Wormholes and Time Travel

الثقوب الدودية والسفر عبر الزمن

الحلول الافتراضية لمعادلات أينشتاين الميدانية وتداعياتها القصوى (رغم عدم إثباتها)

المشهد النظري

في مجال النسبية العامة، يمكن أن ينحني هندسة الزمكان بفعل الكتلة-الطاقة. بينما تعكس الأجسام الفلكية القياسية—مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية—انحناءات قوية لكنها "عادية"، تتنبأ بعض الحلول الرياضية الصحيحة بهياكل أكثر غرابة: الديدان، المعروفة شعبياً باسم "جسور أينشتاين-روزن". نظريًا، يمكن أن تربط الدودة منطقتين متباعدتين من الزمكان، مما يسمح بالسفر من "فم" إلى الآخر في وقت أقل مما يتطلبه الطريق العادي. في أشكالها القصوى، قد تربط الديدان حتى أكوانًا مختلفة أو تمكن الدوائر الزمنية المغلقة—مما يفتح الباب لسيناريوهات السفر عبر الزمن.

ومع ذلك، فإن جسر الفجوة بين النظرية والواقع أمر صعب. تتطلب حلول الديدان عادة مادة غريبة ذات كثافة طاقة سالبة لاستقرارها، ولا يوجد حتى الآن دليل تجريبي أو رصدي مباشر يدعم وجودها. على الرغم من هذه التحديات، تظل الديدان موضوعًا قويًا للاستكشاف النظري، حيث توحد هندسة النسبية العامة مع تأثيرات الحقل الكمومي وتدفع إلى استفسارات فلسفية أعمق حول السببية.

2. أساسيات الديدان الدودية: جسور أينشتاين–روزن

2.1 ديدان شوارزشيلد (جسور أينشتاين–روزن)

في عام 1935، نظر ألبرت أينشتاين وناثان روزن في "جسر" مفاهيمي تشكّل بتمديد حل الثقب الأسود شوارزشيلد. يربط هذا جسر أينشتاين–روزن رياضيًا منطقتين منفصلتين متقاربتي الانبساط (كونين خارجيين) عبر داخل ثقب أسود. ومع ذلك:

  • مثل هذا الجسر هو غير قابل للعبور: فهو "ينغلق" أسرع مما يمكن لأي شيء أن يعبره، وينهار فعليًا إذا حاول أحد المرور من خلاله.
  • تشبه هذه الهندسة زوجًا من الثقب الأسود–الثقب الأبيض في زمكان ممتد إلى أقصى حد، لكن حل "الثقب الأبيض" غير مستقر ولا يتحقق فعليًا.

لذا، فإن أبسط حلول الثقوب السوداء الكلاسيكية لا تنتج ديدان دودية مستقرة وقابلة للعبور [1].

2.2 ديدان موريس–ثورن القابلة للعبور

بعد عقود (الثمانينيات)، درس كيب ثورن وزملاؤه بشكل منهجي الديدان الدودية "القابلة للعبور"—الحلول التي تبقى مفتوحة لفترة كافية لمرور المادة. وجدوا أن الحفاظ على حلق مفتوح يتطلب عادة "مادة غريبة" ذات طاقة سالبة أو ضغط سلبي، مما ينتهك شروط الطاقة الكلاسيكية (مثل شرط الطاقة الصفري). لا توجد حقول مادة كلاسيكية مستقرة معروفة تلبي هذا الشرط، رغم أن نظرية الحقول الكمومية يمكن أن تنتج كثافات طاقة سالبة صغيرة (مثل تأثير كازيمير). يبقى السؤال ما إذا كانت مثل هذه التأثيرات يمكن أن تحافظ فعليًا على حلق دودة دودية ماكروسكوبي مفتوحًا [2,3].

2.3 البنية الطوبولوجية

يمكن اعتبار الدودة الدودية كـ "مقبض" على متماسك الزمكان. بدلاً من السفر في الفضاء ثلاثي الأبعاد العادي من النقطة A إلى B، قد يدخل المستكشف فم الدودة الدودية بالقرب من A، يعبر "الحلق"، ويخرج عند B، ربما في منطقة نائية أو في كون مختلف. الهندسة معقدة للغاية، وتتطلب ضبطًا دقيقًا للحقول. في غياب مثل هذه الحقول الغريبة، تنهار الدودة الدودية إلى ثقب أسود، مما يمنع المرور.

