کرم چاله چیست؟ آیا می‌توان در فضا-زمان میانبر ایجاد کرد؟

در فیلم میان ستاره‌ای یک کرم چاله در منظومه شمسی، در کنار سیاره زحل نشان داده می‌شود که خدمه با پرواز به آنجا از طریق آن به نقطه دیگری از کیهان سفر می‌کنند. اما آیا واقعاً چنین چیزی در دنیای واقعی امکان پذیر است؟

نظریه کرمچاله (Wormhole) فرض می‌کند که با ایجاد یک گذرگاه نظری در فضا-زمان می‌توان برای سفرهای طولانی در سراسر کیهان میانبری ایجاد کرد، که سرعت یک ماده در آن برابر سرعت نور یا بیشتر خواهد شد. اما برخی از دانشمندان اعتقاد دارند که سفر از طریق کرم‌چاله آهسته خواهد بود.

اما سفر از طریق کرم‌چاله‌ها خطراتی هم خواهد داشت که فروپاشی ناگهانی، تشعشعات زیاد و تماس با ماده نامتعارف و خطرناک از جمله آنها هستند. از آنجایی که کرم چاله‌ها فروریزش شدیدی دارند هیچ جاندار شناخته‌ شده‌ای نمی‌تواند آن را تحمل کند. علاوه برآن باز و بسته شدن آنها آنقدر سریع اتفاق می‌افتد که هر ماهیتی در هنگام گذر از آنها به دام خواهد افتاد، از این رو گذر از کرم‌چاله‌ برای سفر در زمان عملاً غیرممکن است.

نظریه کرم چاله

نظریه کرم چاله اولین بار در سال ۱۹۱۶ مطرح شد، هرچند در آن زمان به آنها کرم چاله گفته نمی‌شد. لودویگ فلامم (Ludwig Flamm) فیزیکدان اتریشی ضمن بررسی راه حل سایر فیزیکدانان درباره معادلات نظریه نسبیت عام، فهمید که راه حل دیگری نیز امکان پذیر است. وی این راه حل را با عنوان سفیدچاله (White hole) توصیف کرد، که از دیدگاه نظری به معنای وارونگی زمانی یک سیاه‌چاله است. ورودی‌های سیاه‌چاله و سفیدچاله می‌تواند توسط یک تونل فضا-زمان به هم متصل شوند.

در سال ۱۹۳۵ انیشتین و نیتان روزن (Nathan Rosen) از نسبیت عام برای توضیح این ایده استفاده کرده و وجود پل‌هایی را در فضا-زمان مطرح کردند. این پل‌ها دو نقطه مختلف فضا-زمان را به هم متصل می‌کنند، از دیدگاه نظری این بدان معناست که میانبری ایجاد می‌شود که می‌تواند زمان و مسیر سفر را کاهش دهد. به این میانبر پل‌ انیشتین-روزن یا کرم چاله گفته می‌شود. البته در حال حاضر وجود کرم چاله‌ها بسیار فرضی بوده و دانشمندان تصور نمی‌کنند که به زودی بتوانند یک کرم چاله پیدا کنند.

در صورتی که کرم‌چاله‌ها واقعی باشند، می‌توان از یک طرف چاه گرانشی آنها پایین رفت و بلافاصله از فاصله میلیون‌ها یا میلیاردها سال نوری از طرف دیگر آنها بیرون آمد. کرم‌چاله‌ها دارای دو دهان هستند که از طریق یک تونل به هم وصل می‌شوند و به احتمال زیاد دهان آنها کروی است. تونل ممکن است به صورت مستقیم و کشیده باشد اما می‌تواند انحنا هم داشته باشد. 

