العلماء ولأول مرة يولدون ثقباً دودياً في المختبر !

الثقب الدودي الفيزياء

العلماء ولأول مرة يولدون ثقباً دودياً في المختبر !

د. فراس كالو   12/05/2016 03:29:00 م  

العلماء ولأول مرة يولدون ثقباً دودياً في المختبر !

تحدثنا في مقالٍ سابق عن الثقوب الدودية باستفاضة، وقلنا بأن الثقب الدودي عبارة عن ممر ذي بوابتين عبر نسيج الزمكان ولم يسبق ملاحظته أو رصده من قبل في أي مكانٍ في الكون؛ بالرغم من أن الرياضيات برهنت على إمكانية وجوده.

إلا أن هذا الحال تغير أخيراً؛ إذ تمكن العلماء في جامعة أوتونوماس (Autonomous) في برشلونة بإسبانيا من تصنيع ثقبٍ دودي مغناطيسي؛ قادرٍ على إخفاء الحقل (المجال) المغناطيسي في بُعدٍ إضافيٍّ خاصٍ؛ على حد تعبيرهم !

وقام الفريق البحثي بتصميم جهازٍ من ثلاثِ طبقاتٍ؛ يتكون من اثنين من المجالات مع أسطوانة حلزونية داخلية، وتقوم الطبقة الداخلية بشكل أساسي بإحالة المجال المغناطيسي من نهايةٍ إلى أخرى؛ بينما تقوم الطبقتان الأخريتان بإخفاء وجود الحقل.

وتنبعث خطوط المجال المغناطيسي عادةً انطلاقاً من موقعٍ معين، ويكون وجود المجال المغناطيسي قابلاً للكشف من كل النقاط التي حوله، ولكن الثقب المغناطيسي الجديد أحال المجال المغناطيسي من جانبٍ واحد من الأسطوانة إلى الآخر، بحيث يكون "غير مرئي" أثناء العبور.

الباحث المشارك في الدراسة خوردي برات؛ وهو طالب دكتوراه في الفيزياء في جامعة أوتونوماس؛ يقول:
"هذا الجهاز يُمكِن أن ينقل الحقل المغناطيسي من نقطة في الفضاء إلى نقطة أخرى، من خلال مسار غير مرئي مغناطيسياً".

رسم توضيحي لشكل الجهاز والثقب الدودي المغناطيسي الذي ولدَّهُ

عادةً يكون للمغناطيس العادي قطبين شمالي وجنوبي؛ مع مجال مغناطيسي بينهما؛ ولكن بفضل هذا الجهاز صار عندنا مغناطيس بقطبين ولكن مع عدم وجود رابط قابل للكشف بين القطبين، وفي هذه الحالة قام الثقب الدودي المغناطيسي المُصنَّع بالفصل بين القطبين، ما يجعل لدينا قطبين مغناطيسيين أُحادييْن وهذا الأمر لا يحدث عادةً في الطبيعة !

وقال برات:"من وجهة نظر مغناطيسية، لديك مجال مغناطيسي لمغناطيس يختفي في نهاية واحدة من الثقب ويظهر مرة أخرى في الطرف الآخر من الثقب".

العلماء لم يقدموا الإجابة على سؤال: أين اختفى المجال المغناطيسي الذي يربط بين هذين القطبين الأحاديين؟، واكتفوا بالقول بأنه اختفى في بُعدٍ خاصٍ إضافي؛ بناءً على كلام برات:
"من وجهة النظر المغناطيسية، هذا الجهاز يعمل مثل الثقب، كما لو تم نقل المجال المغناطيسي من خلال بُعدٍ خاصٍ إضافي"!

