آیا ما ساکن کرم چاله ایم؟

شبیه به صحنه‌ای از یک فیلم علمی - تخیلی به نظر می‌رسد: اختر فیزیک‌دانان در جدید ترین نظریه خود این احتمال را مطرح کرده‌اند که شاید کهکشان راه شیری ما کرم چاله‌ای باشد که بتوانیم از آن به عنوان یک سامانه حمل نقل کیهانی استفاه کنیم. اما در آن صورت، این دروازه باور نکردنی ما را به کجا خواهد برد؟
***
«کوپر» سفینه را مستقیما به سمت سوراخی عظیم و سیاه هدایت می‌کند. هزاران دایره‌ی نورانی اطراف جسم سوراخ را احاطه کرده اند، اما او آنها را تنها تنها به شکل تک رشته‌ای نورانی می‌بیند. نورها چنان درخشنده می‌شوند که در نهایت حلقه به روشنی یک ستاره می‌شود. کویر مستقیما به سمت مرکز سیاه جسم به پیش می‌راند او خود را درون تونلی می‌یابد که هزاران رگبار نوری از کنارش عبور می‌کنند. این صحنه مربوط به فیلم میان ستاره‌ای (Interstellar ) است، چیزی که در حال حاضر تنها خیال برداری علمی-تخیلی محسوب می‌شود؛ «اما یک کرم چاله دقیقا مثل همین صحنه‌ی فیلم عمل می‌کند.»
جمله‌ی آخر گفته‌ی اختر فیزیکدان دانشگاه بین المللی مطالعات پیشرفته‌ی ترایسته ایتالیا،«پائولو سالوچی» است. براساس اخرین یافته‌های آنان این احتمال وجود دارد که کل کهکشان راه شیری یک تونل فضا-زمان باشد؛ تونلی که بسیار هم پایدار و قابل ناوبری و کشتی رانی است.
کرم چاله را که با نام‌های دیگری همچون پل اینشتین - روزن یا تونل فضا - زمان شناخته می‌شود، می‌توان این گونه توصیف کرد فرض کنید نقشه‌ای از ایران را در اختیار دارید، اگر بخواهید از تهران به بندرعباس بروید، می‌توانید مسیر نشان داده شده روی نقشه را دنبال کنید. کوتاه‌ترین راه، مسیری در خط مستقیم خواهد بود. بااین وجود، اگر بین این دو شهر کرم چاله داشتیم، می‌توانستیم در کسری از ثانیه در بندرعباس باشیم. برای اینکه چنین اتفاقی رخ دهد، فضا باید تاب بردارد: کافی است نقشه را طوری تا بزنید که این دو شهر روی نقشه دقیقا روی هم بیفتند. حال اگر با نوک خودکار روی تهران در نقشه فشار آورید، سر خودکار از بندرعباس بیرون می‌زند؛ میان بری که به شکل تونل فضا-زمان است. برای این که این کار را در فضای واقعی انجام دهید، به سه عنصر سازنده نیاز دارید: سیاه چاله، سفید چاه و ماده‌ی تاریک.

عنصر اول، سیاه چاله

همه چیز از مرگ یک ستاره آغاز می‌شود. پس از گذشت میلیون‌ها سال، انرژی هسته‌ای ستاره سرانجام تمام می‌شود از داخل منفجر می‌شود از آنجایی که ستاره دیگر نمی‌تواند در برابر نیروی گرانشی خودش مقاومت کند؛ به ناچار در خود فرومی ریزد. جرمی معادل 10 خورشید در ابعادی به اندازه‌ی دریای خزر فشرده می‌شود. این توپ چگال از ماده چنان کشش گرانشی قدرتمندی دارد که حتی نور هم با سرعت بالای خود نمی‌تواند از آن بگریزد، در نتیجه جسم به یک سیاه چاله تبدیل می‌شود.
در گام بعد، این گوی شروع به جذب هرچه بیشتر ماده می‌کند؛ هر ستاره‌ای را در دور و بر خود می‌بلعد تا خودش را تغذیه کند زمانی که سیاه چاله تمام جرم اطرافش را بلعید، سرانجام به «نقطه‌ی اشباع» خود می‌رسد. با این وجود، سیاه چاله هنوز به شکل یک جاروبرقی غول پیکر کیهانی عمل می‌کند: اگر یک ستاره، سیاره یا دنباله دار بیش از حد به آن نزدیک شود، نیروی کششی افسانه‌ای سیاه چاله آن را به درون قلب سیاهش می‌مکد سیاه چاله را می‌توانید به شکل یک کره در نظر بگیرید، که قیفی پشت سرش قرارگرفته است.

