חור תולעת: היסטוריה, תיאוריה, סוגים, היווצרות - ארטה - 2025

חור תולעת , בתחום האסטרופיסיקה והקוסמולוגיה, הוא מעבר לחיבור שתי נקודות במרקם מרחב-הזמן. כמו שהתפוח הנופל היווה השראה לתורת הכבידה של אייזק ניוטון בשנת 1687, התולעים המנקרות תפוחים עוררו השראה בתיאוריות חדשות, גם במסגרת הכבידה.

כשם שהתולעת מצליחה להגיע לנקודה נוספת על פני התפוח דרך מנהרה, כך תולעי חלל-זמן הן קיצורי דרך תיאורטיים המאפשרים לו לנסוע לחלקים רחוקים של היקום בפחות זמן.

חור תולעת בחלל: חזון אמנותי. מקור: Pixabay.

זהו רעיון שכבש וממשיך לתפוס את דמיונם של רבים. בינתיים הקוסמולוגים עסוקים בחיפוש אחר דרכים להוכיח את קיומה. אבל כרגע הם עדיין נושא הספקולציות.

כדי להתקרב מעט להבנת חורי תולעת, האפשרות לנסוע בזמן דרכם וההבדלים הקיימים בין חורי תולעת לחורים שחורים, עלינו להסתכל על המושג זמן-חלל.

מהי חלל?

הרעיון של זמן-חלל קשור קשר הדוק לזה של חור התולעת. לכן יש לקבוע תחילה מה זה ומה המאפיין העיקרי שלו.

המרחב הוא המקום בו כל אירוע ביקום מתרחש. והיקום בתורו הוא מכלול הזמן-המרחב, המסוגל להכיל את כל צורות החומר-אנרגיה ועוד …

כאשר החתן פוגש את הכלה זה אירוע, אך לאירוע זה יש קואורדינטות מרחביות: מקום המפגש. ותאמת זמן: שנה, חודש, יום ושעת המפגש.

לידת כוכב או פיצוץ סופרנובה הם גם אירועים המתרחשים במרחב-זמן.

כעת, באזור היקום נטול מסה ואינטראקציות, זמן החלל הוא שטוח. המשמעות היא ששני קרני אור המתחילות במקביל נמשכות כך, כל עוד הן נשארות באזור זה. אגב, שכן קרן אור היא נצחית.

כמובן, מרחב-זמן אינו תמיד שטוח. היקום מכיל אובייקטים שיש להם מסה שמשתנה חלל-זמן, וגורם לעקמת מרחב-זמן בקנה מידה אוניברסאלי.

זה היה אלברט איינשטיין עצמו שהבין, ברגע של השראה שהוא כינה "הרעיון המאושר בחיי", שצופה מואץ אינו ניתן להבחנה מקומית מזו שקרובה לחפץ מסיבי. זהו עקרון השוויון המפורסם.

וצופה מואץ מתכופף למרחב-זמן, כלומר, הגיאומטריה האוקלידית כבר לא תקפה. לכן, בסביבתו של חפץ מסיבי כמו כוכב, כוכב לכת, גלקסיה, חור שחור, או היקום עצמו, חלל מתכופף.

עקמומיות זו נתפסת על ידי בני אדם ככוח המכונה כוח משיכה, יומיומי אך מסתורי בעת ובעונה אחת.

כוח המשיכה חידתי כמו הכוח שמושך אותנו קדימה כאשר האוטובוס בו אנו נוסעים עוצר בחדות. זה כאילו פתאום משהו בלתי נראה, אפל ומאסיבי, במשך כמה רגעים קדימה ומושך אותנו, פתאום מניע אותנו קדימה.

כוכבי הלכת נעים באליפטיות סביב השמש מכיוון שמסתו מייצרת שקע במשטח הזמן שגורם לכוכבי הלכת להתעקם את מסלוליהם. קרן אור מתעקלת גם את דרכה בעקבות השקע שבחלל המיוצר על ידי השמש.

מנהרות בחלל - זמן

אם זמן-חלל הוא משטח מעוגל, באופן עקרוני שום דבר לא מונע מתחום אחד להתחבר לאזור אחר דרך מנהרה. נסיעה במנהרה כזו לא רק מרמזת על שינוי של מקומות, אלא שהיא גם מציעה אפשרות להגיע למועד אחר.

