באופרת החלל הבין-כוכבית, אסטרונאוטים המבקשים להציל את האנושות מצאו חבל הצלה: חור תולעת שהופיע באופן מסתורי לצד שבתאי. המנהרה דרך שטח החלל מובילה לגלקסיה רחוקה והסיכוי למצוא כוכבי לכת ראויים למגורים שבני האדם יכולים להתיישב בהם. חור התולעת של הסרט מבוסס על פיזיקה אמיתית של פרופסור CalTech בדימוס קיפ תורן, חלוץ אסטרופיזיקה שסייע גם לקרל סייגן לעצב את חור התולעת שלו לרומן " צור קשר" . ההמחשות מדהימות ומעוררות בהן כמה מההדמיות המדויקות ביותר של חורי תולעת וחורים שחורים בסרט. אבל יש היבט אחד של צלילה לביטוי בין-כוכבים שהסרט לא מתייחס אליו: איך שורדים את הטיול?
תוכן קשור
- סטיבן הוקינג חושב שאנחנו יכולים לפתור תעלומת חור שחור גדול עם שיער
- פיזיקאים בנו חור תולעת למגנטים
- מדוע "בין כוכבים" שייך לפנתיאון של סרטי המדע הבדיוני הטובים "הריאליסטיים"
- הדבר הכי קרוב בחיים האמיתיים לספר חור התולעת של מיסט
למרות שהם לא קראו לזה ככה, חור התולעת המקורי היה פרי מוחם של אלברט איינשטיין ועוזרו נתן רוזן. הם ניסו לפתור את משוואותיו של אינשטיין לתורת היחסות הכללית באופן שיוביל בסופו של דבר למודל מתמטי גרידא של היקום כולו, כולל כוח הכבידה והחלקיקים המרכיבים חומר. הניסיון שלהם כלל לתאר את החלל כשני יריעות גיאומטריות המחוברות באמצעות "גשרים", שאנו תופסים כחלקיקים.
פיזיקאי אחר, לודוויג פלם, גילה באופן עצמאי גשרים כאלה בשנת 1916 בפתרון שלו למשוואות אינשטיין. לרוע המזל לכולם, "תיאוריה של הכל" זו לא הסתדרה, מכיוון שהגשרים התיאורטיים לא התנהגו בסופו של דבר כמו חלקיקים אמיתיים. אולם העיתון של איינשטיין ורוזן משנת 1935 פופולרי את מושג המנהרה דרך מרקם החלל והביא לפיזיקאים אחרים לחשוב ברצינות על ההשלכות.
הפיזיקאי של פרינסטון ג'ון ווילר טבע את המונח "חור תולעת" בשנות השישים, כאשר חקר את הדגמים של גשרי אינשטיין-רוזן. הוא ציין כי הגשרים דומים לחורים שהתולעים נשאו בתפוחים. נמלה הזוחלת מצד אחד של התפוח למשנהו יכולה לשרוד לאורך כל משטחו המעוקל, או לקחת קיצור דרך במנהרת התולעת. עכשיו דמיין שזמן החלל התלת מימדי שלנו הוא עור של תפוח שמתעקם סביב ממד גבוה יותר שנקרא "התפזורת". גשר איינשטיין-רוזן הוא מנהרה דרך התפזורת המאפשרת לנוסעים לנתיב מהיר בין שתי נקודות בחלל. זה נשמע מוזר, אבל זה פיתרון מתמטי לגיטימי לתורת היחסות הכללית.
וילר הבין כי פיותיהם של גשרי אינשטיין-רוזן תואמים ידנית לתיאורים של מה שמכונה חור שחור של שוורצשילד, תחום פשוט של חומר כל כך צפוף עד שאפילו אור לא יכול להימלט ממשיכת הכבידה שלו. אה-חה! אסטרונומים מאמינים כי חורים שחורים קיימים ונוצרים כאשר ליבותיהם של כוכבים מאסיביים במיוחד קורסות על עצמן. אז האם חורים שחורים יכולים להיות גם חורי תולעת ובכך שערים לנסיעות בין כוכבים? מבחינה מתמטית, אולי - אבל איש לא ישרוד את הטיול.
