الثقب الدودي: التاريخ ، النظرية ، الأنواع ، التكوين - آرتي - 2025

و الثقب ، والفيزياء الفلكية وعلم الكونيات، هو ممر يربط نقطتين في نسيج الزمكان. تمامًا كما ألهمت التفاحة المتساقطة نظرية الجاذبية لإسحاق نيوتن عام 1687 ، ألهمت الديدان التي تخترق التفاح نظريات جديدة ، أيضًا في إطار الجاذبية.

مثلما تمكنت الدودة من الوصول إلى نقطة أخرى على سطح التفاحة عبر نفق ، فإن الثقوب الدودية في الزمكان تشكل اختصارات نظرية تسمح لها بالسفر إلى أجزاء بعيدة من الكون في وقت أقل.

دودة الزمكان: رؤية فنية. المصدر: Pixabay.

إنها فكرة استحوذت ولا تزال تستحوذ على خيال الكثيرين. في غضون ذلك ، ينشغل علماء الكونيات بالبحث عن طرق لإثبات وجودها. لكن في الوقت الحالي لا يزالون موضع تكهنات.

للاقتراب قليلاً من فهم الثقوب الدودية ، وإمكانية السفر عبرها والاختلافات الموجودة بين الثقوب الدودية والثقوب السوداء ، يجب أن ننظر إلى مفهوم الزمكان.

ما هو الزمكان؟

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

الزمكان هو المكان الذي يحدث فيه كل حدث في الكون. والكون بدوره هو مجمل الزمكان ، قادر على إيواء جميع أشكال المادة والطاقة وأكثر من ذلك…

عندما يلتقي العريس بالعروس يكون ذلك حدثًا ، لكن هذا الحدث له إحداثيات مكانية: مكان الاجتماع. وتنسيق الوقت: السنة والشهر واليوم ووقت الاجتماع.

ولادة نجم أو انفجار سوبر نوفا هي أيضًا أحداث تحدث في الزمكان.

الآن ، في منطقة من الكون خالية من الكتلة والتفاعلات ، يكون الزمكان مسطحًا. هذا يعني أن شعاعين ضوئيين يبدآن بالتوازي يستمران هكذا ، طالما بقيا في تلك المنطقة. بالمناسبة ، بالنسبة لشعاع الضوء ، فإن الوقت أبدي.

بالطبع ، الزمكان ليس دائمًا مسطحًا. يحتوي الكون على كائنات لها كتلة تعمل على تعديل الزمكان ، مما يتسبب في انحناء الزمكان على نطاق عالمي.

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

والمراقب المتسارع ينحني 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 ، ينحني الزمكان.

ينظر البشر إلى هذا الانحناء على أنه قوة تسمى الجاذبية ، كل يوم ولكنها غامضة في نفس الوقت.

الجاذبية غامضة مثل القوة التي تدفعنا للأمام عندما تضغط الحافلة التي نسافر فيها بحدة. يبدو الأمر كما لو أن شيئًا غير مرئي ، مظلم وضخم فجأة ، لبضع لحظات يتقدم ويجذبنا ، ويدفعنا فجأة إلى الأمام.

تتحرك الكواكب بشكل إهليلجي حول الشمس لأن كتلتها تنتج انخفاضًا في سطح الزمكان مما يتسبب في انحناء الكواكب لمساراتها. ينحني شعاع الضوء أيضًا مساره متبعًا انخفاض الزمكان الناتج عن الشمس.

الأنفاق عبر الفضاء - الزمان

إذا كان الزمكان سطحًا منحنيًا ، فلا شيء يمنع من حيث المبدأ منطقة من الاتصال بأخرى عبر نفق. السفر عبر هذا النفق لا يعني فقط تغيير الأماكن ، ولكنه يوفر أيضًا إمكانية الذهاب إلى وقت آخر.

ألهمت هذه الفكرة العديد من كتب الخيال العلمي والمسلسلات والأفلام ، بما في ذلك المسلسل الأمريكي الشهير "The Time Tunnel" في الستينيات ، ومؤخراً "Deep Space 9" من سلسلة Star Trek وفيلم Interstellar لعام 2014.