רעיון זה היווה השראה לספרים, סדרות וסרטים מדע בדיוני רבים, כולל הסדרה האמריקאית המפורסמת משנות השישים "מנהרת הזמן" ולאחרונה "חלל עמוק 9" מזכיינית "מסע בין כוכבים" וסרט הכוכבים 2014.

הרעיון הגיע מאיינשטיין עצמו, שבחפש פתרונות למשוואות השדה של היחסות הכללית מצא יחד עם נתן רוזן פיתרון תיאורטי שאפשר לחבר בין שני אזורים שונים של זמן-חלל דרך מנהרה שתפקדה כקיצור דרך.

פיתרון זה מכונה גשר איינשטיין - רוזן ומופיע ביצירה שפורסמה בשנת 1935.

עם זאת, המונח "חור תולעת" שימש לראשונה בשנת 1957, בזכות הפיזיקאים התיאורטיים ג'ון ווילר וצ'רלס מיסנר בפרסום של אותה השנה. בעבר דובר ב"צינורות חד-ממדיים "המתייחסים לאותו רעיון.

מאוחר יותר בשנת 1980 כתב קרל סייגן את הרומן המדע הבדיוני "קשר", ספר שהפך לימים לסרט. הגיבור בשם אלי מגלה חיים חוצניים חכמים במרחק 25 אלף שנות אור. קרל סייגן רצה שאלי תיסע לשם, אך באופן שהיה אמין מדעית.

נסיעה של 25 אלף שנות אור משם אינה משימה קלה עבור אדם, אלא אם כן מבקשים קיצור דרך. חור שחור לא יכול להיות פיתרון, מכיוון שכאשר ניגשים לייחודיות, כוח הכבידה הדיפרנציאלי יקרע את החללית ואת אנשי הצוות שלה.

בחיפוש אחר אפשרויות אחרות, התייעץ קרל סייגן עם אחד המומחים המובילים בחורים שחורים באותה תקופה: קיפ תורן שהחל לחשוב על העניין והבין שגשרים איינשטיין-רוזן או חורי התולעת של וילר היו הפיתרון.

עם זאת ת'ורן גם הבין שהפתרון המתמטי אינו יציב, כלומר המנהרה נפתחת, אך זמן קצר לאחר מכן היא חונקת ונעלמת.

חוסר היציבות של חורי תולעת

האם ניתן להשתמש בחורי תולעת כדי לנסוע מרחקים גדולים במרחב ובזמן?

מאז שהומצאו, חורי תולעת שימשו במספר חלקים של מדע בדיוני כדי לקחת את גיבוריהם למקומות נידחים ולחוות את הפרדוקסים של הזמן הלא ליניארי.

קיפ תורן מצא שני פתרונות אפשריים לבעיית חוסר היציבות של חור התולעת:

• דרך מה שמכונה קצף קוונטי. בסולם פלאנק (10 - ³⁵ מ ') יש תנודות קוונטיות המסוגלות לחבר בין שני אזורים של זמן-חלל דרך מיקרוטונונלים. ציוויליזציה מאוד היפותטית יכולה למצוא דרך להרחיב את המעברים ולהחזיק אותם מספיק זמן כדי שאדם יעבור.
• חומר המוני שלילי. על פי חישובים שפורסם בשנת 1990 על ידי ת'ורן עצמו, היה צורך בכמויות אדירות של חומר זר זה כדי לשמור על קצות חור התולעת פתוחים.

הדבר המופלא בפתרון האחרון הזה הוא שבניגוד לחורים שחורים, אין תופעות ייחודיות או קוונטיות, ומעבר של בני אדם דרך מנהרה מסוג זה יהיה בר ביצוע.

באופן זה, חורי תולעת לא יאפשרו חיבור בין אזורים מרוחקים בחלל, אלא גם נפרדים בזמן. לכן מדובר במכונות לנסיעה בזמן.

סטיבן הוקינג, ההתייחסות הגדולה בקוסמולוגיה בסוף המאה העשרים, לא האמין כי לא ניתן יהיה לבצע חורי תולעת או מכונות זמן, בגלל הפרדוקסים והסתירות הרבים העולים מהם.

