پنج فرضیه علمی تخیلی که از نظر تئوری امکان‌پذیرند

رمان‌ها و فیلم‌های علمی‌تخیلی با ایده‌هایی دور از ذهن همراه‌ هستند که اغلب به ماجراجویی‌های مهیج شباهت دارند تا تلاش برای پیش‌بینی جدی آینده علم و فناوری. برخی از ایده‌های متداول مثل شتاب‌گرفتن فضاپیما فقط در چند ثانیه بدون متلاشی‌‌شدن خدمه بر‌اساس قوانین فیزیکی‌ای که می‌شناسیم، غیرممکن هستند. با‌این‌حال، این قوانین می‌توانند برخی از مفاهیم دیگر را حداقل از دیدگاه تئوری ثابت کنند. فرضیه‌هایی مثل کرم‌چاله‌ها و جهان‌های موازی از این دسته هستند. در این مطلب، به چند فرضیه علمی‌تخیلی اشاره می‌کنیم که حداقل از نظر تئوری امکان‌پذیر هستند:

کرم‌چاله به‌معنی میان‌بری در فضا است که امکان سفر لحظه‌ای بین دو نقطه دوردست از جهان را فراهم می‌کند. به‌نظر می‌رسد کرم‌چاله، تنها به رمان‌های علمی‌تخیلی محدود باشد؛ اما سال‌ها قبل با فرضیه‌‌ای به نام پل اینشتین‌روزن به‌عنوان مفهوم تئوری جدی مطرح شده بود. کرم‌چاله برگرفته از نظریه نسبیت عام اینشتین است. بر‌‌اساس این نظریه، جاذبه همان خمیدگی فضا‌زمان است که اجرام سنگین آن را به‌وجود می‌آورد.

اینشتین با همکاری فیزیک‌دانی به نام ناتان روزن در سال ۱۹۳۵ این فرضیه را مطرح کرد که نقاط دارای گرانش قوی مثل سیاهچاله‌ها را می‌توان به یکدیگر وصل کرد و بدین‌ترتیب، فرضیه کرم‌چاله‌ها متولد شد. نیروهای اطراف سیاهچاله می‌توانند هر چیزی که به آن نزدیک می‌شوند، نابود کنند؛ در‌نتیجه فرضیه عبور از کرم‌چاله‌ها تا دهه ۱۹۸۰ جدی گرفته نشد. در آن زمان، اخترفیزیک‌دانی به نام کارل ساگان تصمیم گرفت رمانی علمی‌تخیلی را با این موضوع بنویسد.

به‌نقل از BBC، ساگان همکار فیزیک‌دان خود، کیپ ثورن را هم تشویق کرد تا راهی امکان‌پذیر برای سفر میان‌ستاره‌ای در مدت زمانی اندک پیدا کند. ثورن روشی تئوری ابداع کرد که در عمل تقریبا غیر‌ممکن بود. بر‌‌اساس این روش، انسان‌ها می‌توانند از‌طریق کرم‌چاله‌ها بدون هیچ آسیبی به سفرهای میان‌ستاره‌ای بروند. نتیجه این پژوهش در رمان ساگان به‌عنوان «تماس» منعکس شد که در‌نهایت جودی فوستر هنرپیشه نقش اصلی فیلم آن را بازی کرد.

با اینکه بعید است کرم‌چاله‌ها مانند آنچه در فیلم‌ها به‌تصویر کشیده می‌شود، روش‌های ساده و مناسبی برای سفر باشند، دانشمندان امروزه راهی ساده‌تر از پیشنهاد اصلی ثورن را برای ساخت کرم‌چاله پیشنهاد داده‌اند. بنابر این روش، سفر از‌طریق کرم‌چاله‌ها فقط در شرایط معین ممکن است. همچنین، اگر کرم‌چاله‌ها در جهان وجود داشته باشند، می‌توان با نسل جدید آشکارسازهای موج گرانشی آن‌ها را کشف کرد.

سفر ازطریق کرم‌چاله فقط در شرایط گرانشی معین امکان‌پذیر است

یکی از پیش‌نیازهای ضروری اغلب داستان‌های ماجراجویی فضایی، توانایی رفتن از نقطه A به B با سرعتی بسیار فراتر از سرعت‌های کنونی است. در‌کنار کرم‌چاله‌ها، روش‌های متعددی برای رسیدن به این هدف وجود دارد. در سفر فضایی معمولی به سوخت زیادی نیاز است. همچنین، آثار متلاشی‌کننده شتاب را نمی‌توان نادیده گرفت و جهان نیز محدودیت سرعت دارد. این محدودیت را سرعت نور تعیین می‌کند.

