รูหนอนอวกาศ การเคลื่อนผ่านทางทฤษฎี

รูหนอนอวกาศ สิ่งลึกลับที่หลายคนอยากหาคำตอบ ว่าข้างในนั้นมีอะไร

รูหนอนอวกาศ รูหนอนเป็นวิธีแก้ปัญหาพิเศษ ของสมการที่อธิบาย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ของ ไอน์สไตน์ ที่เชื่อมจุดสองจุด ที่ห่างไกลในอวกาศหรือเวลาผ่านอุโมงค์ รูหนอนนั้นจะเป็น นิยายวิทยาศาสตร์หรือข้อเท็จจริง ในภาพยนตร์เรื่อง Contact 1997 Jodie Foster เดินทางไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นโดยใช้รูหนอน

ใน Thor 2011 มีการใช้รูหนอนเพื่อเดินทางระหว่างโลกและแอสการ์ด และในภาพยนตร์ Interstellar 2014 Matthew McConaughey และ Anne Hathaway ใช้รูหนอนเพื่อเดินทางไปยังบริเวณที่ไกลที่สุดของจักรวาลเพื่อค้นหาดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้

การแสดงภาพรูหนอนและ การเดินทางข้ามดวงดาว ของฮอลลีวูดยังคงดึงดูดใจนักวิทยาศาสตร์และผู้ที่ชื่นชอบอวกาศอย่างต่อเนื่อง แต่รูหนอนคืออะไรและทำงานอย่างไร ดังนั้นเรามาหาคำตอบด้วยกัน

ทฤษฎีรูหนอน ตั้งสมมติฐานว่า คือการเคลื่อนผ่านทางทฤษฎี

ซึ่งเป็น ทฤษฎีผ่านกาลอวกาศ สามารถสร้างทางลัดสำหรับการเดินทางระยะไกลข้ามจักรวาลได้ รูหนอนคาดเดาโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่ขอเตือนไว้ก่อนว่า รูหนอนทำให้เกิดอันตรายจากการยุบตัวกะทันหัน การแผ่รังสีสูง และการสัมผัสกับวัตถุแปลกปลอมที่เป็น อันตราย

ตามหลักการแล้ว ความยาวของอุโมงค์นี้จะสั้นกว่าระยะห่างระหว่างจุดสองจุดนั้น ทำให้รูหนอนเป็นทางลัดชนิดหนึ่ง ถึงแม้ว่าพวกมันจะเป็นแก่นของนิยายวิทยาศาสตร์และได้รวบรวมจินตนาการอันโด่งดัง แต่เท่าที่เรารู้ รูหนอนเป็นเพียงสิ่งสมมุติเท่านั้น พวกมันเป็นคำตอบที่ถูกต้องตามกฎหมายสำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยคิดหาวิธีที่จะรักษารูหนอนที่เสถียรในจักรวาลที่แท้จริง

วิธีแก้ปัญหารูหนอนที่ง่ายที่สุดถูกค้นพบโดย Albert Einstein และ Nathan Rosen ในปี 1935 ซึ่งเป็นสาเหตุที่บางครั้งเรียกว่า “สะพาน Einstein-Rosen Einstein และ Rosen เริ่มต้นด้วยการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ของหลุมดำซึ่งประกอบด้วยภาวะเอกฐาน จุดที่มีความหนาแน่นอนันต์ และขอบฟ้าเหตุการณ์

จากข้อมูลของ The Physics of the Universe พวกเขาพบว่าพวกเขาสามารถขยายวิธีแก้ปัญหานี้ให้รวมเอาขั้วที่ตรงข้ามกับหลุมดำเข้าไปด้วย นั่นคือ หลุมสีขาว หลุมสีขาวในสมมุติฐานเหล่านี้ยังมีภาวะเอกฐาน แต่พวกมันทำงานตรฃข้ามหลุมดำ จะไม่มีสิ่งใดสามารถเข้าสู่ขอบเวลาของหลุมสีขาวได้

