یک سال بعد از ارائه نظریه نسبیت عام توسط آلبرت اینشتین، سال 1916م فلام متوجه شد که ازحل شوارتزشیلد معادلات اینشتین میتوان جواب کرمچاله ای بدست آورد . این نوع کرمچاله ،"کرمچاله شوارتزشیلد" نامیده شد.
کرمچاله ها ساختارهای فضازمانی پل مانندی هستند که دو ناحیه مجزا از یک فضا زمان یا دوفضا زمان مجزا را به یکدیگر وصل می کنند . کرمچاله ها باعث کوتاه شدن مسافت و زمان لازم برای رسیدن از یک نقطه به نقطه دیگر می شوند .در دهه 1930م اینشتین و روزن با استفاده از غوطه ورکردن متریک شوارتزشیلد در فضای استوانه ای ، معادله غوطه وری یک کرمچاله گذر ناپذیر وغیر ایستا موسوم به "پل اینشتین - روزن" را بدست آوردند .
یکی از جنبه های جالب کرمچاله ها ، استفاده از آنها برای انجام سفر در فضازمان است . می دانیم که فاصله زمین تا نزدیک ترین ستاره غیر از خورشید ، حدود 4سال نوری می باشد . یعنی نور با سرعت 300 هزار کیلومتر بر ثانیه حدود 4 سال طول می کشد تا به این ستاره برسد . حال ما با تکنولوژی امروزه ممکن است بیش از یک میلیون و سیصد هزار سال طول زمان نیاز داشته باشیم تا به این ستاره برویم که برای انسان امر غیر ممکنی است . بنظر می رسدکه با فرض وجود کرمچاله ، می توان از یک طرف وارد آن شد و تقریبا بلافاصله پس از خروج از طرف دیگر ، در ناحیه ای دوردست از جهان سردرآورد . در این طرح امکان سردرآوردن از جهانی دیگر نیز وجود دارد . در شکل ضمیمه تصویر دو بعدی از یک کرمچاله را مشاهده می کنید .
بعضی افراد به اشتباه سیاهچاله ها را به عنوان ابزارهایی برای مسافرت های فضایی می شناسند . اما باید بدانیم که سیاهچاله ها دارای افق هستند و وقتی جسمی ، حتی نور ، وارد آنها شد ، علاوه بر نابودی ، امکان خروج برایش وجود ندارد . امم برخی از کرمچاله ها این امکان را به ما می دهند که بدون صدمه دیدن از آنها عبور کنیم .
در این مقاله ضمن آشنایی با این ساختارها ، امکان عبور از آنها را نیز بررسی می کنیم .
هندسه یک کرمچاله :
یک کرمچاله در صورت وجود ، خود بخشی از فضازمان چهار بعدی عالم می باشد . همانطور که می دانید اینشتین در سال 1905 م ثابت کرد که جهان تنها از سه بعد فضایی تشکیل نشده و زمان صرفآ یک پارامتر در حال تغییر نیست . بلکه زمان خود نیز به عنوان بعد چهارم عالم به حساب می آید . در این فضازمان چهار بعدی ، کرمچاله ها می توانند سوراخی به جهانی دیگر یا ناحیه ای دیگر از همین جهان باشند . پس باید در نظر داشته باشیم که این اجسام چهاربعدی هستند و ما تنها برای ساده سازی آنها را به صورت دو بعدی نشان می دهیم .
به عنوان مثالی ساده ، یک صفحه کاغذ تخت را در نظر بگیرید که از چهار طرف تا فواصل بسیار دور گسترده شده باشد . هر دو طرف صفحه که آنها را "رو" و "زیر" صفحه می نامیم ، بطور مستقل یک فضای دوبعدی راتشکیل می دهند که می توانیم آن را یک جهان دوبعدی فرض کنیم . ساکنان این جهانها خود موجودات دو بعدی هستند . واضح است که این دو جهان هیچ ارتباطی با هم ندارند و ساکنان آنها از وجود همدیگر بی خبرند .اکنون تصور کنید یک سوراخ دایره ای در این صفحه ایجاد شود . به این ترتیب دو جهان بطور پیوسته با هم ارتباط دارند . ما این حفره تونل مانند را یک کرمچاله می نامیم .
حال بیائید به جای یک سوراخ ، دو سوراخ درصفحه ایجاد کنیم . سپس لبه های این دو سوراخ را بکشیم تا به صورت دو لوله درآید وبا ادامه دادن این کار دو لوله را به هم وصل کنیم. این نیز یک کرمچاله است . با این تفاوت که بر خلاف حالت قبلی دو ناحیه از یک جهان را به هم وصل می کند . در حالتی که فضای ما خمیده باشد مسافرت از طریق این کرمچاله بسیار سریع تر امکان پذیر است . چون مسافت کوتاهتر است .
اگردر هر یک از دو ورق تخت موازی نیز یک سوراخ ایجادکنیم ، با کشیدن لبه های سوراخ و رساندن دو لوله ایجاد شده به هم می توانیم یک کرمچاله ایجاد کنیم که صفحه بالایی یکی از ورق ها را به صفحه پائینی ورق دیگر وصل کند . تا اینجا تا حدودی با هندسه کرمچاله آشنا شدیم .
