Yukawa modification of Traversable Wormholes supported by Holographic Dark Energy

في أعماق النسيج النظري لكوننا، حيث تحني الجاذبية الزمكان وتشكله في هيئات لا يمكننا حتى تخيلها، يوجد مفهوم استحوذ على العقل البشري لعقود من الزمن: الثقب الدودي القابل للعبور. تخيل نفقًا يربط بين نقطتين متباعدتين في الكون، اختصارًا عبر اتساع الفضاء يمكنه، من الناحية النظرية، أن يسمح للمسافر بالانتقال من نظام نجمي إلى آخر في طرفة عين. وبينما تسمح النسبية العامة، وهي أفضل نظرياتنا للجاذبية، بوجود مثل هذه الهياكل، فإن بناء واحد يتطلب شيئًا غريبًا. فمن أجل إبقاء النفق مفتوحًا ومنعه من الانهيار تحت وطأة وزنه، تفرض قوانين الفيزياء وجود مادة غريبة تدفع نحو الخارج بدلاً من السحب نحو الداخل. هذه "المادة الغريبة" تنتهك قاعدة أساسية تتبعها المادة العادية، وهي قاعدة تنص على أن كثافة الطاقة والضغط يجب أن يجمعهما رقم موجب. ولسنوات، بحث الفيزيائيون عن مصدر لهذه المادة الغريبة، متطلعين نحو القوة الغامضة التي تقود توسع الكون، والمعروفة بالطاقة المظلمة.

في السنوات الأخيرة، برز نوع محدد من الطاقة المظلمة يسمى الطاقة المظلمة الهولوغرافية كمرشح واعد. تشير هذه الفكرة إلى أن طاقة الفضاء الفارغ مرتبطة بحجم الكون نفسه، تمامًا كما تُخزن المعلومات في الهولوغرام على سطح مسطح ولكنها تمثل صورة ثلاثية الأبعاد. وقد وجد الباحثون أنه إذا استخدمت هذا النوع من الطاقة لبناء ثقب دودي، فإنه يمكن أن يعمل، ولكنه غالبًا ما يأتي مع عقبة. فالوصف الرياضي لـ "حلق" الثقب الدودي — وهو الجزء الأضيق من النفق — يميل إلى الانهيار عند المسافات الكبيرة، ليصبح لانهائيًا وغير ممكن فيزيائيًا. ولإصلاح ذلك، نظر العلماء إلى مجال مختلف من الفيزياء: دراسة كيفية تغير القوى عبر المسافات القصيرة. ومن خلال إدخال نوع معين من التصحيح، استُخدم في الأصل لوصف القوى النووية، أملوا في تنعيم هذه اللانهائيات وإنشاء نموذج مستقر وواقعي لثقب دودي.

قام فريق من الباحثين الآن بأخذ هذه الفكرة وتطبيقها على أربعة نماذج مختلفة من الطاقة المظلمة الهولوغرافية. كان هدفهم هو معرفة ما إذا كان إضافة هذا التصحيح القائم على المسافة، والمعروف باسم حد "يوكاوا" (Yukawa term)، يمكن أن يؤدي إلى استقرار الثقب الدودي دون خلق مشكلات جديدة. لقد فحصوا كيف أثر هذا التعديل على كثافة الطاقة، والضغط، واستقرار النفق. جاءت النتال متباينة بين النجاح والقصور. فعندما طبقوا التصحيح على النموذج الأكثر معيارية للطاقة المظلمة الهولوغرافية، وجدوا أنه لم يحل المشكلات تلقائيًا؛ وتحديدًا، فإن حالة واحدة معينة من ملف "بيكنشتاين-هوكينج" التي شوهها حد "يوكاوا" لا تزال تعاني من تطرف في معامل معادلة الحالة عند المسافات الكبيرة. ولعلاج هذا التطرف، اضطر الباحثون إلى إدخال تعديل محدد عند المسافات الكبيرة، لضمان الحصول على نتيجة محدودة. وهذا يعني أن شرط "انعدام قوة المد والجزر"، الذي يضمن عدم تمدد المسافر أو سحقه بفعل الجاذبية، لا يمكن فرضه إلا في منطقة واسعة جدًا ولكن محدودة للغاية من الزمكان. وبعيدًا عن تلك الحدود، كان لزامًا على الفيزياء أن تتغير قليلًا للحفاظ على الأرقام محدودة. علاوة على ذلك، حتى في هذه الحالة الناجحة، فإن إيجابية مصدر الطاقة تظل مقيدة بمنطقة زمكانية محددة وصغيرة، بدلاً من الامتداد بلا نهاية.

