آیا یک فضاپیما می‌ تواند از داخل کرم چاله عبور کند؟

فیزیکدانان در آنچه که به نظر می‌رسد یک بسط منطقی از فیلمنامه‌ی میان‌ستاره‌ای باشد (در این فیلم، فضانوردان سعی می‌کنند تا پس از آنکه اثرات فاجعه بار تغییرات جوی به نابودی زمین می‌انجامد، به جهان دیگری دست یابند.)، نتیجه‌ی ورود یک صندلی، یک دانشمند و یک فضاپیما به داخل کرم‌چاله‌ی کروی در میانه‌ی یک سیاه‌چاله را مدلسازی کرده‌اند.

دیگو روبیرا گارسیا از دانشگاه لیسبون پرتغال و یکی از اعضای تیم، می‌گوید:

کاری که ما کردیم، تجدید نظر در خصوص یک سوال اساسی در مورد رابطه‌ی بین گرانش و ساختار فضا – زمان بود. ما در شرایط عملی، فرضی که نظریه‌ی نسبیت عام را در بر داشت، نادیده گرفتیم، اما هیچ دلیل پیشینی وجود ندارد که فرض یاد شده، بسط‌های این نظریه را در بر داشته باشد.
بنابراین اجازه دهید یک گام به عقب بازگشته و اصول اساسی را مرور کنیم. با توجه به نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین، در مرکز هر سیاه چاله یک تکینگی وجود دارد، نقطه‌ای که در آن نیروهای گرانشی در شدیدترین حالت خود هستند و زمان و فضا به پایان می‌رسند.

اگر جسمی به افق رویداد نزدیک شود، احتمالا در اثر نیروهای کشندی گرانشی در داخل سیاه چاله، در یک جهت در هم خواهد شکست و در جهت دیگر دچار کشش خواهد شد. اگر این جسم تا زمان رسیدن به مرکز سیاه چاله، سالم باقی بماند، بی نهایت طویل و باریک خواهد شد: در واقع دچار پدیده‌ی Spaghettification خواهد شد، بطوریکه دیگر قابل شناسایی نخواهد بود.  

فیزیکدانان چندین سال است که در حال کار بر روی فرضیه‌ی تکینگی در مرکز سیاه چاله هستند، چون تا زمانی که قادر به اثبات آن نباشیم، احتمالات دیگری نیز وجود خواهند داشت که از لحاظ تئوری امکان‌پذیر هستند.

در اوایل سال جاری، فیزیکدانان دانشگاه کمبریج انگلستان در حال بحث در خصوص این موضوع بودند که لزوما دلیلی برای قرار داشتن یک تکینگی در داخل سیاه چاله وجود ندارد. از نظر آن‌ها در جهانی با پنج بعد یا بیشتر (که این موضوع نیز برای ما شبهه انگیز است)، وجود یک تکینگی برهنه‌ی احاطه نشده با افق رویداد، امکان‌پذیر است.

البته، این موضوع تاثیرات شگرفی بر درک ما از چگونگی کارکرد قوانین فیزیک در جهان هستی، دارد، چرا که صحت آن مستلزم اشتباه بودن نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین است.

ساران تونیاسووناکول، یکی از اعضای تیم پژوهشی، می‌گوید:

اگر تکینگی‌های برهنه وجود داشته باشند، نظریه‌ی نسبیت عام با شکست مواجه خواهد شد و در اینصورت، همه چیز را وارونه خواهد کرد، چرا که دیگر قدرت پیش‌بینی ندارد و دیگر نمی‌توان آن را به عنوان نظریه‌ی مستقلی برای تشریح و تفسیر جهان هستی قلمداد کرد.
در هر صورت در اشتباه بودن اینشتین هنوز هم سوال برانگیز است. استفان هاوکینگ چندین دهه است که با روند مغایرت نسبیت عام با مکانیک کوانتومی در سیاه چاله‌ها، دست و پنجه نرم می‌کند، مسئله‌ای که از آن با عنوان پارادوکس اطلاعاتی یاد می‌شود.

بنابراین با فرض اینکه قیود نسبیت عام ثابت و تغییرناپذیر نیستند، مطالعه‌ی جدید تیم روبیرا - گارسیا استدلال می‌کند که اگر شما تکینگی را از یک سیاه چاله حذف کنید، آنچه که در مرکز به جای می‌ماند یک کرم چاله با اندازه‌ی محدود است.