با پیشرفت تکنولوژی،بشر بفکر سفرهای فضایی افتاد.این امر در مورد محدوده منظومه شمسی تا حدی محقق می شد. اما برای خارج از منظومه شمسی غیر ممکن بنظر می رسید.چون برای رفتن به نزدیکترین ستاره حدود چندین قرن وقت نیاز است. باکشف کرمچاله ها امید به انجام سفر های فضایی طولانی در دل بشر جان تازه ای به خود گرفت.هرچندکه این کشف هنوز در حیطه رصدی به اثبات نرسیده است.
کرمچاله ها فضا زمان های هستند که دو ناحیه از یک فضا زمان یا دو فضازمان مجزا را به یکدیگر مر تبط می کنند و در واقع نقش یک پل را بین این دو فضا بازی می کنند این مباحث به اندازه کافی در مقاله قبلی توضیح داده شد . ممكن است اين سوال مطرح شود كه چرا از سياهچاله ها نمي توان براي سفرهاي فضايي استفاده كرد؟ چند دليل را مي توان براي پاسخ به اين سوال مطرح كرد :
1) افق سياهچاله ، ناحيه جهان خارج كه ما در آن قرار داريم را از ناحيه داخل حفره جدا مي كند . در محل افق نيروهاي كشند ي بسيار قوي ناشي از نا همگني گرانشي وجود دارد . اين نيرو ها ناظر در حال عبور را متلاشي مي كنند.
2) سياهچاله ، بدليل داشن افق ، برگشت پذير نخواهد بود وتنها عبور يكطرفه به سمت داخل حفره را ممكن مي سازد . به همين منظور بايد به سراغ كرمچاله ها برويم.
كرمچاله ها بطور كلي به دو دسته گذر پذير و گذر ناپذير تقسيم مي شوند.
كرمچاله ها ي گذر ناپذير
نودويگ فلام در سال 1916م متوجه شد كه حل شوارتز شيلد معادله اينشتين مي تواند تحت شرايط ويژه جواب كرمچاله اي داشه باشد . متريك شوارتز شيلد را در نظر مي گيريم :
(1)
و زير فضا هاي زمان ثابت اين متريك ، t=cte، را انتخاب مي كنيم . اگر از اين زيرفضا ، صفحه 
را برگزينيم ، خواهيم داشت :
(2)
بعد ها انواع ديگري از كرمچاله ها توسط ويل ، اينيشتين ، روزن و ويلر ارائه شد. به هر حال كرمچاله ها ي شوارتز شيلد به دلايل زير براي سفر هاي فضايي مناسب نيست:
1) نيرو هاي گرانشي كشندي در گلو گاه كرمچاله شوارتز شيلد بسيار قوي مي باشند و باعث نابودي ناظر در حال گذر مي شوند.
2) كرمچاله شوارتزشيلد ، يك كرمچاله ديناميك مي باشد . در نتيجه شعاع گلوگاه آن با گذر زمان تا يك مقدار بيشينه افزايش مي يابد و سپس تا مقدار صفر كاهش پيدا مي كند . سرعت اين انبساط و انقباض بسيار زياد مي باشد ( حتي گاهي به نزديكي سرعت نور مي رسد) در نتيجه منجر به مرگ ناظر در حال عبور مي شود.
3) اين كرمچاله بدليل داشتن افق همان مشكل سياهچاله ها كه قبلا ذكر شد را دارا مي باشد.
كرمچاله هاي گذر پذير
با توجه به مشكلات ذكر شده در بخش قبل كه مانع گذر پذيري كرمچاله شوارتز شيلد مي شد ، بايد براي يك كرمچاله شرايطي احراز شود تا بتواند گذر پذير باشد. اين شرايط عبارت اند از :
1) متريك كرمچاله بايد متقارن كروي و استاتيك ( بدون هيچ وابستگي به زمان ) باشد
2) اين نوع كرمچاله بايد داراي يك گلوگاه باشدتا دو ناحيه از فضا را به هم ربط دهد.
3) براي كرمچاله هيچ افقي نبايد وجود داشته باشد تا مسافرت رفت و برگشتي امكان پذير شود.
4) نيروهاي گرانشي كشندي كه توسط ناظر تجربه مي شود بايد كوچك باشد ( در حدود گرانش زمين).
5) زمان عبور از كرمچاله بايد هم ازديد ناظر در حال گذر و هم از ديد ناظر بيرون كرمچاله ، كوتاه باشد ( در حدود يك سال ).
تحت يك چنين شرايطي مي توان اميد داشت كه از اين ساختار هاي فضا زماني براي كوتاه كردن طول مسافرت هاي فضايي استفاده كرد.
اولين كساني كه كرمچاله اي با اين مشخصات را معرفي كردند، دو فيزيكدان بنام هاي موريس و تورن از مركز مطالعات اختر فيزيكي كاليفرنيا بودند.
متريكي كه اين دو نفر براي يك كرمچاله گذر پذير معرفي كردند بشكل زير بود:
(3)
كه F = F( r ) و b = b ( r ) دو تابع دلخواه از شعاع مي باشند. تابع b ( r ) شكل فضايي كرمچاله را تعيين مي كند و به همين دليل به آن "تابع شكل" مي گويند. F( r ) نيز تعيين كننده ميزان انتقال به قرمز گرانشي مي باشد و "تابع انتقال به قرمز" ناميده مي شود .
مقدار شعاع r از پايين محدود است و كمترين مقداري كه مي تواند دارا باشد برابراست با شعاع گلو گاه كه مقدار آن است . يكي از حالت هاي خاصي كه مي توان براي متريك موريس - تورن انتخاب كرد عبارت است از :
F = 0 و 
(4)
منبع:parssky.com
نویسنده: مهدی اسحاقی