النسبية الخاصة. لقد كان هذا الأمر عناء مستكشفي الفضاء والمستقبليين ومؤلفي الخيال العلمي منذ أن اقترحه ألبرت أينشتاين لأول مرة في عام 1905. بالنسبة لأولئك منا الذين يحلمون بأن يصبح البشر يومًا ما نوعًا بين النجوم ، فإن هذه الحقيقة العلمية مثل بطانية رطبة. لحسن الحظ ، هناك عدد قليل من المفاهيم النظرية التي تم اقتراحها والتي تشير إلى أن السفر أسرع من الضوء (FTL) قد لا يزال ممكنًا في يوم من الأيام.
مثال شائع هو فكرة الثقب الدودي: هيكل المضاربة الذي يربط بين نقطتين بعيدتين في وقت الفضاء من شأنه أن يسمح بالسفر بين النجوم. في الآونة الأخيرة ، أجرى فريق من علماء Ivy League دراسة توضح كيف يمكن أن تكون "الثقوب الدودية التي يمكن اجتيازها" حقيقة واقعة. الخبر السيئ هو أن نتائجهم تشير إلى أن هذه الثقوب الدودية ليست اختصارات تمامًا ، ويمكن أن تكون المكافئ الكوني لـ "قطع شوط طويل"!
في الأصل ، تم اقتراح نظرية الثقوب الدودية كحل ممكن للمعادلات الميدانية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين (GR). بعد وقت قصير من نشر أينشتاين النظرية في عام 1915 ، وجد الفيزيائيون الألمان كارل شوارزشيلد حلاً محتملاً لم يتنبأ فقط بوجود الثقوب السوداء ، ولكن الممرات التي تربطهم.
لسوء الحظ ، وجد شوارزشيلد أن أي ثقب دودي يربط اثنين من الثقوب السوداء سوف ينهار بسرعة كبيرة بحيث لا يمكن عبور أي شيء من طرف إلى آخر. الطريقة الوحيدة التي يمكن بها اجتيازها هي إذا استقرت بوجود مادة غريبة ذات كثافة طاقة سلبية. كان لدانييل جافيريس ، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة توماس ه. كابوت ، نظرة مختلفة.
كما وصف تحليله خلال اجتماع أبريل 2019 للجمعية الفيزيائية الأمريكية في دنفر ، كولورادو:
"لطالما كان احتمال تكوينات الثقب التي يمكن اجتيازها مصدرًا للفتنة. سأصف الأمثلة الأولى التي تتسق في نظرية الجاذبية المكتملة للأشعة فوق البنفسجية ، والتي لا تتضمن أي مواد غريبة. يتضمن التكوين اتصالًا مباشرًا بين طرفي الثقب الدودي. سأناقش أيضًا آثارها على معلومات الكم في الجاذبية ، مفارقة معلومات الثقب الأسود ، وعلاقتها بالانتقال الكمي. "
لأغراض هذه الدراسة ، فحص Jafferis العمل الذي قام به آينشتاين وناثان روزين في عام 1935. وبالنظر إلى توسيع نطاق عمل Schwarszchild والعلماء الآخرين الباحثين عن حلول للموارد الوراثية ، اقترحوا إمكانية وجود "جسور" بين نقطتين بعيدتين في الزمكان (المعروف باسم "جسور آينشتاين - روزين" أو "الثقوب الدودية") التي يمكن أن تسمح نظريًا بمرور المادة والأشياء بينهما.
بحلول عام 2013 ، تم استخدام هذه النظرية من قبل الفيزيائيين النظريين ليونارد سوسكيند وخوان مالداسينا كحل محتمل لل GR و "تشابك الكم". تُعرف هذه النظرية ، المعروفة باسم تخمين ER = EPR ، بأن الثقوب الدودية هي سبب تشابك حالة الجسيمات الأولية مع حالة الشريك ، حتى لو تم فصلها بمليارات السنين الضوئية.
من هنا طور Jafferis نظريته ، مفترضًا أن الثقوب الدودية يمكن اجتيازها في الواقع بواسطة جزيئات الضوء (الملقبة بالفوتونات). لاختبار ذلك ، أجرى Jafferis تحليلًا بمساعدة Ping Gao و Aron Wall (طالب دراسات عليا في جامعة هارفارد وعالم أبحاث في جامعة ستانفورد ، على التوالي).
