מסע בין כוכבי אפשרי אם נתפרץ למימד גבוה יותר, אומרים מדענים

בסרט בין כוכבים (Interstellar) משנת 2014, האנושות מנצלת חור תולעת ליד שבתאי כדי לנסוע לגלקסיות שונות תוך דקות בחיפוש אחר כוכב לכת חדש שניתן לאיכלוס. באופן דומה, רשת של חורי תולעת מאפשרת לאנשים לקפוץ באופן מיידי בין כוכבי לכת מרוחקים בסדרת המדע הבדיוני סטארגייט (Stargate). הסדרה האייקונית מסע בין כוכבים משופעת בחורי תולעת המחברים בשניות בני אדם וחייזרים על פני חלקים מרוחקים של גלקסיית שביל החלב.

בין אם הם טבעיים ובין אם בנויים, נראה שחורי תולעת הם השער המושלם לחצות מרחקים שאחרת היו לוקחים מאות או אפילו עשרות אלפי שנים לחצותם, אפילו במהירות האור. נראה שחורי תולעת משובצים בכל החלל החיצון כמו מעליות חלל שרק מחכות להאיץ אותנו ליעדים בין-כוכביים. מדענים חושבים שאם נוכל לפרוץ למימד הגבוה יותר שבו כנראה קיימים חורי תולעת, נוכל להפוך את המסע לכוכבים למציאות.

אבל בחיים האמיתיים, חורי תולעת קיימים רק על הנייר. אף טלסקופ, מאיץ חלקיקים או לוויין מרוחק לא סיפקו ראיות לחור תולעת ממשי. עם זאת, המתמטיקה מצביעה על כך שחור תולעת יכול להיות תופעת מרחב-זמן אמיתית כמו חור שחור. אחרי הכל, לפני שישים שנה, חורים שחורים נחשבו לספקולציות טהורות; כעת, יש לנו הוכחות אסטרונומיות עבורם.

באותו אופן, כמה אסטרופיזיקאים חושבים שנוכל לזהות ראיות לחורי תולעת אם הטכנולוגיה שלנו תתקדם מספיק. בשנת 1935, אלברט איינשטיין ועמיתו נתן רוזן הדגימו קונספט באופן מתמטי, שכונה מאוחר יותר גשר איינשטיין-רוזן (Einstein-Rosen bridge), שנבנה על עקרונות תורת היחסות הכללית והצביע על אפשרות של קיצור דרך במרחב הזמן. בשנת 1957, הפיזיקאי ג'ון ארצ'יבלד וילר נתן לקונספט את השם "חור תולעת" עבור עיוות מסוים של המרחב-זמן.

לפי תורת היחסות הכללית, מרחב וזמן שזורים יחד ב"מארג". תכונותיו מכתיבות את התנועות של כל הגופים הבין-כוכביים, כגון כוכבי לכת, כוכבים וגלקסיות, מכיוון שהמסה של העצמים הללו גורמת לכל המרחב-זמן להתעקל. למעשה, עקמומיות זו היא מה שאנו מרגישים ככוח הכבידה. כדי לדמיין מה עושה חור תולעת, דמיינו צעיף עם נמלה בקצה אחד. אורכו של הצעיף אולי מטר וחצי, והנמלה הייתה מבלה כמה דקות בחציית צד אחד לצד השני. כעת דמיינו שאתם מרימים את שני צידי הצעיף ומקפלים אותם כך שהקצוות הנגדיים יהיו קרובים זה לזה. באמצע, הניחו צינור קרטון המחבר בין שני הצדדים. כעת, הנמלה יכולה לחצות את אורך הצעיף בשניות בלבד.

אם הצעיף מייצג את מארג המרחב-זמן, העיוות הקיצוני הזה יגרום לשני מקומות מרוחקים להיצמד ביעילות רבה יותר, מחוברים על ידי גשר המתרחש בממד גבוה יותר - חור התולעת שלנו. אם אתם נוסעים דרך הפורטל הזה, הייתם יוצאים מהצד השני הרבה יותר מהר מאשר אם הייתם נוסעים ב"אורך" הרגיל של מרחב-זמן. תיאוריה אחת אומרת שאם הטכנולוגיה שלנו הייתה משלבת חומר אקזוטי עם חור שחור, אנו עשויים ליצור חור תולעת. חומר אקזוטי הוא היפותטי בשלב זה, המתואר רק במונחים מתמטיים. הוא פועל בדרכים בלתי צפויות, כמו בעל מסה שלילית ופעולה בניגוד לכוח המשיכה. אולי הצד השני של חור שחור, שמושך פנימה כל חומר ואפילו אור, יורק את כולו בצד השני, שאסטרופיזיקאים מכנים לפעמים חור לבן.

הדמיה של חור תולעת בסביבה דו־ממדית

מכיוון שהמרחב והזמן קשורים קשר בל יינתק, מסע בחורי תולעת גורם לא רק לקיצור דרך בחלל, אלא לעיוות רגיל של הזמן. הזמן עשוי להאיץ, להאט, או אפילו לנוע בלולאה, לשים אתכם בנקודה עוד לפני שהתחלתם את המסע שלכם, או לתת לכם את היכולת לבקר את העתיד כאשר אתם מגיחים בצד השני של חור התולעת. המסע אולי נמשך לכם שניות, אבל צופה מבחוץ יכול לחכות שנים כדי לראות אתכם שוב. ככל שתקפלו את המרחב-זמן על עצמו, כך תגיעו מהר יותר לקצה השני של חור התולעת; קפלו מספיק את המרחב-זמן והמסע כולו יהיה כמו לעבור דרך דלת - כמעט באופן מיידי.