3. السفر عبر الزمن والمنحنيات الزمنية المغلقة

3.1 مفهوم السفر عبر الزمن في النسبية العامة

في النسبية العامة، "المنحنيات الزمنية المغلقة (CTCs)" هي حلقات في الزمكان تعود إلى نفس النقطة في المكان والزمان—مما يتيح إمكانية لقاء المرء لذاته في الماضي. تظهر حلول مثل كون جودل الدوار أو بعض الثقوب السوداء الدوارة (مقياس كير مع دوران مفرط) أنها تسمح بمثل هذه المنحنيات من حيث المبدأ. إذا تحركت فمّا دودة دودية بالنسبة لبعضهما البعض بطرق محددة، يمكن لأحد الفمّين "الوصول" قبل أن يغادر (عبر تمدد الزمن التفاضلي)، مما يخلق فعليًا آلة زمن [4].

3.2 المفارقات وحماية التسلسل الزمني

تثير سيناريوهات السفر عبر الزمن حتمًا مفارقات— مفارقة الجد، أو تهديدات للسببية. اقترح ستيفن هوكينغ "فرضية حماية التسلسل الزمني"، مفترضًا أن القوانين الفيزيائية (مثل التفاعل الكمومي العكسي) قد تمنع تكوين CTCs على المستوى الماكروسكوبي، محافظًا على السببية. غالبًا ما تجد الحسابات التفصيلية أن محاولات بناء ثقب دودي للسفر عبر الزمن تسبب استقطاب فراغي لا نهائي أو عدم استقرار يدمر البنية قبل أن تعمل كآلة زمن.

3.3 آفاق تجريبية

لا توجد عمليات فلكية معروفة تخلق ثقوبًا دوديه مستقرة أو ممرات للسفر عبر الزمن. الطاقات أو المادة الغريبة المطلوبة تتجاوز التكنولوجيا الحالية بكثير. بينما لا تمنع النسبية العامة حلولًا محلية مع CTCs بشكل صارم، قد تمنع تأثيرات الجاذبية الكمومية أو الرقابة الكونية وجودها عالميًا. لذا يظل السفر عبر الزمن تخمينيًا بحتًا، دون تأكيد رصدي أو آلية مقبولة على نطاق واسع.

4. الطاقة السالبة والمادة الغريبة

4.1 شروط الطاقة في النسبية العامة

عادةً ما تلتزم نظريات الحقل الكلاسيكية بشروط الطاقة معينة (مثل شروط الطاقة الضعيفة أو الصفرية) التي تعني أن التوتر-الطاقة لا يمكن أن يكون سالبًا في إطار الراحة المحلي. غالبًا ما تتطلب حلول الثقب الدودي القابلة للعبور انتهاك هذه الشروط الطاقية، مما يعني وجود كثافة طاقة سالبة أو ضغوط تشبه التوتر. هذه الأشكال من المادة غير معروفة على المستوى الماكروسكوبي في الطبيعة. بعض التأثيرات الكمومية (مثل تأثير كازيمير) تولد طاقات سالبة صغيرة، لكنها ليست كافية تقريبًا للحفاظ على ثقب دودي ماكروسكوبي مفتوحًا.

4.2 الحقول الكمومية ومتوسطات هوكينغ

تحاول بعض النظريات الجزئية (قيود فورد-رومان) تحديد مدى حجم أو استقرار كثافات الطاقة السالبة. بينما تبدو الطاقات السالبة الدقيقة ممكنة على المقاييس الكمومية، قد يكون الثقب الدودي الماكروسكوبي الذي يتطلب مناطق كبيرة من الطاقة السالبة بعيد المنال. تظل النظريات الغريبة أو الافتراضية الإضافية (مثل التاكيونات الافتراضية، محركات الانحناء المتقدمة) تخمينية وغير مثبتة.

5. البحث الرصدي والاستكشاف النظري

5.1 توقيعات جاذبية شبيهة بالثقب الدودي

إذا وُجد ثقب دودي يمكن العبور من خلاله، فقد يُنتج تأثيرات عدسية غير عادية أو هندسة ديناميكية. تكهّن البعض بأن بعض الشذوذات العدسية المجرية قد تكون ثقوبًا دوديه، لكن لم تظهر أدلة مؤكدة. البحث عن إشارات مستقرة أو مستمرة لوجود ثقب دودي أمر بالغ الصعوبة دون نهج مباشر (ومن المفترض أن يكون مميتًا للمستكشفين إذا تبين أنه غير مستقر).

5.2 الإنشاء الاصطناعي؟

افتراضيًا، قد تحاول حضارة متقدمة للغاية هندسة أو "نفخ" ثقب دودي كمومي باستخدام مادة غريبة. لكن الفهم الفيزيائي الحالي يشير إلى أن طاقات هائلة، أو ظاهرة فيزيائية جديدة، ستكون مطلوبة - تتجاوز قدرات التكنولوجيا القريبة المستقبلية. حتى الأوتار الكونية أو الجدران الميدانية الناتجة عن العيوب الطوبولوجية قد لا تكفي للحفاظ على استقرار الثقب الدودي.