أصبحت القصة أكثر تعقيدًا عندما اختبر الفريق النماذج الثلاثة الأخرى. في حالتين من هذه الحالات، ساعد تصحيح "يوكاوا"، ولكن لفترة قصيرة فقط. فبالقرب من حلق الثقب الدودي، ظلت كثافة الطاقة موجبة، وهو مؤشر جيد. ولكن مع التحرك بعيدًا، انقلبت كثافة الطاقة لتصبح سالبة. وهذا يعني أنه بينما يمكن لهذه النماذج دعم ثقب دودي في جوار صغير، فإنها ستتطلب كمية كبيرة من الطاقة السالبة لكي توجد، مما يحول متطلب المادة الغريبة فعليًا إلى نسخة أكثر تطرفًا من نفسها. أما النموذج الرابع، وهو نموذج كثافة الطاقة المختلطة، فقد كان الأسوأ حالًا. في هذا السيناريو، كانت كثافة الطاقة سالبة في كل مكان، من الحلق وصولًا إلى حافة الكون. ويشير هذا إلى أنه بالنسبة لهذا النوع المحدد من الطاقة المظلمة، لا يحل تصحيح "يوكاوا" مشكلة الحاجة إلى المادة الغريبة؛ بل يجعل الحاجة إلى الطاقة السالبة أكثر انتشارًا.

كما درس الباحثون عن كثب تجربة المسافر الذي يتحرك عبر هذه الأنفاق النظرية. فقد حسبوا الوقت الذي سيستغرقه العبور والقوى التي سيشعر بها الإنسان. ووجدوا أنه إذا بُني الثقب الدودي وفقًا لنموذجهم الأكثر نجاحًا، فيمكن للمسافر المرور دون أن يتمزق بفعل قوى المد والجزر، بشرط أن يتحرك بسرعة معقولة. والوقت المستغرق لعبور مثل هذا النفق، وتحديدًا عبر مسافة تبلغ حوالي 10,000 ضعف نصف قطر حلق الثقب الدودي، سيكون محدودًا ويمكن إدارته، حيث يُقاس بالساعات أو الأيام بدلاً من الدهور. ومع ذلك، سلطت الدراسة الضوء أيضًا على مقايضة دقيقة. فالآلية ذاتها التي أصلحت المشكلات اللانهائية عند المسافات الكبيرة — وهي التعديل الرياضي لكثافة الطاقة — أدخلت نوعًا جديدًا من الطاقة السالبة. ويبدو أن الرغبة في الحصول على حل رياضي نظيف ومعادلات مغلقة تجبر الكون على دفع الثمن في شكل كثافة طاقة سالبة عند المقاييس الكبيرة، باستثناء الحالة الوحيدة التي كان فيها ملف الطاقة الأصلي بسيطًا بما يكفي للتعامل مع التصحيح بشكل طبيعي.

في النهاية، لا يثبت هذا العمل وجود الثقوب الدودية أو أننا نستطيع بناءها غدًا. بدلاً من ذلك، فإنه يصقل فهمنا للقواعد الرياضية التي قد تحكمها. تشير الدراسة إلى أنه بينما تعد الطاقة المظلمة الهولوغرافية مصدرًا قابلًا للتطبيق لهذه الاختصارات الكونية، فإن التفاصيل تهم للغاية. إن تغييرًا طفيفًا في نوع الطاقة المظلمة أو في طريقة تفاعلها مع الجاذبية يمكن أن يشكل الفرق بين نفق مستقر وقابل للعبور وبين هيكل ينهار أو يتطلب كميات مستحيلة من الطاقة السالبة. والنتيجة الأكثر تشجيعًا هي أن وجود ثقب دودي مستقر ذي طاقة موجبة هو أمر ممكن رياضيًا، ولكنه بناء دقيق، يتطلب ظروفًا محددة للغاية لإبقاء النفق مفتوحًا والحفاظ على سلامة المسافر. يبدو أن الكون يسمح بهذه الاختصارات، ولكن فقط إذا خلطت المكونات بعناية فائقة.