และวัสดุใดๆ ภายในหลุมสีขาวจะถูกขับออกมาทันที Einstein และ Rosen พบว่าในทางทฤษฎีทุกๆ หลุมดำ จับคู่กับ หลุมขาว เพราะว่าสองรูจะอยู่ในที่แยกจากกันในอวกาศอุโมงค์รูหนอน จะเป็นสะพานเชื่อมทั้งสองฝาก

รูหนอนที่สร้างขึ้นจากหลุมดำและขาวคู่หนึ่งจะไม่มีประโยชน์อะไรมากนัก

ประการหนึ่ง หลุมสีขาวจะไม่เสถียร หากคุณจะปล่อยอนุภาคไปทางขอบเวลาของหลุมสีขาว อนุภาคนั้นจะไม่มีวันไปถึงขอบ เพราะไม่มีสิ่งใดสามารถเข้าไปในรูสีขาวได้ ดังนั้นพลังงานของระบบก็จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนหมดสิ้น ในที่สุดก็ระเบิดหลุมสีขาว ประการที่สอง แม้ว่าจะมี ยานอวกาศต่างดาว หลุมสีขาวอยู่ แต่วิธีเดียวที่จะเข้าไปในรูหนอนชนิดนี้ได้ คือ การข้ามขอบเวลาของหลุมดำที่อยู่อีกด้านหนึ่ง แต่เมื่อวัตถุข้ามไปแล้ว มันก็จะไม่มีวันออกไป ดังนั้นวัตถุสามารถเข้าไปในรูหนอนได้ แต่ไม่เคยหนีออกไป สุดท้าย ตัวรูหนอนเองจะไม่เสถียร โฟตอนเดียวหรืออนุภาคของแสงที่ลอดผ่านอุโมงค์รูหนอนจะทำให้เกิดพลังงานมากมายแก่ระบบจนอุโมงค์จะแตกเป็นชิ้น ทำลายรูหนอนในที่สุด

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของรูหนอนในทางคณิตศาสตร์

แต่ยังไม่มีใครค้นพบจนถึงปัจจุบัน หลุมหนอนที่มีมวลเป็นลบอาจถูกตรวจพบโดยวิธีที่แรงโน้มถ่วงของมันส่งผลต่อแสงที่ผ่านไป คำตอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปบางข้อยอมให้มีรูหนอนซึ่งแต่ละปากเป็นหลุมดำ อย่างไรก็ตาม หลุมดำที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งเกิดจากการยุบตัวของดาวฤกษ์ที่กำลังจะตาย ไม่ได้สร้างรูหนอนขึ้นมาโดยตัวมันเอง ส่วนประกอบหลักในการทำให้รูหนอนมีเสถียรภาพคือสิ่งที่เรียกว่า สสารแปลกปลอม หรือสสารบางรูปแบบที่มีมวลเป็นลบ น่าเสียดายสำหรับรูหนอนดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยพบหลักฐานว่ามีมวลเป็นลบ และจะละเมิดการอนุรักษ์โมเมนตัม ซึ่งระบุว่า โมเมนตัม ควรคงที่หากไม่มีการใช้แรง วัตถุมวลลบที่วางอยู่ข้างวัตถุมวลบวกจะเร่งความเร็วทันทีโดยไม่มีแหล่งพลังงาน