למעשה כדי לגשת לחור תולעת, מדענים רוצים לפנות לפיזיקה הקוונטית, חקר האופן שבו היקום מתנהג בקנה מידה הקטן ביותר. עקרונות הפיזיקה הקוונטית גורסים כי כנראה כבר קיימים חורי תולעת מיקרוסקופיים. הם לא מופיעים לאורך זמן, מבצבצים מהיקום כמו בועות סבון, אבל הם תכונה אינהרנטית של חלקיק וירטואלי משוער שנקרא קצף קוונטי (quantum foam). כדי לבנות חור תולעת יציב בגודל מעשי למסעות, ייתכן שטכנולוגיה מתקדמת תצטרך לתפוס את אחד מחורי התולעת המיקרוסקופיים הללו, להגדיל אותו איכשהו, ואז לשמור אותו פתוח למסעות.

נניח שציוויליזציה מתקדמת יוצרת חור תולעת בחלל - משהו שהאסטרופיזיקאי התיאורטי קיפ ת'ורן, אומר שהוא די לא סביר, אבל סביר יותר מאשר חור תולעת יציב וידידותי למסעות שמופיע באופן ספונטני. עכשיו אתם יכולים להתעלם ממגבלת המהירות של היקום, כדי להתקרב לחור התולעת. ועכשיו אתם נתקלים בבעיה הראשונה שלכם.

ככל שמתקרבים, כוח המשיכה ממשיך לעלות. מכיוון שאתם נוסעים בחללית מיוחדת שנבנתה כדי לעמוד בכוחות הכבידה של חור התולעת, אתם יכולים להיכנס בידיעה שהחללית שלכם לא תיגרס. אבל כוחות הגאות בפנים עדיין מנענעים את החללית שלכם. זו הנסיעה הכי מטלטלת אי פעם. בפנים, אתם רואים עיוותים מעולם אחר ואורות מתערבלים סביבכם, עקב עידוש כבידתי, מכיוון שכוח הכבידה כל כך חזק שהוא מכופף כל פיסת אור. כוחות הג'י הקיצוניים לוקחים לכם את הנשימה. אתם חווים תחושות מוזרות עקב העיוות האולטימטיבי של מרחב וזמן.

אתם עוצמים עיניים ומחזיקים מעמד. עכשיו, בעיה נוספת: יש סיכוי טוב שחור התולעת יקרוס. תיאורטית, החומר והאנרגיה הדרושים כדי להחזיק חור פתוח במארג המרחב-זמן אינם מציאותיים, וכל חור תולעת טבעי יתפוצץ ככל הנראה מיד לאחר היווצרותו. למרבה המזל, החייזרים השחילו בחור התולעת הזה חומר אקזוטי כדי לתמוך ולהחזיק אותו פתוח, רעיון שת'ורן ועמיתיו במכון הטכנולוגי של קליפורניה בפסדינה חקרו במאמרם משנת 1988 כיצד חורי תולעת יכולים לאפשר מסע בזמן.

אז איך אתם יודעים איפה הקצה השני מגיח? ומתי? כדי לאפשר מסע בזמן, גזע החייזרים כבר האיץ קצה אחד של חור התולעת קרוב למהירות האור. הקצה השני חווה מעבר זמן שונה מכיוון שהוא נע יחסית לאט יותר. אם נכנסתם דרך הקצה האיטי יותר ואז יצאתם מאותו הקצה האיטי יותר, תוכלו לבקר בעבר. מתי בדיוק אתם מסיימים תלוי כמה מהר נקודת הקצה זזה. מהיר יותר שווה רחוק יותר בזמן. אם לא תיזהרו, נסיעה דרך חור התולעת תציב אתכם בקצה השני בזמן שונה מהצפוי.

לדברי ת'ורן, ששימש כיועץ מדעי בסרט בין-כוכבי, מכניקת הקוונטים יכולה להסביר באופן היפותטי דרך למסע בזמן דרך חור תולעת. עד כה, זה ניסוי מחשבתי שמוביל למסקנה שתאבדו מידע בדרך - לא ממש מעשי.

"אתם נקלעים למה שנקרא פרדוקס השמדת המידע", הוא מסביר. ת'ורן היה רוצה להמשיך לעקוב אחר ההיגיון של הפיזיקה ולראות מה קורה, מכיוון שאנחנו לא באמת יכולים להתנסות עם חורי תולעת היום. אבל מתישהו נוכל, מאמין ת'ורן. בינתיים, הוא אומר, "ניסויי מחשבה פשוטים... יכולים לפעמים לחפור די עמוק בחוקי הטבע".

מקורות:

• קטעים מ- Interstellar Travel Is Possible If We Break Into a Higher Dimension, Scientists Say מאת Popular Mechanics שנכתב ע"י: Manasee Wagh.

• קטעים מ- The Physics of Interstellar Travel מאת mkaku שנכתב ע"י: Dr. Michio Kaku.

• קטעים מ- Interstellar Travel מאת Science Direct