جاءت الفكرة من أينشتاين نفسه ، الذي بحث عن حلول للمعادلات الميدانية للنسبية العامة ، ووجد مع ناثان روزن حلاً نظريًا سمح بربط منطقتين مختلفتين من الزمكان عبر نفق يعمل كاختصار.

يُعرف هذا الحل باسم جسر أينشتاين - روزين ويظهر في عمل نُشر عام 1935.

ومع ذلك ، فقد تم استخدام مصطلح "الثقب الدودي" لأول مرة في عام 1957 ، وذلك بفضل الفيزيائيين النظريين جون ويلر وتشارلز ميسنر في منشور في ذلك العام. في السابق ، تم الحديث عن "الأنابيب أحادية البعد" للإشارة إلى نفس الفكرة.

لاحقًا في عام 1980 ، كان كارل ساجان يكتب رواية الخيال العلمي "الاتصال" ، وهو كتاب تم تحويله لاحقًا إلى فيلم. يكتشف البطل المسمى إيلي وجود حياة ذكية خارج كوكب الأرض على بعد 25 ألف سنة ضوئية. أراد كارل ساجان أن تسافر إيلي إلى هناك ، ولكن بطريقة ذات مصداقية علمية.

السفر على بعد 25 ألف سنة ضوئية ليس بالمهمة السهلة للإنسان ، ما لم يتم البحث عن طريق مختصر. لا يمكن أن يكون الثقب الأسود حلاً ، لأنه عند الاقتراب من التفرد ، فإن الجاذبية التفاضلية ستمزق المركبة الفضائية وطاقمها.

بحثًا عن احتمالات أخرى ، استشار كارل ساجان أحد الخبراء البارزين في مجال الثقوب السوداء في ذلك الوقت: كيب ثورن ، الذي بدأ يفكر في الأمر وأدرك أن جسور أينشتاين-روزن أو الثقوب الدودية كان ويلر هو الحل.

ومع ذلك ، أدرك ثورن أيضًا أن الحل الرياضي كان غير مستقر ، أي أن النفق ينفتح ، ولكن بعد فترة وجيزة يخنق ويختفي.

عدم استقرار الثقوب الدودية

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

منذ اختراعها ، خدمت الثقوب الدودية في العديد من مؤامرات الخيال العلمي لنقل أبطالها إلى أماكن نائية وتجربة مفارقات الزمن غير الخطي.

وجد Kip Thorne حلين محتملين لمشكلة عدم استقرار الثقب الدودي:

• من خلال ما يسمى بالرغوة الكمومية. على مقياس بلانك (10 ^-35 م) توجد تقلبات كمومية قادرة على ربط منطقتين من الزمكان من خلال القنوات الدقيقة. يمكن لحضارة افتراضية متقدمة جدًا أن تجد طريقة لتوسيع الممرات والاحتفاظ بها لفترة كافية لتمرير الإنسان.
• كتلة سلبية. وفقًا للتقديرات التي نشرها ثورن نفسه في عام 1990 ، ستكون هناك حاجة إلى كميات هائلة من هذه المادة الغريبة للحفاظ على نهايات الثقب الدودي مفتوحة.

الشيء اللافت في هذا الحل الأخير هو أنه على عكس الثقوب السوداء ، لا توجد ظاهرة فردية أو ظواهر كمية ، وسيكون مرور البشر عبر هذا النوع من الأنفاق أمرًا ممكنًا.

بهذه الطريقة ، لن تسمح الثقوب الدودية بتوصيل المناطق البعيدة في الفضاء فحسب ، بل ستسمح أيضًا بفصلها في الوقت المناسب. لذلك فهي آلات للسفر في الوقت المناسب.

لم يعتقد ستيفن هوكينج ، المرجع العظيم في علم الكونيات في نهاية القرن العشرين ، أن الثقوب الدودية أو آلات الزمن كانت ممكنة ، بسبب العديد من المفارقات والتناقضات التي تنشأ عنها.

لم يثبط هذا الأمر معنويات الباحثين الآخرين ، الذين اقترحوا إمكانية ارتباط ثقبين أسودين في مناطق مختلفة من الزمكان داخليًا بواسطة ثقب دودي.