นิยายวิทยาศาสตร์เต็มไปด้วยเรื่องราวการเดินทางผ่านรูหนอน

แต่ความเป็นจริงของการเดินทางแบบนั้นมันซับซ้อนกว่านั้น และไม่ใช่เพียงเพราะเรายังหาไม่เจอปัญหาแรกคือขนาด คาดว่ารูหนอนดึกดำบรรพ์จะอยู่ที่ระดับจุลทรรศน์ประมาณ 10–33 เซนติเมตร อย่างไรก็ตาม เมื่อเอกภพขยายตัว เป็นไปได้ว่าบางส่วนอาจถูกขยายให้ใหญ่ขึ้น ปัญหาอีกประการหนึ่งมาจากความเสถียร รูหนอน Einstein-Rosen ที่คาดการณ์ไว้จะไม่มีประโยชน์สำหรับการเดินทางเพราะมันพังทลายอย่างรวดเร็ว ซึ่งต้องการสสารที่แปลกใหม่มากเพื่อทำให้รูหนอนเสถียร และยังไม่ชัดเจนว่าสสารดังกล่าวมีอยู่ในจักรวาลหรือไม่ แต่ผลการวิจัยล่าสุดพบว่า รูหนอนที่มีสสารแปลกใหม่ สามารถเปิดอยู่และไม่เปลี่ยนแปลงได้เป็นระยะเวลานานขึ้น สสารแปลกปลอม ซึ่งไม่ควรสับสนกับสสารมืดหรือปฏิสสาร มีความหนาแน่นของพลังงานเชิงลบและแรงดันลบจำนวนมาก สสารดังกล่าวมีให้เห็นในพฤติกรรมของสภาวะสุญญากาศบางอย่างเท่านั้น ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีสนามควอนตัม หากรูหนอนมีสิ่งแปลกปลอมเพียงพอ ไม่ว่าจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือเติมเข้าไปในทางทฤษฎี ก็สามารถใช้เป็นวิธีการส่งข้อมูลหรือนักเดินทางผ่านอวกาศตามหลักวิชา

น่าเสียดายที่การเดินทางของมนุษย์ผ่านอุโมงค์อวกาศอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย ในขณะที่การเพิ่มวัตถุแปลกปลอมลงในรูหนอนอาจทำให้ผู้โดยสารมีเสถียรภาพจนถึงจุดที่ผู้โดยสารของมนุษย์สามารถเดินทางผ่านได้อย่างปลอดภัย เทคโนโลยีในปัจจุบันไม่เพียงพอที่จะขยายหรือทำให้รูหนอนเสถียร แม้ว่าจะพบพวกมันก็ตาม หากมีรูหนอนเช่นนี้อยู่จริง คงดูแปลกมาก ทางเข้าจะเป็นทรงกลมเหมือนพื้นผิวของดาวเคราะห์ หากมองเข้าไปจะเห็นแสงเข้ามาจากอีกด้าน อุโมงค์รูหนอน จะมีความยาวเท่าใดก็ได้ และในขณะที่เดินลงอุโมงค์ คุณจะเห็นมุมมองที่บิดเบี้ยวของพื้นที่จักรวาลที่คุณมาจากและภูมิภาคที่คุณกำลังเดินทางไป ตามทฤษฎีแล้ว รูหนอนสามารถทำหน้าที่เป็นไทม์แมชชีนได้เช่นกัน

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษกำหนดให้นาฬิกาเคลื่อนที่ทำงานช้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง คนที่วิ่งไปรอบๆ ด้วยความเร็วเกือบเท่าแสงจะไม่ก้าวไปสู่อนาคตของตัวเองเร็วเท่ากับคนที่ยืนอยู่เฉยๆ หากนักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างรูหนอนได้ ตอนแรกปลายทั้งสองข้างจะประสานกันทันเวลา แต่ถ้าปลายข้างหนึ่งถูกเร่งให้เร็วจนเกือบเท่าแสง ปลายนั้นจะเริ่มล้าหลังอีกข้างหนึ่ง ทางเข้าทั้งสองทางสามารถนำมารวมกันได้ แต่แล้วหนึ่งในทางเข้าก็จะกลายเป็นอดีตของอีกทางหนึ่ง ตามที่นักฟิสิกส์ MIT Andrew Friedman หากต้องการย้อนเวลากลับไป คุณจะต้องเดินผ่านปลายด้านหนึ่ง เมื่อคุณออกจากรูหนอน คุณจะกลายเป็นอดีตของคุณเอง

