سرعت سفر در کرم چاله کمتر از حد تصور است

نظریه‌ی نسبیت خاص آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ معرفی شد. از آن زمان تاکنون، این نظریه مدنظر بسیاری از پژوهشگران فضایی و آینده‌نگران و نویسندگان علمی‌‌تخیلی قرار گرفته است. برای انسان که سال‌ها است در رؤیای سفرهای بین‌ستاره‌ای به‌سر می‌برد، این تصور امیدبخش است. براساس برخی از نظریه‌ها، سفر با سرعتی بیش از سرعت نور (FTL) روزی امکان‌پذیر خواهد شد. یکی از نمونه‌های متداول، ایده‌ی کرم‌چاله است: ساختاری فرضی که دو نقطه‌ی دوردست فضازمان را به یکدیگر وصل و سفر بین‌ستاره‌ای را میسر می‌کند.

اخیرا گروهی از دانشمندان پژوهشی آغاز کرده‌اند که نشان می‌دهد چگونه کرم‌چاله‌های قابل‌عبور به واقعیت تبدیل می‌شوند. خبر بد این است که براساس نتایج این پژوهش، کرم‌چاله‌ها راه‌های میان‌بر نیستند و ممکن است درمقایسه‌با راه‌های دیگر بسیار طولانی‌تر باشند.

نظریه‌ی کرم‌چاله‌ها به‌عنوان راه‌حل احتمالی معادله‌های میدانی نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین پیشنهاد شد. پس از انتشار نظریه‌ی نسبیت عام در سال ۱۹۱۵، کارل شوارتزشیلد، فیزیک‌دان‌ آلمانی، خیلی زود به راه‌حلی رسید که نه‌تنها وجود سیاه‌چاله‌ها، بلکه راه‌های ارتباطی آن‌ها را هم پیش‌بینی می‌کرد. متأسفانه براساس نتایج شوارتزشیلد، کرم‌چاله‌هایی که دو سیاه‌چاله را به یکدیگر وصل می‌کنند، سریع نابود می‌شوند و امکان عبور از آن‌ها وجود ندارد.

تنها راه برای عبور از کرم‌چاله‌ها، رساندن آن‌ها به وضعیت پایدار ازطریق ماده‌ی اسرارآمیز (اگزوتیک) با تراکم انرژی منفی است. بااین‌حال، دانیل جافریس، استادیار فیزیک دانشگاه هاروارد، دیدگاه دیگری دارد. او در نشست تحلیلی انجمن فیزیک در آوریل امسال در دنور کلرادو گفت:

سال‌ها است کرم‌چاله‌های قابل‌عبور توجه عده‌ی زیادی را به‌خود جلب کرده‌اند. من اولین نمونه‌های تطبیقی در نظریه‌ی تکمیلی فرابنفش گرانش را شرح می‌دهم که شامل ماده‌ی اسرارآمیز نیست. در فیزیک نظری، تکمیلی فرابنفش به‌معنی عبور از میدان کوانتومی کم‌انرژی به میدان کوانتومی عمومی‌تر بیشتر از مقدار آستانه‌ی مشخص موسوم به میان‌بر است. ساختار مدنظر من شامل اتصال مستقیم بین دو انتهای یک کرم‌چاله است که مفاهیم آن را برای اطلاعات کوانتومی گرانش و پارادوکس اطلاعاتی سیاه‌چاله و رابطه‌ی آن با انتقال کوانتومی شرح خواهم داد.

جافریس برای این پژوهش از پژوهش اینشتین و نیتان روزن در سال ۱۹۳۵ کمک گرفت. آن‌ها در پی پژوهش شوارتزشیلد و دانشمندان دیگر و به‌دنبال راه‌حلی برای نظریه‌ی نسبیت‌ عام، احتمال وجود پل بین دو نقطه‌ی دوردست در فضازمان را مطرح کردند (معروف به نظریه‌ی پل‌های اینشتین‌روزن یا کرم‌چاله‌ها) که ازنظر تئوری امکان عبور ماده و اجرام از میان آن‌ها وجود دارد.