במודל שוורצשילד, לבו האפל של חור שחור הוא ייחודיות, תחום ניטרלי, לא נע, עם צפיפות אינסופית. וילר חישב מה היה קורה אם חור תולעת ייוולד כאשר שתי יחודיות באזורים מרוחקים של היקום יתמזגו בתפזורת ויוצרת מנהרה בין חורים שחורים בשוורצשילד. הוא גילה כי חור תולעת כזה אינו יציב מטבעו: המנהרה נוצרת, אבל אז היא מתכווצת וצובטת, ומשאירה אותך פעם נוספת עם שתי יחידות בלבד. תהליך זה של צמיחה והתכווצות מתרחש כל כך מהר שאפילו האור לא עובר אותו דרך המנהרה, ואסטרונאוט שמנסה לעבור דרכו נתקל בייחודיות. זה מוות פתאומי, מכיוון שכוחות הכבידה העצומים יקרעו את המטייל.
"כל דבר או כל מי שמנסה את הטיול ייהרס בקמצוץ!" תורן כותב בספר בן לוויה שלו לסרט, המדע הבינלאומי .
מדע הביניים
Amazon.com: מדע הביניים (9780393351378): קיפ תורן, כריסטופר נולן: ספרים
קנהיש אלטרנטיבה: חור שחור של קר מסתובב, וזו אפשרות נוספת בתורת היחסות הכללית. הייחודיות בתוך חור שחור של קר היא טבעת בניגוד לתחום, וכמה דגמים מציעים כי אדם יכול היה לשרוד את הטיול אם יעבור בצורה מסודרת במרכז הטבעת הזו כמו כדורסל דרך חישוק. עם זאת, לת'ורן יש מספר התנגדויות לתפיסה זו. במאמר משנת 1987 על נסיעות דרך חור תולעת, הוא מציין כי גרונו של חור תולעת של קר מכיל אזור המכונה אופק קאוצ'י מאוד לא יציב. המתמטיקה אומרת שברגע שכל דבר, אפילו אור, מנסה לעבור את האופק הזה, המנהרה קורסת. גם אם ניתן לייצב איכשהו את חור התולעת, תיאוריית הקוונטים אומרת לנו שצריך להציף את החלק הפנימי בחלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה. הניחו רגליים בתוך חור תולעת של Kerr, ותטגנו עד פריכות.
החוכמה היא שהפיזיקה טרם נישאה לחוקי הכובד הקלאסיים עם עולם הקוונטים, מעט מתמטיקה חמקמקה שחוקרים רבים מנסים להצמיד. בפיתול אחד בתמונה, חואן מלדצנה בפרינסטון ולאונרד סוסקינד בסטנפורד הציעו כי חורי תולעת עשויים להיות כמו הביטויים הפיזיים של הסתבכות, כאשר עצמים קוונטיים קשורים לא משנה כמה הם זה מזה.
אינשטיין תאר במפורסם את ההסתבכות כ"פעולה מפחידה מרחוק "והתנגד לרעיון. אבל הרבה ניסויים אומרים לנו שההסתבכות היא אמיתית - זה כבר משמש מסחרי להגנה על תקשורת מקוונת, כמו עסקאות בנקאיות. על פי Maldacena ו- Susskind, כמויות גדולות של הסתבכות משנות את הגיאומטריה של זמן החלל ויכולות להוליד חורי תולעת בצורה של חורים שחורים סבוכים. אבל הגרסא שלהם אינה שום שער בין-כוכבי.
"אלה חורי תולעת שלא מאפשרים לך לנסוע מהר יותר מאור", אומר מלדצינה. "עם זאת, הם יכולים לאפשר לך לפגוש מישהו בפנים, עם האזהרה הקטנה ששניהם אז היו מתים במלוא הכובד."