ขณะนี้ยังไม่มีวิธีสร้างรูหนอนที่เป็นที่รู้จัก และรูหนอนเป็นเพียงการสมมุติเท่านั้น

แม้ว่าสิ่งแปลกปลอมไม่น่าจะมีอยู่จริง แต่อาจมีอีกวิธีหนึ่งในการทำให้รูหนอนเสถียร นั่นคือ พลังงานเชิงลบ สุญญากาศของกาลอวกาศเต็มไปด้วยสนามควอนตัม ซึ่งเป็นหน่วยสร้างควอนตัมพื้นฐานที่ก่อให้เกิดแรงและอนุภาคที่เราสัมผัส และสนามควอนตัมเหล่านี้มีปริมาณพลังงานที่แท้จริง เป็นไปได้ที่จะสร้างสถานการณ์ที่พลังงานควอนตัมในภูมิภาคหนึ่ง นั้นต่ำกว่าสภาพแวดล้อมโดยรอบ ทำให้พลังงานนั้นเป็นลบในพื้นที่นั้น พลังงานเชิงลบ ดังกล่าวมีอยู่ในโลกแห่งความเป็นจริงในรูปของ ปรากฏการณ์คาซิเมียร์ ซึ่งพลังงานควอนตัมเชิงลบระหว่างแผ่นโลหะคู่ขนานกันทำให้เพลตดึงดูดได้ แต่ไม่มีใครรู้ว่าพลังงานควอนตัมเชิงลบนี้สามารถนำมาใช้เพื่อทำให้รูหนอนเสถียรหรือไม่ มันอาจไม่ใช่พลังงานเชิงลบด้วยซ้ำ เพราะมันเป็นเพียงเชิงลบที่สัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมรอบๆเท่านั้น ไม่ใช่ในทางสัมบูรณ์ รูหนอนอาจเกิดขึ้นตามธรรมชาติที่มาตราส่วนขนาดเล็กมากในควอนตัมโฟม ซึ่งเป็นลักษณะการม้วนตัวของกาลอวกาศที่เกล็ดที่เล็กที่สุดเนื่องจากพลังงานควอนตัมเดียวกันนั้น ในกรณีนั้น รูหนอนอาจจะโผล่เข้าและออกจากการดำรงอยู่อย่างต่อเนื่อง แต่อีกครั้ง ไม่ชัดเจนว่าจะขยายรูหนอนเหล่านั้นอย่างไรให้มีขนาดใหญ่พอที่คุณจะสามารถเดินผ่านเข้าไปได้ และทำให้มันมั่นคง

อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ยังคงสำรวจแนวคิดนี้เป็นวิธีการเดินทางในอวกาศด้วยความหวังว่าเทคโนโลยีจะสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ในที่สุด

หลุมดำ วัตถุแห่งจักรวาลที่มีแรงโน้มถ่วงรุนแรงอย่างยิ่ง

ซึ่งไม่มีสิ่งใดแม้แต่แสงก็หนีพ้นได้ หลุมดำสามารถเกิดขึ้นได้จากการตายของดาวมวลมาก เมื่อดาวฤกษ์ดวงดังกล่าวได้ทำให้ เชื้อเพลิงเทอร์โมนิวเคลียร์ ภายในแกนของมันหมดลงเมื่อสิ้นอายุขัย แกนกลางจะไม่เสถียรและแรงโน้มถ่วงจะยุบตัวเข้าหาตัวมันเอง และชั้นนอกของดาวก็ปลิวไป น้ำหนักการบดอัดของสสารที่เป็นส่วนประกอบตกลงมาจากทุกด้านจะบีบอัดดาวที่กำลังจะตายจนถึงจุดที่มีปริมาตรเป็นศูนย์และความหนาแน่นอนันต์ที่เรียกว่าภาวะภาวะภาวะเอกฐาน

