أنه حتى لو تشكلت بعض الثقوب الدودية بسبب العوامل الضرورية، فمن المرجح أن تنهار قبل مرور أي جسم أو شخص عبرها. ومن أجل إبقاء الثقب الدودي مفتوحًا لفترة كافية، ستكون هناك حاجة إلى كمية كبيرة مما يسمى "المادة الغريبة". أحد أشكال "المادة الغريبة" الطبيعية هي الطاقة المظلمة، ويشرح ديفيس عملها بهذه الطريقة: "الضغط تحت الضغط الجوي يخلق قوة طاردة للجاذبية، والتي بدورها تدفع الجزء الداخلي من كوننا إلى الخارج، مما ينتج عنه التوسع التضخمي للكون". كون."
إن المواد الغريبة مثل المادة المظلمة أكثر وفرة في الكون بخمس مرات من المادة العادية. حتى الآن، لم يتمكن العلماء من اكتشاف مجموعات من المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة، لذا فإن الكثير من خصائصها غير معروفة. ودراسة خصائصها تتم من خلال دراسة المساحة المحيطة بها.
من خلال ثقب دودي عبر الزمن - حقيقة؟
تحظى فكرة السفر عبر الزمن بشعبية كبيرة ليس فقط بين الباحثين. تعتمد نظرية الثقوب الدودية على رحلة أليس عبر المرآة في رواية لويس كارول التي تحمل نفس الاسم. ما هو نفق الزمكان؟ يجب أن تكون منطقة الفضاء في أقصى نهاية النفق بارزة عن المنطقة المحيطة بالمدخل بسبب التشوهات المشابهة للانعكاسات في المرايا المنحنية. علامة أخرى يمكن أن تكون الحركة المركزة للضوء الموجهة عبر نفق الثقب الدودي بواسطة التيارات الهوائية. يطلق ديفيس على هذه الظاهرة في الطرف الأمامي من الثقب الدودي اسم "تأثير قوس قزح الكاوي". يمكن رؤية مثل هذه التأثيرات من مسافة بعيدة. وقال ديفيس: "يخطط علماء الفلك لاستخدام التلسكوبات للبحث عن ظواهر قوس قزح هذه، بحثًا عن ثقب دودي طبيعي أو حتى غير طبيعي يمكن عبوره". "لم أسمع قط أن المشروع قد بدأ بالفعل."
كجزء من بحثه في الثقوب الدودية، وضع ثورن نظرية مفادها أنه يمكن استخدام الثقب الدودي كآلة زمنية. غالبًا ما تواجه التجارب الفكرية التي تتضمن السفر عبر الزمن مفارقات. ولعل أشهرها مفارقة الجد: إذا عاد الباحث بالزمن إلى الوراء وقتل جده، فإن هذا الشخص لن يتمكن من أن يولد، وبالتالي لن يعود الزمن إلى الوراء أبداً. وبينما قد يُفترض أنه لا توجد طريقة للعودة إلى السفر عبر الزمن، قال ديفيس إن عمل ثورن فتح إمكانيات جديدة أمام العلماء لاستكشافها.
الرابط الوهمي: الثقوب الدودية وعالم الكم
وقال ديفيس: "لقد نشأت الصناعة المنزلية بأكملها للفيزياء النظرية من النظريات التي أدت إلى تطوير تقنيات الزمكان الأخرى التي تنتج الأسباب الموصوفة لمفارقات آلة الزمن". على الرغم من كل شيء، فإن إمكانية استخدام الثقب الدودي للسفر عبر الزمن تجذب عشاق الخيال العلمي وأولئك الذين يريدون تغيير ماضيهم. يعتقد ديفيس، استنادًا إلى النظريات الحالية، أنه من أجل صنع آلة زمنية من الثقب الدودي، يجب تسريع التدفقات في أحد طرفي النفق أو كليهما إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء.
وقال ديفيس: "بناء على ذلك، سيكون من الصعب للغاية بناء آلة زمنية تعتمد على الثقب الدودي، وبالمقارنة، سيكون من الأسهل بكثير استخدام الثقوب الدودية للسفر بين النجوم في الفضاء".
اقترح فيزيائيون آخرون أن السفر عبر الزمن عبر الثقب الدودي يمكن أن يتسبب في تراكم هائل للطاقة من شأنه أن يدمر النفق قبل أن يمكن استخدامه كآلة زمنية، وهي عملية تعرف باسم رد الفعل الكمي. ومع ذلك، لا يزال الحلم بإمكانية وجود الثقوب الدودية أمرًا ممتعًا. قال ديفيس: "فكر في كل الاحتمالات التي قد يمتلكها الناس إذا اكتشفوا طريقة للقيام بما يمكنهم فعله إذا تمكنوا من السفر عبر الزمن؟". "مغامراتهم ستكون مثيرة للاهتمام للغاية، على أقل تقدير."
أكثر مقالات مذهلة
تُظهر الصورة الملتقطة من محطة الفضاء الدولية خطوطًا برتقالية من الوهج الهوائي في الغلاف الجوي للأرض. تجربة الموجات الجوية الجديدة التابعة لناسا سترصد هذه الظاهرة من محطة مدارية إلى...
وقعت وكالة الفضاء الروسية روسكوزموس اتفاقية مع شركة السياحة الفضائية الأمريكية Space Adventures لنقل راكبين إلى محطة الفضاء الدولية في عام 2021. على عكس عمليات الإطلاق السابقة، سيذهب هذان السائحان...
