کرمچالههای میکروسکوپی — تونلهایی در خود فضا‑زمان — شاید صرفاً بخشی از داستانهای علمیتخیلی نباشند.
سارا تالبی
در مطالعهای که بهتازگی در Physical Review D منتشر شد، دانشمندان یونانی پیشنهاد میکنند که نانو‑کرمچالهها میتوانند به حل یکی از معماییترین مشکلات کیهانشناسی مدرن کمک کنند: عدم تطابق بین گسترش مشاهدشدهٔ کیهانی و پیشبینیهای نظری. این ویژگیهای ریز فضا‑زمان میتوانند پیوند گمشدهای بین جاذبه، انرژی تاریک و ساختار بنیادی جهان فراهم آورند.
ایده حول یک مسئلهٔ دائم میچرخد: ثابت کیهانی که نرخ گسترش جهان را توصیف میکند، بین دادههای مشاهداتی و نظریه میدانهای کوانتومی تطابق ندارد. در حالی که مدلهای کوانتومی مقداری پیشبینی میکنند که تا ۱۲۰ مرتبه از مقدار واقعی بزرگتر است، شواهد اندازهگیری نشان میدهند که مقدار بسیار کوچکتری وجود دارد. این عدم تطابق برای دههها مباحثههای زیادی را بهوجود آورده است.
اکنون، با معرفی یک عبارت ریاضی پیچیده — عبارت گاوس‑بونِت — و در نظر گرفتن امکان وجود کرمچالهها، پژوهشگران ادعا میکنند که میتوانند این فاصله را بدون بازنویسی قوانین فیزیک پر کنند.
منظرهٔ خشنتر کیهانی
فرضیهٔ اصلی این پژوهش این است که شاید جهان بسیار کمتر صاف باشد نسبت به آنچه پیش از این تصور میشد. تیم یونانی مدل «نابسامانتر» گرانش را پیشنهاد میکند — مدلی که در آن کرمچالههای میکروسکوپی و اینستنتونها فضا‑زمان را سوراخ میکنند و یک منظرهٔ پویا میسازند. این تغییر نگرش میتواند عدمنظمیهای گسترش کیهانی را بدون تکیه صرف بر انرژی تاریک توجیه کند.
به گفتهٔ Popular Mechanics، مقاله توضیح میدهد که تغییر عبارت گاوس‑بونِت بر روی منیفلدی که بهدلیل کرمچالهها دچار تغییر میشود، صفر نیست. این تغییر پیامدهایی دارد: بهطور طبیعی «ثابت کیهانی مؤثر.» این ثابت میتواند بسته به فعالیت کرمچالهها در طول زمان تغییر کند و شاید توضیح دهد که چرا نرخ گسترش جهان بهنظر میرسد در حال شتاب گرفتن است.
ادغام این تغییرات نیازی به اختراع فیزیک جدید از نو ندارد. در عوض، این چارچوب بهصورت ظریف مدلهای موجود را با پذیرش اینکه کرمچالهها ممکن است بخشی از فوم کوانتومی — ساختار زیر میکروسکوپی فضا‑زمان که در مقیاسهای بسیار کوچک رفتارهای پیشبینیناپذیر دارد — باشند، اصلاح میکند.
۱۰ پتریلیون کرمچاله در هر متر مکعب
یکی از جنبههای شگفتانگیز این مطالعه، چگالی تخمینزدهشدهٔ کرمچالههاست. برای کارآیی مدل خود، دانشمندان پیشنهادی میکنند که در هر متر مکعب در هر ثانیه تقریباً ۱۰¹۶ (معادل ده پتریلیون) کرمچاله میکروسکوپی شکل میگیرد. این عدد ممکن است شگفتآور بهنظر برسد، اما طبق نظر پژوهشگران، هنوز در چارچوب فیزیک نظری کنونی جای دارد.
این کرمچالهها در مقیاسهایی بسیار فراتر از ادراک انسانی فعالیت میکنند و در ساختار پرآشوب فوم کوانتومی جای میگیرند. بهجای اینکه تونلهای بزرگی برای انتقال ماده باشند، ممکن است شبیه سوراخهای ریز — تحریفات لحظهای در منیفلد فضا‑زمان — باشند. این ویژگیها، در حالی که نادیدنی و بهطرز شگفتآوری کوتاهمدتاند، میتوانند بهصورت تجمعی تأثیر کافی برای شکلدادن به رفتار انرژی تاریک در سراسر جهان داشته باشند.
نتیجهگیری شگفتانگیزی به دست میآید: ثابت حاکم بر گسترش جهان ممکن است ثابت نباشد، بلکه حاصل پویا از رویدادهای آشوبدار در مقیاس کوانتومی باشد. این رویکرد انرژی تاریک را نه بهعنوان یک معمای منفرد، بلکه بهعنوان یک اثر ناشی از هندسهٔ پیچیدهٔ گرانشی بازتعریف میکند.
کرمچالهها بدون پارادوکس
این ایده که کرمچالهها جدید نیستند. آنها از دیرباز بهعنوان راههای میانبر در فضا‑زمان پیشبینی شدهاند و بهصورت مکرر در داستانهای علمیتخیلی به تصویر کشیده میشوند. آنچه این پژوهش را متمایز میسازد، تمرکز بر کرمچالهها به عنوان ویژگیهای منفعل است؛ نه بهعنوان ابزارهای سفر یا ارتباط.
بر اساس مقالهٔ اصلی، این کرمچالهها ممکن است بهکلّی شبیه تونلها نباشند. در عوض، میتوانند بهصورت سوراخهای ساده یا چینخمهای در فضای برابعدی باشند — اثری که فضا‑زمان را تحت تأثیر قرار میدهد بدون این که قابل مشاهده باشد. نظریهٔ منیفلد، ابزاری ریاضی برای درک سطوح پیچیده، به دانشمندان امکان میدهد این پدیدهها را در ابعاد برابعدی مدلسازی کنند و راهی برای نمایش آنها فراهم میآورد حتی اگر بهصورت مستقیم قابل رؤیت نباشند.
مطالعه نشان میدهد که حتی در وضعیت ناپایدار و آشوببار خود، کرمچالهها میتوانند بر جنبههای قابلاندازهگیری جهان تأثیر بگذارند. با تغییر توپولوژی منیفلد، آنها تحریف تجمعی ایجاد میکنند که میتواند اختلافات مشاهدات کیهانی را توضیح دهد. حضور آنها میتواند به سازگارسازی گرانش در مقیاسهای کیهانی با مکانیک کوانتومی کمک کند — چالشی که از دیرباز در فیزیک مطرح بوده است.