รายละเอียดของโครงสร้างของหลุมดำคำนวณจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอสไตน์

ภาวะเอกฐานประกอบขึ้นจากศูนย์กลางของหลุมดำและถูกซ่อนโดยพื้นผิวของวัตถุที่ขอบเวลา ภายในขอบเวลา ความเร็วหลบหนี กล่าวคือ ความเร็วที่จำเป็นสำหรับสสารหนีจากสนามโน้มถ่วงของวัตถุจักรวาล เกินความเร็วของแสง ดังนั้นแม้แต่รังสีของแสงก็ไม่สามารถหลบหนีเข้าไปในอวกาศได้ รัศมีของขอบ้วลาเรียกว่ารัศมี Schwarzschild หลังจากที่นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน Karl Schwarzschild ซึ่งในปี 1916 คาดเดาการมีอยู่ของวัตถุดาวฤกษ์ที่ยุบตัวและไม่ปล่อยรังสี ขนาดของรัศมี Schwarzschild เป็นสัดส่วนกับมวลของดาวที่ยุบตัว สำหรับหลุมดำที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 10เท่า รัศมีจะอยู่ที่ 30กม เฉพาะดาวฤกษ์ที่มีมวลมากที่สุดเท่านั้น ที่มีมวลมากกว่าสามเท่าของดวงอาทิตย์ กลายเป็นหลุมดำเมื่อสิ้นสุดชีวิต ดาวที่มีมวลน้อยกว่าจะพัฒนาเป็นวัตถุบีบอัดน้อยกว่า ไม่ว่าจะเป็นดาวแคระขาวหรือดาวนิวตรอน

หลุมขาว หลุมขาวเป็นบริเวณจักรวาลตามทฤษฎีซึ่งทำงานตรงกันข้ามกับหลุมดำ

เฉกเช่นไม่มีสิ่งใดสามารถหนีจากหลุมดำได้ ไม่มีอะไรสามารถเข้าไปในหลุมขาวได้ หลุมขาวเป็นที่เชื่อกันมานานว่าเป็นผลพวงของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่เกิดจากสมการเดียวกันกับหลุมดำพี่น้องดาวที่ยุบตัวของพวกมัน อย่างไรก็ตาม ไม่นานมานี้ นักทฤษฎีบางคนได้ถามว่ากระแสคู่ของกาลอวกาศอาจเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกันได้หรือไม่ วัตถุในหลุมสีขาวสามารถออกไปและโต้ตอบกับโลกภายนอกได้ แต่เนื่องจากไม่มีสิ่งใดเข้าไปได้ ภายในจึงถูกตัดขาดจากอดีตของจักรวาล ไม่มีเหตุการณ์ภายนอกไหนที่จะส่งผลกระทบต่อภายในได้

ประเภทของรูหนอน ที่สามารถอธิบายได้ในทางทฤษฎี

รูหนอนมีหลายประเภทและหลายชื่อพอๆ กับที่นักวิทยาศาสตร์ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับพวกมัน เมื่อมีการเผยแพร่และยอมรับทฤษฎีใหม่เกี่ยวกับรูหนอน ชื่อเพิ่มเติมสำหรับพวกเขาจึงถูกสร้างขึ้น นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเช่น Schwartzchild, Lorentz, Morris, Thorne, Ellis และ Visser ต่างก็มีหนอนที่ตั้งชื่อตามความคิดของพวกเขา แม้ว่าจะมีแนวคิดมากมายเกี่ยวกับประเภทและหน้าที่ที่แตกต่างกันของรูหนอน แต่ก็มีรูหนอนหลักอยู่ 6 ประเภทที่นักวิทยาศาสตร์เห็นด้วย