5.3 الجهود النظرية المستمرة

نظرية الأوتار والنماذج ذات الأبعاد الأعلى تنتج أحيانًا حلولًا تشبه الثقوب الدودية أو ثقوب دودية في عوالم الغشاء. المراسلات AdS/CFT في بعض الإعدادات تتناول وجهات نظر هولوجرافية حول داخل الثقوب السوداء والزمكان الشبيه بالثقوب الدودية. تستهدف الاستكشافات في الجاذبية الكمومية معرفة ما إذا كان التشابك أو اتصال الزمكان يمكن أن يظهر كثقوب دودية (الفرضية "ER = EPR" التي اقترحها مالداسينا وسوسكيند). هذه تظل تطورات مفاهيمية، لم تُختبر تجريبيًا [5].

6. الثقوب الدودية في الثقافة الشعبية وتأثيرها على الخيال العام

6.1 الخيال العلمي

الثقوب الدودية تظهر كثيرًا في الخيال العلمي كبوابات نجمية أو نقاط قفز، مما يتيح السفر شبه الفوري عبر مسافات مجرية أو بين مجرية شاسعة. أفلام مثل "Interstellar" صورت الثقب الدودي كبوابة كروية، مستشهدة بحلول موريس-ثورن الحقيقية لأثر سينمائي. رغم جاذبيتها البصرية، فإن الفيزياء الحقيقية بعيدة عن التأسيس لعبور مستقر كهذا.

6.2 الاهتمام العام والتعليم

قصص السفر عبر الزمن تأسر الجمهور بالمفارقات المحتملة (مثل "مفارقة الجد"، "مفارقة الحذاء الذاتي"). رغم أن هذه تظل افتراضية، إلا أنها تثير اهتمامًا أعمق بالنسبية والفيزياء الكمومية. غالبًا ما يستغل العلماء هذا الفضول العام لمناقشة العلم الحقيقي وراء هندسة الجاذبية، والقيود الصارمة التي تمنع بناء هياكل طاقة سالبة على نطاق واسع، والمبدأ الذي يفيد بأن الطبيعة على الأرجح تمنع الطرق المختصرة السهلة أو الحلقات الزمنية في الأطر الكلاسيكية/الكمومية القياسية.

7. الخاتمة

الثقوب الدودية والسفر عبر الزمن تمثل بعضًا من أكثر النتائج تطرفًا (والتي لم تثبت بعد) لمعادلات المجال الخاصة بـآينشتاين. بينما تظهر بعض الحلول في النسبية العامة أنها تسمح بـ"جسور" تربط مناطق مختلفة من الزمكان، تتطلب جميع الاقتراحات الواقعية مادة غريبة أو كثافات طاقة سالبة لتظل قابلة للعبور. لا يوجد دليل رصدي يؤكد وجود ثقوب دودية حقيقية ومستقرة، ومحاولات التلاعب بها لـالسفر عبر الزمن تواجه مفارقات ورقابة كونية محتملة.

مع ذلك، تظل هذه الأفكار مصدرًا غنيًا للتحقيق النظري، تمزج بين هندسة الجاذبية، وتأثيرات الحقل الكمومي، والتكهنات حول الحضارات المتقدمة أو الاختراقات المستقبلية في الجاذبية الكمومية. إن الإمكانية نفسها — مهما كانت بعيدة — لعبور المسافات الكونية في لحظة أو السفر عبر الزمن إلى الوراء تُظهر النطاق المفاهيمي الرائع لحلول النسبية العامة، دافعة حدود الخيال العلمي. في النهاية، حتى حدوث اختراقات تجريبية أو رصدية، تظل الثقوب الدودية حدودًا غير مؤكدة لكنها مثيرة للاهتمام في الفيزياء النظرية.

المراجع والقراءات الإضافية

  1. Einstein, A., & Rosen, N. (1935). “مشكلة الجسيم في النظرية العامة للنسبية.” Physical Review, 48, 73–77.
  2. Morris, M. S., & Thorne, K. S. (1988). “الثقوب الدودية في الزمكان واستخدامها للسفر بين النجوم: أداة لتعليم النسبية العامة.” American Journal of Physics, 56, 395–412.
  3. Visser, M. (1995). الثقوب الدودية اللورنتزية: من أينشتاين إلى هوكينغ. AIP Press.
  4. Thorne, K. S. (1994). الثقوب السوداء والتشوهات الزمنية: إرث أينشتاين المذهل. W. W. Norton.
  5. Maldacena, J., & Susskind, L. (2013). “آفاق رائعة للثقوب السوداء المتشابكة.” Fortschritte der Physik, 61, 781–811.

 

← المقال السابق                    المقال التالي →

 

 

العودة إلى الأعلى

العودة إلى المدونة