يعتقد الباحثون أن كتلًا صغيرة من هواء الأرض تهرب إلى الفضاء السحيق بعيدًا عن مدار القمر. وتبين أن جيوكورونا الأرض (سحابة صغيرة من ذرات الهيدروجين) تمتد لمسافة 630 ألف كيلومتر في الفضاء. حتى تفهم يا ل...
ويعتقد الباحثون الذين يدرسون تأثير الرياح الشمسية على سطح القمر أن هذا الاتصال يمكن أن يخلق المكون الأساسي للمياه، ولا يمكن للبشرية البقاء على قيد الحياة بدون الماء، لذلك هناك مشكلة خطيرة تتعلق بتغير المناخ على المدى الطويل.
بعد عام في الفضاء، أطلق الجهاز المناعي لرائد الفضاء سكوت كيلي ناقوس الخطر. ولاحظ الباحثون أيضًا أن بعض جيناته قد تغير نشاطها. تم الاستشهاد بالدراسات عند مقارنة الأداء مع أخيه التوأم...
علماء الفيزياء الفلكية متأكدون: هناك أنفاق في الفضاء يمكنك من خلالها الانتقال إلى أكوان أخرى وحتى إلى أزمنة أخرى. من المفترض أنها تشكلت عندما كان الكون في بدايته للتو. عندما، كما يقول العلماء، الفضاء "مغلي" ومنحني.
أُطلق على "آلات الزمن" الكونية هذه اسم "الثقوب الدودية". يختلف "الثقب" عن الثقب الأسود من حيث أنه لا يمكنك الوصول إلى هناك فحسب، بل يمكنك أيضًا العودة إليه. آلة الزمن موجودة. وهذا لم يعد بيانًا لكتاب الخيال العلمي - أربع صيغ رياضية تثبت نظريًا حتى الآن أنه يمكنك الانتقال إلى المستقبل وإلى الماضي.
ونموذج الكمبيوتر. هذا هو ما يجب أن تبدو عليه "آلة الزمن" في الفضاء تقريبًا: ثقبان في المكان والزمان متصلان بممر.
"في هذه الحالة نحن نتحدث عن أشياء غير عادية للغاية تم اكتشافها في نظرية أينشتاين. "وفقًا لهذه النظرية، في مجال قوي جدًا، ينحني الفضاء، والزمن إما يلتوي أو يتباطأ، وهذه خصائص رائعة"، يوضح إيغور نوفيكوف، نائب مدير مركز الفضاء الفلكي التابع لمعهد ليبيديف الفيزيائي.
يطلق العلماء على مثل هذه الأجسام غير العادية اسم "الثقوب الدودية". وهذا ليس اختراعًا بشريًا على الإطلاق؛ فحتى الآن الطبيعة وحدها هي القادرة على إنشاء آلة الزمن. اليوم، أثبت علماء الفيزياء الفلكية بشكل افتراضي فقط وجود "الثقوب الدودية" في الكون. إنها مسألة ممارسة.
يعد البحث عن الثقوب الدودية إحدى المهام الرئيسية لعلم الفلك الحديث. "لقد بدأوا الحديث عن الثقوب السوداء في مكان ما في أواخر الستينيات، وعندما قدموا هذه التقارير، بدا الأمر وكأنه خيال علمي. يقول أناتولي تشيرباششوك، مدير المعهد الفلكي بجامعة موسكو الحكومية الذي يحمل اسم ستيرنبرغ: "بدا للجميع أن هذا كان خيالًا مطلقًا - والآن أصبح على شفاه الجميع". - أصبحت "الثقوب الدودية" الآن خيالًا علميًا أيضًا، ومع ذلك تتنبأ النظرية بوجود "الثقوب الدودية". أنا متفائل وأعتقد أن الثقوب الدودية سيتم فتحها يومًا ما.
تنتمي "الثقوب الدودية" إلى ظاهرة غامضة مثل "الطاقة المظلمة"، والتي تشكل 70 بالمائة من الكون. "لقد تم الآن اكتشاف الطاقة المظلمة، وهي عبارة عن فراغ له ضغط سلبي. ومن حيث المبدأ، يمكن أن تتشكل "الثقوب الدودية" من حالة الفراغ"، كما يقترح أناتولي تشيرباششوك. إحدى موائل "الثقوب الدودية" هي مراكز المجرات. لكن الشيء الرئيسي هنا هو عدم الخلط بينها وبين الثقوب السوداء، وهي أجسام ضخمة تقع أيضًا في مركز المجرات.
كتلتها مليارات من شموسنا. وفي الوقت نفسه، تتمتع الثقوب السوداء بقوة جاذبية قوية. إنها كبيرة جدًا لدرجة أنه حتى الضوء لا يمكنه الهروب منها، لذلك من المستحيل رؤيتها بالتلسكوب العادي. قوة الجاذبية للثقوب الدودية هائلة أيضًا، ولكن إذا نظرت داخل الثقب الدودي، يمكنك رؤية ضوء الماضي.
يقول إيغور نوفيكوف: “في مركز المجرات، في قلوبها، توجد أجسام مدمجة للغاية، هذه ثقوب سوداء، لكن من المفترض أن بعض هذه الثقوب السوداء ليست ثقوبًا سوداء على الإطلاق، بل هي مداخل لهذه “الثقوب الدودية”. . واليوم، تم اكتشاف أكثر من ثلاثمائة ثقب أسود.
من الأرض إلى مركز مجرتنا درب التبانة 25 ألف سنة ضوئية. وإذا تبين أن هذا الثقب الأسود هو "ثقب دودي"، أي ممر للسفر عبر الزمن، فسيتعين على البشرية أن تطير وتطير إليه.