نظریه نسبیت عام انیشتین از نظر ریاضی وجود کرمچاله‌ها را پیش بینی می‌کند، اما آنها تاکنون کشف نشده‌اند. ممکن است بتوان یک کرم‌چاله با جرم منفی را از طریق تأثیر گرانشی آن بر نوری که از آن عبور می‌کند، مشاهده کرد. برخی از راه حل‌های نسبیت عام امکان وجود کرمچاله‌هایی را پیش بینی کرد‌ه‌اند که دهان هر یک از آنها یک سیاه‌چاله است. با این حال، یک سیاه‌چاله طبیعی که در اثر فروپاشی یک ستاره در حال مرگ ایجاد می‌شود، به خودی خود یک کرم چاله ایجاد نمی‌کند.

بیشتر بخوانید: سیاه‌چاله چیست و چه چیزی در درون آن وجود دارد؟

سفر از طریق کرم چاله 

فیلم‌ها و داستان‌های علمی-تخیلی پر از داستان‌های سفر با کرم چاله است. اما واقعیت چنین مسافرت‌هایی پیچیده‌تر است، نه فقط به خاطر این که آنها هنوز کشف نشده‌اند.

مشکل اول اندازه آنها است. پیش بینی می‌شود که اندازه کرمچاله‌های ابتدایی در سطح میکروسکوپی و در حدود ^۳۳–۱۰ سانتی‌متر باشد. از سوی دیگر ممکن است با گسترش جهان اندازه بعضی از آنها بزرگتر شده باشد.

مشکل دیگر ناشی از ثبات است. کرمچاله‌های پیش بینی شده انیشتین-روزن برای سفر بی فایده خواهند بود زیرا به سرعت فرو می‌ریزند. برای پایدارسازی کرم چاله‌ به ماده نامتعارف (Exotic matter) نیاز است، اما هنوز مشخص نیست که آیا چنین ماده‌ای در جهان وجود دارد یا خیر. اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که یک کرم چاله حاوی ماده نامتعارف می‌تواند برای مدت طولانی‌تر باز و بدون تغییر بماند.

ماده نامتعارف نباید با ماده تاریک یا ضد ماده اشتباه گرفته شود، این ماده حاوی چگالی انرژی منفی و فشار منفی زیادی است. چنین ماده‌ای فقط در رفتار برخی از حالت‌های خلاء به عنوان بخشی از نظریه میدان کوانتومی دیده شده است. اگر کرم چاله حاوی ماده نامتعارف باشد (چه به صورت طبیعی و یا مصنوعی به آن افزوده شده باشد) از لحاظ نظری می‌توان از آن برای ارسال اطلاعات یا مسافر استفاده کرد. متأسفانه سفر انسانی از طریق چنین تونل‌های فضایی ممکن است چالش برانگیز باشد.

کیپ تورن (Kip Thorne) فیزیکدان سرشناس آمریکایی و برنده جایزه نوبل اعتقاد دارد که سفر انسان از طریق کرمچاله براساس قوانین فیزیک ممنوع است.

کرمچاله‌ها نه تنها می‌توانند دو ناحیه جداگانه کیهان را به هم متصل کنند، بلکه می‌توانند دو جهان متفاوت را به هم متصل کنند. به همین ترتیب برخی دانشمندان گمان می‌کنند که اگر دهانه یک کرم چاله به روشی خاص حرکت کند از این رو می‌تواند اجازه سفر در زمان دهد. اما استیون هاوکینگ اعتقاد داشت که چنین چیزی غیرممکن است.

اگرچه اضافه کردن ماده نامتعارف به کرم چاله ممکن است آن را پایدار کند تا جایی که مسافران انسانی بتوانند با خیال راحت از طریق آن تردد کنند، اما این احتمال هم وجود دارد که افزودن ماده عادی آن را بی ثبات کند.

تکنولوژی‌های امروزی حتی در صورت یافتن کرم چاله‌، برای بزرگ کردن یا پایدارسازی آنها کافی نیستند. با این حال دانشمندان همچنان به تحقیق در این زمینه پرداخته و امید دارند روزی تکنولوژی امکان سفر در فضا را برای بشر فراهم کند.

بیشتر بخوانید: سفر در زمان؛ نظریه‌ها، تناقضات و احتمالات