عنصر دوم سفیدچاله

اختر فیزیک دانان امروزی متقاعد شده‌اند که سفیدچاله‌ها در نقطه‌ی دیگری از کیهان وجود دارند. نحوه‌ی عملکرد آنها به این صورت است: همانند وارونه‌های شان، سیاه چاله‌ها، آنها از یک بازشو کروی و یک قیف تشکیل شده‌اند. تفاوت آنها در این است که ماده از آنها بیرون ریخته و فوران می‌کند سفید چاله جذب نمی‌کند، دفع می‌کند، آنها حتی نور را از خود می‌رانند که همین امر دلیل انتشار نور خیره کننده و مشاهده آنها به شکل مشعل‌های عظیم کیهانی است.
برخی دانشمندان فرضیه پردازی کرده‌اند که این سفید چاله‌ها به «شکل تصادفی» با سیاه چاله‌ها وصل هستند برخی دیگر عقیده دارند «دو چاله مشخص» همیشه در کنار یکدیگر قراردارند، چرا که نیروهای گرانشی آنها مکمل همدیگر است واقعیت هرکدام که باشد، نتیجه‌ی یکسان است: نیروهای آنها باعث تاب برداشتن فضا می‌شود، آنها همانند نقشه‌ی جغرافیایی تا خورده، باعث خم شدن فضا می‌شوند.
این انحنای فضا در اثر کشش گرانشی ماده ایجاد می‌شود. برای درک بهتر موضوع، سفره‌ی یکبار مصرف بزرگی را درنظر بگیرید که تخم مرغی در وسط آن قرارداده شده است. اکنون به دقت چهارگوشه سفره را بلند کنید چه اتفاقی می‌افتد؟ وزن تخم مرغ باعث شکل گیری گودالی در مرکز سفره می‌شود. دقیقا مشابه همین حالت و تنها در مقیاس کیهانی، سیاه چاله پر جرم نیز باعث اعوجاج فضا می‌شود، اما در این میان، مشکلی بر سر راه اختر فیزیک دانان وجود دارد: کشش گرانشی که می‌تواند تونلی را در میان فضای خم شده ایجاد کند، همچنین باعث نابودی خودش ظرف مدت تنها چند ثانیه می‌شود گرانش در نقطه‌ی تلاقی قیف‌های سیاه چاله و سفید چاله چنان قدرتمند است که تونل روی خودش فرومی ریزد، مگر اینکه نیروی مخالفی وجود داشته باشد.

عنصر سوم ماده‌ی تاریک

برای مدت طولانی، متخصصان باور داشتند که کرم چاله تنها در صورتی می‌تواند وجود داشته باشد، که ماده نیروی گرانشی منفی را خنثی کند سالوچی می‌گوید: «ما نمی‌توانستیم وجود چنین ماده‌ای را اثبات کنیم، اما امروزه از وجود ماده‌ای آگاه هستیم که می‌تواند این عملکرد را انجام دهد: ماده‌ی تاریک» اینکه ماده‌ی تاریک دقیقا چیست، هنوز به صورت معما باقی مانده است، تنها واقعیت مسلم این است که بدون ماده‌ی تاریک و کشش گرانشی آن، کهکشان ما از هم می‌پاشید در نتیجه منطق می‌گوید که چنین ماده‌ای باید وجود داشته باشد.
با استفاده از جرم و سرعت گردش کهکشان راه شیری اختر فیزیک دانان مقدار این ماده مرموز را در کهکشان محاسبه کرده‌اند براساس محاسبات اخیر سالوچی و گروهش 950 درصد تمام ماده موجود در کهکشان از جنس ماده‌ی تاریک است و هم چنین توده‌هایی عظیم از آن در فاصله‌ی بسیار دور از ستارگان، سیارات و غبار مرئی کهکشان یافت می‌شود این گفته به آن معناست که کهکشان ما حدود 50 تا 60 درصد بزرگتر از آن چیزی است که پیشتر تصور می‌شد. سالوچی می‌گوید: «با این حال، مهم‌ترین کشف ما این بود که ماده‌ی تاریک عامل مهمی در شکل گیری تونل‌های فضا – زمان است. این می‌تواند همان ماده‌ای باشد که نیروی گرانشی سیاه چاله را از بیرون خنثی کرده و کرم چاله را باز و پایدار نگاه می‌دارد.
اگر نوعی از ماده بتواند کرم چاله‌ای را پایدار کند، باید مقیاس غول آسایی داشته باشد. سالوچی می‌گوید: «بنابر باور ما قطر این تونل بیش از 30 هزار سال نوری است؛ که بیشتر از ابعاد ناحیه‌ی داخلی کهکشان ماست یعنی کل کهکشان راه شیری و نه کمتر، می‌تواند یک تونل یا سامانه‌ی حمل و نقل عظیم باشد این به آن معناست که زمین هم جزئی از این سامانه است».