والآن؛ ما الفرق بين الثقوب الدودية الزمكانية والثقوب الدودية المغناطيسية ؟

يمكننا تلخيص الفارق بين الثقوب الدودية الزمكانية والمغناطيسية في ثلاث نقاط:

1. الثقوب الدودية المغناطيسية ليست ثقوب زمكانية؛ لكنها تعمل بطريقة مشابهة؛ أي أن الثقوب الدودية الزمكانية تنتج عن تلاعب أو تشوه في حقول الجاذبية، بينما الثقوب الدودية المغناطيسية هي تلاعب بحقول الطاقة الكهرومغناطيسية.
2. الثقب الدودي الزمكاني يربط نقطتين في الكون من خلال جسرٍ أو نفق خفي، لكن الثقب الدودي المغناطيسي يربط بين اثنين من الأقطاب المغناطيسية عن طريق جسر غير مرئي.
3. الثقب الدودي المغناطيسي غير قادر على نقل أي جسم من مكان إلى آخر أو على النقل خلال الزمن؛ على عكس ما تفترضه الثقوب الزمكانية إن وجدت. 

الآن صارت الثقوب الدودية المغناطيسية حقيقة علمية، وربما تكون دليلاً على صحة مفهوم يمكن استثماره في تقنيات مستقبلية متطورة، أو تسخيره في مجالات معينة كالتصوير الطبي.

المصادر:
sci-news.com
scientificamerican.com

ما هو الثقب الدودي والثقوب الدودية ؟

الثقب الدودي الفيزياء النظرية النسبية أينشتاين سلسلة الفيزياء الكونية فضاء وفلك م. محمد باقي

ما هو الثقب الدودي والثقوب الدودية ؟

م. محمد باقي   8/16/2016 03:37:00 ص  

ما هي الثقوب الدودية وكيف تنشأ ؟

لابد أن الكثيرين منا قد شاهد فيلم الخيال العلمي (بين النجوم interstellar) والذي تناول بشكل موجز المفهوم الفيزيائي للثقب الدودي، ما أثار ضجة في الساحة العلمية؛ و طرح العديد من التساؤلات حول هذا المصطلح ؟!

ما هو الثقب الدودي ؟

بدايةً الثقب الدودي ليس ضرباً من الخيال العلمي، إنما هو مفهوم أبرزته النظرية النسبية العامة من خلال فكرة تحدب وتقوس الزمكان، فقد تحدث العالم الشهير ألبرت أينشتاين لأول مرة عن الثقوب الدودية في عام 1935 كجزء من نظريته النسبية العامة، والثقوب الدودية كانت تعرف أصلاً باِسم جسور (أينشتاين-روزين) ويعتقد بأنها فجوات في الزمكان.

تعريف الثقب الدودي

والثقب الدودي (wormhole) هو فرضياً عبارةٌ عن أنبوبة رقيقة أو ممر ذو فتحتين عبر نسيج الزمكان؛ لذا يفترض في الثقب الدودي أن لديه فتحتان على الأقل تتصلان مع بعضهما بواسطة ممر واحد.

ولكن هذا الثقب ليس كما يعتقد البعض بأنه فقط للسفر عبر الزمن، بل يصل أيضاً بين نقطتين مختلفتين في الفضاء، ويشكلُ طريقاً مختصراً للمسافات الشاسعة، وهذا ما شاهدناه في فيلم "بين النجوم".

وهو كذلك افتراض فيزيائي معروف كحل صحيح لمعادلات أينشتاين في النسبية العامة، وعلى الرغم من أن الرياضيات برهنت على إمكانية وجود الثقوب الدودية، إلا أنه لم يسبق أن تم ملاحظتها أو رصدها في أي مكان في الكون.

‏كيف ينشأ‬ الثقب الدودي؟

نعلم أن الكتل العملاقة في الفضاء كالثقوب السوداء مثلاً، تتسبب بانحناء أو تقويس نسيج الزمكان، وبوجود كتلتين متماثلتين سنحصل على تقوسين متماثلين بعد طي الزمكان ليشكلا ممراً موحداً بينهما؛ هو الثقب الدودي، ولتبسيط الفكرة أكثر صديقي، خُذ قطعة من الورق وحدد عليه نقطتين، وارسُم مستقيماً يصل بين النقطتين و قم بطي الورقة حيث تنطبق النقطتان على بعضهما، اثقبها الآن بالقلم، وبذلك تكون قد اختصرت الطريق بين النقطتين بعد الطي، وثقب قلمك هو ثقب دودي !