אוקיי, אז חורים שחורים הם בעיה. מה, אם כן, יכול להיות חור חור תולעת? אבי לוב במרכז האסטרופיזיקה של הרווארד-סמיתסוניאן אומר שהאפשרויות שלנו פתוחות לרווחה: "מכיוון שעדיין אין לנו תיאוריה שמאחדת באופן אמין את היחסות הכללית עם מכניקת הקוונטים, איננו יודעים על כל גן החיות של מבני זמן חללים שיכולים להכיל חורי תולעת. "
סטילס מהקרוואן הבין - כוכבי מציג את חללית הסיבולת דמוי הפרחים המתקרבת אל חור התולעת. (תמונות Paramount ובידור האחים וורנר בשיתוף תמונות אגדיות) יש עדיין תקלה. ת'ורן מצא בעבודותיו משנת 1987 כי כל סוג של חור תולעת שעולה בקנה אחד עם תורת היחסות הכללית, יקרוס אלא אם כן הוא יפתח על ידי מה שהוא מכנה "חומר אקזוטי" באנרגיה שלילית. הוא טוען שיש לנו עדויות לחומר אקזוטי בזכות ניסויים המראים כיצד התנודות הקוונטיות בוואקום נראות כמי שמייצרות לחץ שלילי בין שתי מראות המוצבות קרוב מאוד זו לזו. ולוב חושב שהתצפיות שלנו על אנרגיה אפלה הן רמזים נוספים לכך שחומר אקזוטי עשוי להתקיים.
"אנו מבחינים כי במהלך ההיסטוריה הקוסמית האחרונה גלקסיות בורחות מאיתנו במהירות שמתגברת עם הזמן, כאילו התנהגו על ידי כוח המשיכה הדוחה", אומר לוב. "אפשר להסביר את ההתפשטות המואצת הזו של היקום אם היקום מלא בחומר שיש לו לחץ שלילי ... ממש כמו החומר הדרוש ליצירת חור תולעת." שני הפיזיקאים מסכימים, עם זאת, כי תצטרך יותר מדי חומר אקזוטי בכדי שתהולעת תיווצר אי פעם באופן טבעי, ורק תרבות מתקדמת ביותר יכולה אי פעם לקוות לאסוף מספיק מהחומר כדי לייצב חור תולעת.
אך פיזיקאים אחרים אינם משוכנעים. "אני חושב שחור תולעת יציב וניתן לעבור אותו יהיה מאוד מבלבל ונראה לא עולה בקנה אחד עם חוקי הפיזיקה שאנו מכירים, " אומר מלדצינה. סבין הוסנפלדר במכון הנורדי לפיזיקה תיאורטית בשבדיה סקפטית עוד יותר: "יש לנו אינדיקציה מוחלטת לכך שזה קיים. אכן ישנה האמונה הרווחת שהיא לא יכולה להתקיים, שכן אם זה היה עושה את הוואקום היה לא יציב." גם אם היה קיים חומר אקזוטי, הנסיעה בו עשויה להיות לא יפה. ההשפעות המדויקות תלויות בעקמומיות החלל סביב חור התולעת ובצפיפות האנרגיה בפנים, היא אומרת. "זה די כמו עם חורים שחורים: יותר מדי כוחות גאות ושפל ומתפרקים."
למרות קשריו לסרט, ת'ורן גם הוא פסימי כי חור תולעת חוצה הוא אפילו אפשרי, הרבה פחות ניתן לשרוד. "אם הם יכולים להתקיים, אני בספק רב אם הם יכולים להיווצר באופן טבעי ביקום האסטרופיזי", הוא כותב בספר. אבל ת'ורן מעריך שכריסטופר וג'ונה נולן, שכתבו את הכוכבים הבינלאומיים, היו כל כך להוטים לספר סיפור שבסיסו במדע.
"הסיפור הוא בעיקרו של כריס וג'ונה", אמר ת'ורן לוויר בראיון בלעדי. "אבל רוחו, המטרה של לקיים סרט בו המדע משובץ במרקם מההתחלה - וזה מדע נהדר - שנשמר."