آیا انسان درون کرم چاله دوام می‌آورد؟

اگر از بالای کهکشان نگاهی به آن بیندازید، شباهت‌های غیرقابل انکاری با ورودی یک کرم چاله می‌بینید: در مرکز کهکشان، سیاه چاله‌ای ابر پرجرمی وجود دارد که با حلقه‌ای عظیم از نور احاطه شده است بازوهای کهکشان نیز مارپیچی هستند، که به شکل موثری همانند گردابی عمل می‌کنند که به درون سیاه چاله جریان دارد.
این فرضیه پردازی‌ها به یک سوال آشکار منجر می‌شود: اگر کهکشان راه شیری ما یک تونل است، چرا نه زمین و نه هیچ کدام از سیارات دیگری که به دور خورشید گردش می‌کنند، به درون آن کشیده نمی‌شوند؟ پاسخ ساده است: ما 26هزار سال نوری از سیاه چاله فاصله داریم، فاصله‌ای بیش از حد زیاد که بخواهد ما را به درون خود بمکد، اما اگر به مرکز کهکشان برسیم، آیا می‌توانیم از درون تونل عبور کنیم؟ سالوچی در پاسخ این پرسش می‌گوید: «اگر ماده‌ی تاریک تونل فضا-زمان را پایدار کند، چنین کاری امکان پذیر است.»
اما چنین پاسخی تنها درصورتی صحیح است که بتوانیم فضا پیمایی بسازیم که قادر به تحمل فشار خردکننده باشد، چرا که درون سیاه چاله، نیروی گرانشی بیشتر از بیرون آن است. هم چنین به دلیل تغییرات شدید کشش گرانشی در ابعاد کوچک، سفینه ما همانند نوار لاستیکی کش خواهد آمد اگر مهندسان بتوانند این مشکلات را حل کنند مثلا مقداری ماده‌ی تاریک – به عنوان خنثی کننده نیرو-همراه با سفینه حمل کنند، آن گاه می‌توان با عبوراز تونل فضا-زمان به سمت دیگر کیهان سفر کرد، اما سفر بازگشت امکان پذیر نیست: از آنجایی که نقطه‌ی خروجی ما یک سفید چاله است، نمی‌توانیم بازگردیم؛ چرا که سفید چاله ما را دفع می‌کند. کرم چاله، سفری یک طرفه و بی بازگشت است.

خروجی:

اگر فردی از میان این تونل عبور کند (و از گرانش وحشتناک آن جان سالم به در ببرد) از جنگی دوردست که در مرکز کرم چاله دیده می‌شود، سر در می‌آورد. از آنجا هم می‌توان داخل مرکز فضایی را دید، اما راه بازگشتی وجود ندارد.

انحنای فضا

ورودی کرم چاله یک سیاه چاله است: توپ پرجرمی که به کمک کشش گرانشی خود فضای اطرافش را خم می‌کند.

تونل مرک فضایی

اگر کرم چاله‌ای روی زمین وجود داشته باشد می‌تواند شبیه این شبیه سازی کامپیوتری از مرکز فضایی کندی ناساباشد.

شبیه سازی واقعی

فیلم میان ستاره ای، کرم چاله را به روشی کاملا جدید به تصویر کشید با استفاده از فرمول‌های فیزیکی و اثرات لنزگرانشی دانشمندان و متخصصان کامپیوتری یک شبیه سازی دقیق انجام دادند این شبیه سازی نشان می‌داد که چطور نیروی گرانشی سیاه چاله فضا را خم می‌کند و چطور نور منحرف شده‌ی حلقه‌ای را به دور آن شکل می‌دهد.

گرداب

همانند گرداب، سیاه چاله ماده را به درون اعماق خود می‌مکد. فیزیک دانان این ناحیه را «دهان» و قیف زیر آن را «گلو» سیاه چاله می‌نامند

قلاب سنگ

برای اینکه تونل بتواند وجود داشته باشد، به جرم دیگری نیاز است که بتواند فضا را در بخش دیگری از جهان خم کند، یک سفید چاله که ماده‌ی جمع شده را قلاب سنگ می‌کند.
منبع مقاله :
نشریه‌ی دانستنیها همشهری، شماره‌ی 137