זה לא הרטיב את מצב רוחם של חוקרים אחרים שהציעו אפשרות ששני חורים שחורים באזורים שונים במרחב-זמן קשורים פנימיים באמצעות חור תולעת.

למרות שזה לא יהיה מעשי לנסוע בזמן-חלל, שכן מלבד התלאות שהכניסה לחור השחור ייחודיות הייתה מביאה, לא תהיה שום אפשרות לצאת בקצה השני, מכיוון שמדובר בחור שחור אחר.

הבדלים בין חורים שחורים לחורים תולעים

כשמדברים על חור תולעת, אתה חושב מיד גם על חורים שחורים.

חור שחור נוצר באופן טבעי, לאחר התפתחות ומוות של כוכב שיש לו מסה קריטית מסוימת.

הוא מתעורר לאחר שהכוכב מתיש את הדלק הגרעיני שלו ומתחיל להתכווץ באופן בלתי הפיך בגלל כוח הכבידה שלו עצמו. זה ממשיך ללא רחם עד שהוא גורם להתמוטטות כזו ששום דבר קרוב יותר מרדיוס אופק האירועים לא יכול לברוח, אפילו לא אור.

לשם השוואה, חור תולעת הוא אירוע נדיר, התוצאה של אנומליה היפותטית בעקמומיות החלל-זמן. בתיאוריה אפשר לעבור אותם.

עם זאת, אם מישהו היה מנסה לעבור דרך חור שחור, כוח הכובד העז והקרינה הקיצונית בסביבה הקרובה של הייחודיות היו הופכים אותו לחוט דק של חלקיקים תת-אטומיים.

ישנן עדויות עקיפות ורק לאחרונה ישירות לקיומם של חורים שחורים. בין ההוכחות הללו ניתן למצוא פליטה וגילוי של גלי כבידה על ידי משיכה וסיבוב של שני חורים שחורים קולוסאליים, שאותרו על ידי מצפה הכוכבים של LIGO.

ישנן עדויות לכך שחור שחור סופר-מסיבי קיים במרכז הגלקסיות הגדולות, כמו שביל החלב שלנו.

הסיבוב המהיר של הכוכבים בסמוך למרכז, כמו גם הכמות האדירה של קרינה בתדירות גבוהה הנובעת משם, הם עדות עקיפה לכך שיש חור שחור ענק שמסביר את נוכחותן של תופעות אלה.

רק ב -10 באפריל, 2019, הוצג בפני העולם התצלום הראשון של חור שחור סופר-מסיבי (פי 7 מיליארד ממסת השמש), שנמצא בגלקסיה רחוקה מאוד: מסייר 87 במזל הכוכבים בתולה, בגובה 55 מיליון. שנות אור מכדור הארץ.

תצלום זה של חור שחור התאפשר על ידי רשת הטלסקופים העולמית, המכונה "טלסקופ אופק האירועים", בהשתתפות למעלה מ- 200 מדענים מרחבי העולם.

מצד שני, אין עדות לחורי תולעת עד כה. מדענים הצליחו לאתר ולעקוב אחר חור שחור, אולם הדבר לא התאפשר עם חורי תולעת.

לפיכך מדובר באובייקטים היפותטיים, על אף שניתן יהיה להבחין תיאורטית, כפי שהיו פעם גם חורים שחורים.

מגוון / סוגים של חורי תולעת

למרות שעדיין לא התגלו, או אולי בדיוק בגלל זה, דומיינו אפשרויות שונות לתולעי תולעת. הם אפשריים באופן תיאורטי, מכיוון שהם מספקים את משוואותיו של איינשטיין לתורת היחסות הכללית. הנה כמה:

• חורי תולעת המחברים בין שני אזורים במרחב-זמן של אותו היקום.
• חורי התולעת המסוגלים לחבר יקום אחד ליקום אחר.
• גשרים של איינשטיין-רוזן, בהם החומר יכול לעבור מפתיחה לפתח. אם כי מעבר זה של החומר יגרום לחוסר יציבות, ויגרום להתמוטטות המנהרה על עצמה.
• חור התולעת של קיפ תורן, עם קליפה כדורית של חומר המוני שלילי. זה יציב וניתן לעבור בשני הכיוונים.
• חור התולעת שנקרא שוורצשילד, המורכב משני חורים שחורים סטטיים מחוברים. הם אינם ניתנים למעבר, מכיוון שהחומר והאור כלואים בין שני הקצוות.
• חורי תולעים טעונים ו / או מסתובבים או קר, המורכבים משני חורים שחורים דינמיים פנימיים המחוברים בכיוון אחד בלבד.
• קצף קוונטי של זמן-חלל, שקיומו מתאורז ברמה התת-אטומית. הקצף מורכב ממנהרות תת אטומיות מאוד יציבות המחברות אזורים שונים. ייצוב והרחבתם ידרוש יצירת פלזמה של קווארק-גלון, שתדרוש כמות כמעט אינסופית של אנרגיה להפקת.
• לאחרונה, בזכות תורת המיתרים, תורת תולעים הנתמכת במיתרים קוסמיים עברו תיאוריה.
• שזורים ואז הפרדו חורים שחורים, שממנו נוצר חור במרחב, או גשר איינשטיין-רוזן המוחזק יחד על ידי כוח הכובד. זהו פיתרון תיאורטי שהוצע בספטמבר 2013 על ידי הפיזיקאים חואן מלדצנה ולאונרד סוסקינד.

כולם אפשריים בהחלט, מכיוון שהם אינם סותרים את משוואות היחסות הכללית של איינשטיין.

האם ייראו אי פעם חורי תולעת?

במשך זמן רב חורים שחורים היו פתרונות תיאורטיים למשוואותיו של איינשטיין. אינשטיין עצמו הטיל ספק באפשרות שהאנושות תגלה אי פעם.

אלברט איינשטיין (1879-1955), מחבר תורת היחסות. מקור: Pixabay.

כך במשך זמן רב, חורים שחורים נותרו כמו חיזוי תיאורטי, עד שהם נמצאו ואיתרו. למדענים יש אותה תקווה לחורי תולעת.

יתכן מאוד שהם גם שם, אך טרם נודע לאתרם. אף על פי שפורסם לאחרונה מאוד, חורי תולעת היו משאירים עקבות וצללים ניתנים לצפייה אפילו באמצעות טלסקופים.

הפוטונים מאמינים כי הם מסתובבים סביב חור התולעת ויוצרים טבעת זוהרת. הפוטונים הקרובים ביותר נופלים בפנים ומשאירים אחריהם צל שיאפשר להבדיל אותם מחורים שחורים.

לדברי רג'יבול שייח ', פיזיקאי במכון טאטא לחקר יסודות במומבאי בהודו, סוג של חור תולעת מסתובב יפיק צל גדול ומעוות יותר מזה של חור שחור.

בעבודתו חקר שייח את הצללים התיאורטיים שמטיל קבוצה מסוימת של חורי תולעת מסתובבים, תוך התמקדות בתפקיד המכריע של גרון החור בהיווצרות צל פוטון המאפשר לזהות אותו ולהבדיל אותו מחור שחור.

שייח 'ניתח גם את תלותו של הצל בסיבוב של חור התולעת וגם השווה אותו עם הצל שהוטל על ידי חור שחור מסתובב של Ker, ומצא הבדלים משמעותיים. זו עבודה תיאורטית לחלוטין.

מלבד זאת, כרגע, חורי תולעת נותרו כהפשטות מתמטיות, אך יתכן שחלקם יימצאו בקרוב מאוד. מה שבקצה השני הוא עדיין נושא ההשערה כרגע.

הפניות

1. הסתבכות קוונטית יכולה להוליד כוח משיכה. נלקח מ- Cienciaaldia.com
2. התקדמות הפיזיקה, כרך 61, גיליון ספטמבר 2013 עמודים 781-811
3. חור תולעת. נלקח מתוך wikipedia.org
4. זמן חופשי. נלקח מתוך wikipedia.org.
5. דייוויד שילד (2018). נייר משוגע חדש מציע כי חורים תולעים יצלו צללים שנוכל לראות בקלות בעזרת טלסקופים. נלקח מ- sciencealert.com