پروکسیما قنطورس، دومین ستاره نزدیک به زمین، ۴/۲ سال نوری از خورشید فاصله دارد؛ درحالی‌که فاصله مرکز کهکشان تا خورشید به ۲۷ هزار سال نوری می‌رسد. خوشبختانه راه گریزی از محدوده سرعت کیهانی وجود دارد و این سرعت، تنها حداکثر سرعت سفر در فضا را تعیین می‌کند. بر‌‌اساس تعاریف اینشتین، می‌توان فضا را خم کرد؛ در‌نتیجه می‌توان فضا را دورتادور فضاپیما به‌گونه‌ای تغییر داد که بتواند بر سرعت نور غلبه کند. در این شرایط، فضاپیما با سرعتی کمتر از سرعت نور حرکت می‌کند؛ اما این فضا است که سریع‌تر از نور حرکت می‌کند.

نویسنده پیشتازان فضا در دهه ۱۹۶۰ مفهومی به نام وارپ درایو را مطرح کرد؛ اگرچه برای نویسندگان این سریال، مفهوم ذکرشده تعریف فیزیکی واقعی نبود. تا اینکه در سال ۱۹۹۴ نظریه‌پردازی به نام میگوئل آلکوبیر به راه‌حلی برای معادلات اینشتین رسید که می‌توانند اثر واقعی وارپ درایو را تولید کنند. طبق این فرضیه، می‌توان فضای مقابل فضاپیما را منقبض و فضای پشت آن را منبسط کرد. گرچه راه‌حل آلکوبیر مانند فرضیه کرم‌چاله قابل‌پیمایش ثورن در‌عمل ممکن نیست، دانشمندان به‌دنبال تصحیح و عملی‌شدنش هستند.

از نظر تئوری، امکان سفر سریع‌تر از نور درصورتی امکان‌پذیر است که فضای اطراف فضاپیما را دست‌کاری کنید

ماشین زمان یکی از دستگاه‌های محبوب علمی‌تخیلی است که امکان سفر در تاریخ را به افراد می‌دهد؛ اما این مفهوم پارادوکس‌هایی منطقی به‌دنبال دارد. برای مثال، در فیلم «بازگشت به آینده»، اگر دکتر با ماشین زمانش به آینده نمی‌رفت و مارتی را نمی‌دید، باز‌هم ماشین زمانش را می‌ساخت؟ به‌دلیل چنین تناقض‌هایی بسیاری از افراد تصور می‌کنند سفر در زمان در دنیای واقعی غیرممکن است؛ اما بر‌‌اساس قوانین فیزیک و از دیدگاه تئوری، امکان‌پذیر است.

درست مانند کرم‌چاله‌ها و وارپ‌های فضایی، بر‌‌‌اساس نظریه نسبیت عام اینشتین امکان سفر در زمان وجود دارد. در این نظریه، فضا و زمان به‌صورت موجودیتی به‌هم مرتبط به نام فضا‌زمان شناخته می‌شوند. همان‌طور‌که فضا را می‌توان با کرم‌چاله یا وارپ‌درایو خم کرد، زمان را هم می‌توان خم کرد. گاهی زمان به‌قدری خمیده می‌شود که روی خود تا می‌شود. دانشمندان به این مفهوم منحنی زمان‌بندی بسته می‌گویند؛ گرچه می‌توان آن را ماشین زمان هم نامید.

در سال ۱۹۷۴، فیزیک‌دانی به نام فرانک تیپلر طرح مفهومی ماشین زمان را منتشر کرد. این طرح مبتنی‌بر نظریه فیزیک‌دانی به نام دیوید لویس اندرسون بود که پژوهشش در این رابطه را در آزمایشگاهی خصوصی در مؤسسه اندرسون ارائه کرد. این طرح که استوانه تیپلر نامیده می‌شود، حداقل ۹۷ کیلومتر طول دارد و باید بسیار چگال باشد؛ به‌طوری‌که جرم کل آن با جرم خورشید قابل‌مقایسه باشد. برای عملی‌شدن این ماشین زمان، استوانه باید با سرعت زیادی بچرخد و فضازمان را به‌قدری خمیده کند که روی خود تا شود.