از همین‌جا بود که جافریس نظریه‌ی خود را توسعه داد. او ثابت کرد ذرات نور (فوتون‌ها) می‌توانند از کرم‌چاله‌ها عبور کنند. جافریس برای آزمودن این نظریه با همکاری پینگ جائو، یکی از فارغ‌التحصیلان هاروارد و آرون وال، یکی از دانشمندان دانشگاه استنفورد، پژوهش دیگری آغاز کرد.

براساس نتایج این پژوهش، نور می‌تواند مسیر کرم‌چاله را طی کند؛ اما کرم‌چاله آن میان‌بری نیست که سال‌ها تصور می‌کردیم. جافریس در نشست مطبوعاتی AIP در‌این‌باره می‌گوید:

سفر در کرم‌چاله طولانی‌تر از سفر مستقیم است؛ بنابراین کرم‌چاله‌ها برای سفرهای فضازمانی مناسب نیستند و میان‌بر به‌شمار نمی‌روند.

براساس نتایج این بررسی، اتصال مستقیم بین سیاه‌چاله‌ها کوتاه‌تر از اتصال کرم‌چاله‌ای است. این خبر شاید برای افرادی که سال‌ها است رؤیای سفرهای بین‌ستاره‌ای را در سر می‌پرورانند، خبر ناراحت‌کننده‌ای باشد؛ اما خبر خوشحال‌کننده این است که این نظریه پنجره‌ی جدیدی به‌روی نظریه‌ی مکانیک کوانتومی بازمی‌کند. به‌گفته‌ی جافریس، داده‌‌ی مهم این پروژه ارتباط آن با مسئله‌ی اطلاعات سیاه‌چاله و رابطه‌ی بین گرانش و مکانیک کوانتومی است.

این مسئله به پارادوکس اطلاعات سیاه‌چاله هم معروف است؛ مسئله‌ای که اخترفیزیک‌دانان از سال ۱۹۷۵، با آن دست‌وپنجه نرم می‌کنند. در همان سال، استفن هاوکینگ به دما و تشعشعات سیاه‌چاله‌ها پی برد (نظریه‌ی تابش هاوکینگ).

بااین‌حال، اگر سیاه‌چاله بخشی از جرم خود را به‌شکل تشعشعات از دست دهد و درنهایت تبخیر شود، اطلاعات هم از بین خواهند رفت. با توسعه‌ی این نظریه و فرضیه‌ی عبور نور از سیاه‌چاله، می‌توان این پارادوکس را حل کرد.

براساس نظریه‌ی تابش هاوکینگ، تشعشعات سیاه‌چاله که به کاهش جرم و انرژی آن منجر می‌شود، به‌دلیل آثار کوانتومی در نزدیکی افق رویداد منتشر می‌شوند. دانشمندان می‌توانند از این نتایج برای تولید نظریه‌ای جدید درزمینه‌ی یکی‌کردن گرانش با مکانیک کوانتومی استفاده کنند (گرانش کوانتومی یا نظریه‌ی همه‌چیز).

جافریس از ابزارهای نظریه میدان‌های کوانتومی برای تبیین وجود سیاه‌چاله‌های قابل‌عبور استفاده کرد. او در فرض خود، نیاز به ذرات اسرارآمیز و جرم منفی را حذف کرد (این نظریه با گرانش کوانتومی ناسازگار است). او می‌گوید:

این، امکان کندوکاو علّی مناطقی را فراهم می‌کند که درغیر این‌صورت پشت افق پنهان می‌بودند؛ پنجره‌ای برای تجربه‌ی ناظر در فضازمان که از خارج دردسترس است. این نظریه به ما درس‌های زیادی درباره‌ی تطبیق گرانش/اندازه و گرانش کوانتومی می‌دهد و حتی می‌تواند روشی جدید برای فرمول‌بندی مجدد مکانیک کوانتومی باشد.

مانند همیشه، احتمال نقض فیزیک تئوری به‌وسیله‌ی فرضیه‌های آینده وجود دارد. این پژوهش امید به سفر سریع‌تر از نور (FTL) را از بین می‌برد؛ اما درمقابل، به افشای برخی رازهای عمیق‌تر کیهان کمک می‌کند. کسی چه می‌داند، شاید همین اطلاعات به نقض مانعی به‌نام نسبیت خاص منجر شوند.