ما هي سرعة السفر في الثقوب الدودية؟

ربما سمعت أحدهم يقول أنه يمكن السفر عبر الثقب الدودي بسرعة أكبر من سرعة الضوء ولكن هل هذا صحيح؟
في الحقيقة؛ تفترض النظرية النسبية أن تجاوز سرعة الضوء مستحيل، بينما يمكننا من خلال الثقب الدودي أن نختصر المسافة فقط بين النقطتين، وبذلك نكون قد اختصرنا المسافة وليس زيادة في السرعة كما هو مشاع !

فلو أردنا السفر إلى النجم سيريس الموجود على بعد 9 سنوات ضوئية من الأرض؛ فسيكون من المحال بلوغه دون ثقب دودي، ليس لأننا سنسير بسرعة ضوء بل لأن الثقب الدودي سيقوم بطي هذه المسافة الشاسعة !

‏أنواع‬ الثقوب الدودية

1.  ثقب دودي زمكاني: وهذا النوع موجود فقط في كون واحد، ويوصل من موقع إلى موقع آخر ضمن نفس الكون بتوليد طريقاً مختصراً خلال المكان والزمان.
2.  ثقب سوارزشيلد: وهو ثقب دودي افتراضي ويقوم على فكرة الربط بين كون وكون موازي آخر، ولكن تبين أن هذا النوع من الثقوب ستنهار بسرعة شديدة عند عبور أي شيء من نهاية إلى أخرى.
3.  ثقب دودي لورنزي و ثقب إقليدي: الثقب اللورنزي يتعامل مع النسبية العامة والجاذبية الكلاسيكية؛ بينما الاقليدي يتعامل مع فيزياء الجسيمات.
4.  ثقوب دودية مغناطيسية، وهي تختلف عن الثقوب الدودية الزمكانية.

و‏لكن‬ السؤال الأكبر ما الذي يبقي الثقوب الدودية مفتوحة ؟

في الحقيقة أوضح هذا الأمر الأب الروحي للثقوب الدودية و مدير مرصد ليغو (LIGO) المكتشف للأمواج الثقالية، الفيزيائي كيب ثورن: أن ما يبقي هذه الثقوب مفتوحة هي ‏الطاقة السالبة‬.

والطاقة السالبة هي نوع من الطاقة مضاد للجاذبية، وتمنع نسيج الزمكان من سحق الثقب وإغلاقه، وفي الواقع هذه الطاقة موجودة ويتم ابتكارها في مختبرات متقدمة جداً جداً وبكميات عابرة وضئيلة جداً.

وطبقاً للنظرية النسبية العامة والخاصة؛ فإنه من المحتمل عند تمكن أي حضارة متقدمة من استحضار كمية كافية من الطاقة السالبة؛ أن يتم فتح ثغرات في نسيج الزمكان يقل حجمها عن حجم الجسيمات دون الذرية، وبزيادة ضخ الطاقة يمكن خلق ثقب دودي زمكاني.

لسوء الحظ نحن لا نملك طاقة سالبة تمكننا من توليد هذا الثقب الدودي، ولكن المستقبل في جعبته الكثير ومستحيل اليوم قد يغدو حقيقة الغد.

المصادر
1-space.com
2- كتاب فيزياء المستحيل؛ تأليف البروفيسور ميتشيو كاكو.
2- كتاب أفكار وآراء؛ تأليف ألبرت أينشتاين.
4- كتاب كون أينشتاين؛ تاليف البروفيسور كاكو .