على الرغم من أن هذا لن يكون عمليًا للسفر في الفضاء ، لأنه بصرف النظر عن المحن التي قد يجلبها دخول الثقب الأسود التفرد ، لن تكون هناك إمكانية للخروج من الطرف الآخر ، لأنه ثقب أسود آخر.

الاختلافات بين الثقوب السوداء والثقوب الدودية

عندما تتحدث عن ثقب دودي ، فإنك تفكر أيضًا على الفور في الثقوب السوداء.

يتكون الثقب الأسود بشكل طبيعي ، بعد تطور وموت نجم له كتلة حرجة معينة.

ينشأ بعد أن يستنفد النجم وقوده النووي ويبدأ في الانكماش بشكل لا رجعة فيه بسبب قوة الجاذبية الخاصة به. ويستمر بلا هوادة حتى يتسبب في حدوث مثل هذا الانهيار بحيث لا يتمكن أي شيء أقرب من نصف قطر أفق الحدث من الهروب ، ولا حتى الضوء.

بالمقارنة ، فإن الثقب الدودي هو حدث نادر الحدوث ، نتيجة شذوذ 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 الجوار القريب من التفرد ستحوله إلى خيط رفيع من الجسيمات دون الذرية.

هناك دليل غير مباشر ومؤخرًا فقط على وجود الثقوب السوداء. من بين هذه الأدلة انبعاث واكتشاف موجات الجاذبية من خلال جذب ودوران ثقبين أسودين ضخمين ، تم اكتشافهما بواسطة مرصد موجات الجاذبية LIGO.

هناك دليل على وجود ثقب أسود فائق الكتلة في مركز المجرات الكبيرة ، مثل مجرتنا درب التبانة.

إن الدوران السريع للنجوم بالقرب من المركز ، وكذلك الكمية الهائلة من الإشعاع عالي التردد الذي ينبعث من هناك ، دليل غير مباشر على وجود ثقب أسود ضخم يفسر وجود هذه الظواهر.

في 10 أبريل 2019 ، عُرض على العالم أول صورة لثقب أسود فائق الكتلة (7 مليارات ضعف كتلة الشمس) ، يقع في مجرة ​​بعيدة جدًا: ميسييه 87 في كوكبة العذراء ، عند 55 مليونًا. سنوات ضوئية من الأرض.

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

من ناحية أخرى ، لا يوجد دليل على وجود ثقوب دودية حتى الآن. تمكن العلماء من اكتشاف وتعقب الثقب الأسود ، لكن الشيء نفسه لم يكن ممكنًا مع الثقوب الدودية.

لذلك فهي كائنات افتراضية ، على الرغم من أنها ممكنة من الناحية النظرية ، حيث كانت الثقوب السوداء أيضًا ذات يوم.

تنوع / أنواع الثقوب الدودية

على الرغم من عدم اكتشافها بعد ، أو ربما بسبب ذلك تحديدًا ، فقد تم تخيل احتمالات مختلفة للثقوب الدودية. كلها مجدية من الناحية النظرية ، لأنها ترضي معادلات أينشتاين للنسبية العامة. هنا بعض:

• الثقوب الدودية التي تربط منطقتين من الزمكان من نفس الكون.
• الثقوب الدودية قادرة على ربط كون مع كون آخر.
• جسور أينشتاين-روزن ، حيث يمكن للمادة أن تنتقل من فتحة إلى أخرى. على الرغم من أن مرور المادة هذا قد يتسبب في عدم الاستقرار ، مما يتسبب في انهيار النفق على نفسه.
• ثقب دودي كيب ثورن ، بقشرة كروية من مادة الكتلة السالبة. إنه مستقر ويمكن عبوره في كلا الاتجاهين.
• ما يسمى بثقب Schwarzschild الدودي ، والذي يتكون من ثقبين أسودين متصلين. لا يمكن عبورها ، لأن المادة والضوء محاصران بين الطرفين.
• ثقوب دودية محملة و / أو دوارة أو Kerr ، تتكون من ثقبين أسودين ديناميكيين متصلين داخليًا ، يمكن اجتيازهما في اتجاه واحد فقط.
• الرغوة الكمومية للزمكان ، والتي يُفترض وجودها على المستوى دون الذري. تتكون الرغوة من أنفاق دون ذرية غير مستقرة للغاية تربط مناطق مختلفة. لتثبيتها وتوسيعها سيتطلب إنشاء بلازما كوارك-غلوون ، الأمر الذي يتطلب كمية لا حصر لها من الطاقة لتوليدها.
• في الآونة الأخيرة ، وبفضل نظرية الأوتار ، تم وضع نظرية الثقوب الدودية التي تدعمها الأوتار الكونية.
• الثقوب السوداء المتشابكة ثم المنفصلة ، والتي تنشأ منها فجوة في المكان والزمان ، أو جسر أينشتاين-روزن الذي يتم تثبيته معًا بواسطة الجاذبية. إنه حل نظري تم اقتراحه في سبتمبر 2013 من قبل الفيزيائيين Juan Maldacena و Leonard Susskind.

كلها ممكنة تمامًا ، لأنها لا تتعارض مع معادلات أينشتاين للنسبية العامة.

هل يمكن رؤية الثقوب الدودية؟

لفترة طويلة ، كانت الثقوب السوداء حلولاً نظرية لمعادلات أينشتاين. شكك أينشتاين نفسه في إمكانية اكتشافها من قبل البشرية.

ألبرت أينشتاين (1879-1955) ، مؤلف نظرية النسبية. المصدر: Pixabay.

لذلك ظلت الثقوب السوداء لفترة طويلة بمثابة توقع نظري ، حتى تم العثور عليها وتحديد موقعها. العلماء لديهم نفس الأمل في الثقوب الدودية.

من المحتمل جدًا أن يكونوا هناك أيضًا ، لكن لم يتم تعلم تحديد مكانهم بعد. على الرغم من أنه وفقًا لمنشور حديث جدًا ، فإن الثقوب الدودية ستترك آثارًا وظلالًا يمكن ملاحظتها حتى باستخدام التلسكوبات.

يُعتقد أن الفوتونات تنتقل حول الثقب الدودي ، لتولد حلقة مضيئة. تقع أقرب الفوتونات في الداخل وتترك وراءها ظلًا يسمح لها بالتمييز عن الثقوب السوداء.

وفقًا لراجيبول شيخ ، الفيزيائي في معهد تاتا للبحوث الأساسية في مومباي بالهند ، فإن نوعًا من الثقوب الدودية الدوارة من شأنه أن ينتج ظلًا أكبر ومشوهًا من ظل الثقب الأسود.

درس شيخ في عمله الظلال النظرية التي تلقيها فئة معينة من الثقوب الدودية الدوارة ، مع التركيز على الدور الحاسم للحلق في تكوين ظل الفوتون الذي يسمح بتحديده وتمييزه عن الثقب الأسود.

قام شيخ أيضًا بتحليل اعتماد الظل على دوران الثقب الدودي وقارنه أيضًا بالظل الناتج عن ثقب أسود كير دوار ، ووجد اختلافات كبيرة. إنه عمل نظري بالكامل.

بصرف النظر عن ذلك ، في الوقت الحالي ، تظل الثقوب الدودية بمثابة تجريدات رياضية ، ولكن من المحتمل أن يتم رصد بعضها قريبًا جدًا. ما هو في الطرف الآخر لا يزال موضوع التخمين في الوقت الحالي.

المراجع

1. يمكن أن يؤدي التشابك الكمي إلى الجاذبية. مأخوذة من Cienciaaldia.com
2. تقدم الفيزياء ، المجلد 61 ، العدد سبتمبر 2013 ، الصفحات 781-811
3. دودي. مأخوذة من wikipedia.org
4. وقت فراغ. مأخوذة من wikipedia.org.
5. ديفيد نيلد (2018). ورقة جديدة مجنونة تشير إلى الثقوب الدودية بظلال يمكن أن نراها بسهولة باستخدام التلسكوبات. مأخوذة من sciencealert.com