نظریه نسبیت عام نشان می‌دهد امکان بازگشت به گذشته وجود دارد

نمونه علمی‌تخیلی تله‌پورت دستگاه ترانسپورتر فیلم پیشتازان فضا است و همان‌طور‌که از نامش برمی‌آید، روشی مناسب برای انتقال کارمندان از موقعیتی به موقعیت دیگر است. تله‌پورت با انواع دیگر حمل‌و‌نقل متفاوت است؛ زیرا به‌جای اینکه افراد ازطریق فضا به مقصد برسند، تله‌پورت به ایجاد کپی دقیقی در مقصد منجر می‌شود؛ درحالی‌که نمونه اصلی نابود می‌شود. در این صورت به‌نقل از IBM، تله‌پورت در سطح زیراتمی امکان‌پذیر است، نه انسانی.

به فرایند واقعی تله‌پورت تله‌پورت کوانتومی گفته می‌شود. این فرایند کپی‌ای از وضعیت دقیق کوانتومی ذره‌ای مثل فوتون را در فاصله‌‌ی صدهاکیلومتری ایجاد می‌کند. تله‌پورت کوانتومی باعث نابودی وضعیت کوانتومی فوتون اول می‌شود؛ در‌نتیجه این‌طور به‌نظر می‌رسد که فوتون به‌شکل سحرآمیزی از نقطه‌ای به نقطه دیگر منتقل شده است.

تله‌پورت کوانتومی مبتنی‌بر تعریف اینشتین با عنوان حرکت شبح‌وار در فاصله است؛ اما بیشتر با عنوان درهم‌تنیدگی کوانتومی شناخته می‌شود. اگر فوتونی که قرار است تله‌پورت شود با یک زوج فوتون در‌هم‌تنیده تماس پیدا کند و اندازه‌گیری وضعیت حاصل به‌سمت گیرنده ارسال شود (سمتی که فوتون در‌هم‌تنیده‌‌ دیگری وجود دارد)، فوتون دوم را می‌توان در حالت یکسانی با فوتون تله‌پورت شده قرار داد.

فرایند تله‌پورت حتی برای یک فوتون هم فرایندی پیچیده است و راهی وجود ندارد که بتوان مقیاس این سیستم را مشابه فیلم پیشتازان فضا افزایش داد؛ اما تله‌پورت کوانتومی هم کاربردهای مهمی در دنیای واقعی دارد که می‌توان به ارتباطات ایمن از هک و محاسبات فوق‌سریع کوانتومی اشاره کرد.

نمایشگاه ماجراجویی پیشتازان فضا در لندن، سال ۲۰۰۲. در این فیلم، از تله‌پورت به‌عنوان راهی آسان برای انتقال افراد به موقعیت‌های جدید استفاده می‌شد؛ ایده‌ای که از واقعیت بسیار دور است

جهان همان‌ چیزی است که تلسکوپ‌ها به ما نشان می‌دهند؛ یعنی میلیاردها کهکشان که از زمان بیگ‌بنگ در حال انبساط به‌سمت بیرون هستند. آیا این پایان ماجراست؟ نظریه‌ها پاسخ می‌دهند شاید این‌طور نباشد؛ چراکه ممکن است مجموعه‌ای از جهان‌ها وجود داشته باشند. ایده جهان‌های موازی ژانر دیگری از داستان‌های علمی‌تخیلی است که روی پرده سینما بسیار متفاوت‌تر از داده‌های جهان واقعی است.

بر‌‌‌اساس پارامترهای پایه فیزیکی مثل قدرت گرانش یا نیروهای هسته‌ای، حقیقت جهان‌های موازی می‌تواند بسیار پیچیده‌تر از جهان ما باشد. نمونه‌ای کلاسیک از جهان کاملا متفاوت از این نوع و موجودات آن را می‌توان در رمان «خود خدایان» اثر ایزاک آسیموف (۱۹۷۲) پیدا کرد.

بر‌‌اساس داستان آسیموف، این جهان‌های موازی پارامترهای فیزیکی کاملا متفاوتی با جهان ما دارند. زمانی دانشمندان تصور می‌کردند تنها جهان‌های مشابه با جهان ما می‌توانند میزبان حیات باشند؛ اما پژوهش‌های جدید نشان می‌دهند موقعیت محدودی برای حیات وجود ندارد؛ در‌نتیجه، شاید بتوان امیدوار بود فرازمینی‌های داستان آسیموف به حقیقت تبدیل شوند. باوجوداین‌، تنها می‌توانیم ردپاهایی از جهان‌های دیگر را رصد کنیم. به‌گفته ایوان بالدری، استاد اخترفیزیک دانشگاه جانز مور لیورپول در بریتانیا، نقطه سرد اسرارآمیزی در تابش پس‌زمینه کیهانی وجود دارد که مانند خراشی بر‌اثر برخورد با جهانی موازی به‌وجود آمده است.