1. เดินทางได้ – นี่คือรูหนอนที่เราคุ้นเคยมากที่สุดในนิยายวิทยาศาสตร์ รูหนอนที่เคลื่อนที่ได้คือสิ่งที่เราสามารถผ่านจากจุดหนึ่งในจักรวาลไปยังอีกจุดหนึ่งได้

2. ไม่สามารถทะลุผ่านได้ – นี่คือรูหนอนที่ไม่มีสิ่งใดสามารถทะลุผ่านได้ เนื่องจากรูหนอนทรุดตัวลง มีเพียงจุดเริ่มต้น แต่ไม่มีทางออก หรือบุคคลหรืออนุภาคที่เข้ามาจะถูกทำลายก่อนที่จะไปถึงอีกด้านหนึ่ง

3. ทางเดียว ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถเดินทางได้เพียงครั้งเดียว และคุณจะต้องมีรูหนอนแยกต่างหากสำหรับการเดินทางกลับ
หลุมดำ – ใช่ จริงๆแล้ว หลุมดำเป็นประเภทของรูหนอนทางเดียว อะไรก็ตามที่เข้าไปในหลุมดำได้ แต่ด้วยแรงโน้มถ่วงอย่างแรงจึงไม่มีอะไรหนีพ้น
หลุมขาว – พวกเราส่วนใหญ่ไม่เคยได้ยินหลุมขาวซึ่งอยู่ตรงข้ามกับหลุมดำ ไม่มีอะไรสามารถเข้าไปในหลุมขาวได้

4. รูหนอนสองทางคือรูหนอนแบบไปกลับที่ทำให้คุณเดินทางกลับผ่านรูหนอนเดียวกันได้

5. รูหนอนภายในจักรวาลตั้งอยู่ในจักรวาลของเราเองและใช้สำหรับเดินทางจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในจักรวาลของเรา

6. รูหนอนระหว่างจักรวาลเชื่อมต่อจากจักรวาลของเรากับอีกจักรวาลคู่ขนาน

อย่างไรก็ตาม รูหนอนทั้ง 6 ประเภทนี้มักไม่ค่อยจำแนกตามลำพัง ตัวอย่างเช่น รูหนอนแบบทางเดียว สามารถข้ามได้หรือข้ามไม่ได้ รูหนอนระหว่างจักรวาลสามารถเป็นแบบทางเดียวหรือสองทางได้

รูหนอนในอุดมคติสำหรับการเดินทาง และที่เราเห็นบ่อยที่สุดในนิยายวิทยาศาสตร์คือรูหนอนที่เคลื่อนที่ได้สองทางภายในจักรวาล รูหนอนนี้จะช่วยให้นักเดินทางสามารถเดินทางได้ อยู่ในจักรวาลของเรา และใช้รูหนอนเดียวกันสำหรับการเดินทางกลับ

การเดินทางเข้าสู่ รูหนอนอวกาศ อาจจะเป็นเรื่องที่ ยังไกลไปสำหรับอนาคต แต่อีกไม่นานคงไม่แน่

เรื่องรูหนอนนี้มันชั้งน่าสนใจมากเลย ถ้ารูหนอนเหล่านี้มีจริงมันก็คงจะดีสำหรับพวกเรามาก ในการเดินทางไปในอวกาศ ซึ่งมันจะทำให้มวลมนุษย์อย่างเรานั้นสามารถเดินทางไปได้ทุกที่ ไม่ว่าจะเป็นกาแล็กซีที่ไกลโพ้น หรือจะเป็นการข้ามเวลา

อย่างไรก็ตาม ทุกอย่างนั้น ถือว่าเป็นทฤษฎี ที่สามารถนำไปสู่ความจริงได้ ดังนั้น เราต้องติดตาม เว็บดูบอลสดฟรี ต่อไป ในเรื่องของทางวิทยาศาสตร์ แล้วเราก็จะได้รู้ความจริง เกี่ยวกับจักรวาลที่กว้างใหญ่มากขนาดนี้ได้นั่นเอง