ما وجدوه هو أنه في حين أنه من الممكن نظريًا أن يجتاز ضوء تنوبًا ثقبًا دوديًا ، إلا أنهم ليسوا بالضبط الاختصار الكوني الذي كنا نأمل في أن يكونوا. كما أوضح Jafferis في بيان صحفي AIP ، "يستغرق المرور من هذه الثقوب الدودية وقتًا أطول من المرور مباشرة ، لذا فهي ليست مفيدة جدًا للسفر إلى الفضاء."
في الأساس ، أظهرت نتائج تحليلهم أن الاتصال المباشر بين الثقوب السوداء أقصر من اتصال الثقب الدودي. في حين أن هذا يبدو بالتأكيد خبرًا سيئًا للأشخاص الذين يتحمسون لاحتمال السفر بين النجوم (وبين المجرات) يومًا ما ، فإن الخبر السار هو أن هذه النظرية تقدم بعض البصيرة الجديدة في عالم ميكانيكا الكم.
قال جافيريس: "إن الاستيراد الحقيقي لهذا العمل هو في علاقته بمشكلة معلومات الثقب الأسود والصلات بين الجاذبية وميكانيكا الكم". تُعرف "المشكلة" التي يشير إليها باسم مفارقة معلومات الثقب الأسود ، وهو أمر عانى علماء الفيزياء الفلكية منذ عام 1975 ، عندما اكتشف ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء لها درجة حرارة وتسرب إشعاعًا ببطء (المعروف أيضًا باسم إشعاع هوكينج).
تتعلق هذه المفارقة بكيفية قدرة الثقوب السوداء على الحفاظ على أي معلومات تمر بها. على الرغم من أن أي مادة متراكمة على سطحها ستضغط إلى درجة التفرد ، فإن الحالة الكمية للمادة في وقت ضغطها سيتم الحفاظ عليها بفضل تمدد الوقت (تصبح مجمدة في الوقت المناسب).
ولكن إذا فقدت الثقوب السوداء الكتلة في شكل إشعاع وتبخرت في النهاية ، فستفقد هذه المعلومات في النهاية. من خلال تطوير نظرية يمكن للضوء من خلالها الانتقال عبر ثقب أسود ، يمكن أن تمثل هذه الدراسة وسيلة لحل هذا التناقض. بدلاً من الإشعاع من الثقوب السوداء التي تمثل فقدانًا لطاقة كبيرة ، يمكن أن يكون إشعاع هوكينغ قادمًا بالفعل من منطقة أخرى من الزمكان.
وقد يساعد أيضًا العلماء الذين يحاولون تطوير نظرية توحد الجاذبية بميكانيكا الكم (المعروفة أيضًا باسم الجاذبية الكمومية ، أو "نظرية كل شيء"). هذا يرجع إلى حقيقة أن Jafferis استخدم أدوات نظرية المجال الكمومي لافتراض وجود ثقوب سوداء يمكن اجتيازها ، وبالتالي التخلص من الحاجة إلى الجسيمات الغريبة والكتلة السلبية (التي تبدو غير متناسقة مع الجاذبية الكمية). كما أوضح جافيريس:
"إنه يعطي مسبارًا سببيًا للمناطق التي كانت لولا ذلك خلف الأفق ، وهي نافذة لتجربة مراقب داخل الزمكان ، يمكن الوصول إليها من الخارج. أعتقد أنه سيعلمنا أشياء عميقة حول مراسلات المقياس / الجاذبية ، الجاذبية الكمية ، وربما طريقة جديدة لصياغة ميكانيكا الكم. "
كما هو الحال دائمًا ، يمكن أن تكون الاختراقات في الفيزياء النظرية سيفًا ذا حدين ، تعطي يدًا وتنتزعها باليد الأخرى. لذا ، في حين أن هذه الدراسة قد ألقت المزيد من الماء البارد على حلم السفر FTL ، إلا أنها يمكن أن تساعدنا بشكل جيد للغاية في فتح بعض الألغاز العميقة في الكون. من تعرف؟ ربما تسمح لنا بعض هذه المعرفة بإيجاد طريقة للتغلب على هذا العائق المعروف باسم النسبية الخاصة!