سپس، آن‌ها به اینکه چه می‌تواند رخ دهد، اگر اجسام مختلفی مانند، یک صندلی، یک دانشمند و یک فضاپیما از افق رویداد گذر کرده و به داخل کرم چاله راه یابد، پی بردند. از این اجسام به عنوان "ناظر" یاد می‌شود.

آن‌ها این ناظران را به عنوان تجمعی از نقاط که توسط بر هم کنش‌های فیزیکی یا شیمایی به متصل هستند، مدلسازی کرده‌اند. این بر هم کنش‌ها در حین حرکت جسم در امتداد خط ژئودسیک، همه چیز را در کنار هم نگه می‌دارند. یک خط ژئودسیک، مسیری در فضا – زمان است که یک جسم در حال سقوط آزاد، آن را طی می‌کند.

روبیرا – گارسیا می‌گوید:

هر ذره از ناظر، خط ژئودسیکی را دنبال می‌کند که توسط میدان گرانشی تعیین شده است، هر خط ژئودسیک نیروی گرانشی نسبتا متفاوتی را حس ‌می‌کند، اما با این حال بر هم کنش میان اجزای سازنده‌ی جسم ‌می‌تواند آن را برپا نگه دارد.
دانشمندان با انتشار این پژوهش در ژورنال Classical and Quantum Gravity، موضوع یاد شده را با نمایش اینکه زمان صرف شده توسط یک پرتو نور در یک مسیر رفت و برگشت بین دو نقطه از جسم همواره محدود است، نشان داده‌اند.

این به مفهوم آن است که نیروهای محدود، با صرفنظر از قدرتشان، می‌توانند تاثیر میدان گرانشی در مجاورت و در داخل کرم چاله، بر روی جسم در حال گذر از داخل آن را جبران کنند.

آن‌ها در این رابطه می‌گویند:

بنابراین، بخش‌های مختلف جسم کماکان بر هم کنش‌های فیزیکی یا شیمیایی را ایجاد خواهند کرد و در نتیجه، علت و معلول کماکان در سراسر گلوگاه کرم چاله اعمال خواهند شد.
بنابراین در حالی که طبق نظریه‌ی نسبیت عام، یک جسم با نزدیک شدن به سیاه چاله، در یک راستا در هم خواهد شکست و در راستای دیگر دچار کشش بی‌کران خواهد شد، اگر فرض کنیم که مرکز سیاه چاله کرم چاله‌ای با شعاع محدود است، بنابراین جسم تنها به میزان ابعاد کرم چاله در هم خواهد شکست.

این بدان معنی است که با توجه به فرضیه‌ی روبیرا – گارسیا یک جسم می‌تواند از سفری در طول یک کرم چاله، جان سالم به در برده و در شرایطی که از لحاظ فنی، بی‌عیب و نقص است، به آن سوی کرم چاله و بصورت بالقوه، به جهانی دیگر برسد، اما احتمالا متناسب با اندازه‌ی کرم چاله در هم شکسته خواهد شد. با این حال، حداقل بطور کامل نابود نخواهد شد.

روبیرا – گارسیا و اعضای تیم پژوهشی او، در این رابطه می‌گویند:

برای یک دانشمند فیزیک نظری، درد و رنج ناظران قابل قبول است (حتی ممکن است عده‌ای آن را به عنوان بخشی از شغل یک آزمایشگر در نظر بگیرند)، اما نابودی کامل آن‌ها، قابل قبول نیست.
تا زمانی که به واقع، قادر به مشاهده‌ی یک سیاه چاله نباشیم، همه‌ی این موارد در حوزه‌ی گمانه‌ها و فرضیات علمی باقی خواهند ماند. اما به مرور در حال مشاهده‌ی این هستیم که سیاه چاله‌ها ممکن است آن تله‌های مرگ وحشتناکی که تصور می‌کردیم، نباشند.

همانطور که هاوکینگ در جریان یک کنفرانس در ماه آگوست سال ۲۰۱۵ درباره‌ی راه حل خود در رابطه با پارادوکس اطلاعات گفت:

پیام این سخنرانی آن است که سیاه چاله‌ها به سیاهی چیزی که متصور هستیم، نیستند. آن‌ها زندان ابدی خلق شده در تصوراتمان نیستند. اگر احساس کردید که در یک سیاه چاله قرار دارید، تسلیم نشوید. راهی برای خروج هست.

مریخ نورد Curiosity در تلاش برای نمونه برداری از آب روی مریخ ستاره شناسان به دنبال کشف دلایل محو شدن ستاره ها هستند