รูหนอน

รูหนอน () เป็นที่รู้จักกันว่า ทางเชื่อมต่อ หรือ สะพานไอน์สไตน์-โรเซน (Einstein-Rosen bridge) เป็นคุณลักษณะที่มีสมมุติฐานของทอพอโลยีของปริภูมิ-เวลาที่จะเป็นพื้นฐานในการเป็น "ทางลัด" ตัดผ่านไปมาระหว่างปริภูมิ-เวลา สำหรับคำอธิบายภาพที่เรียบง่ายของรูหนอนนั้น, พิจารณาปริภูมิ-เวลาที่มองเห็นได้เป็นพื้นผิวสองมิติ (2D) ถ้าพื้นผิวนี้ถูกพับไปตามแนวแบบสามมิติจะช่วยในการวาดภาพ "สะพาน" ของรูหนอนให้เห็นได้แบบหนึ่ง (โปรดทราบในที่นี้ว่า, นี่เป็นเพียงการสร้างภาพที่ปรากฏในการถ่ายทอดโครงสร้างที่ไม่สามารถมองเห็นได้ (Unvisualisable) เป็นหลักที่มีอยู่ใน 4 มิติหรือมากกว่า, ส่วนของรูหนอนอาจจะมีความต่อเนื่องของมิติที่มีค่าสูงกว่า (Higher-dimensional analogues) สำหรับส่วนของพื้นผิวโค้ง 2 มิติ, ตัวอย่างเช่น, ปากของรูหนอนแทนที่จะเป็นปากหลุมซึ่งเป็นหลุมวงกลมในระนาบ 2 มิติ, ปากของรูหนอนจริงอาจจะเป็นทรงกลมในพื้นที่ 3 มิติ) รูหนอนคือ, ในทางทฤษฎีคล้ายกับอุโมงค์ที่มีปลายทั้งสองข้างในแต่ละจุดแยกจากกันในปริภูมิ-เวลา

ไม่มีหลักฐานการสังเกตการณ์สำหรับรูหนอน, แต่ในระดับเชิงทฤษฎีมีวิธีการแก้ปัญหาที่ถูกต้องในสมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งรวมถึงรูหนอนด้วย เพราะความแข็งแรงเชิงทฤษฎีที่แข็งแกร่งของมัน, รูหนอนเป็นที่รู้จักกันว่า เป็นหนึ่งในคำเปรียบเปรยทางฟิสิกส์ที่ดีเยี่ยมสำหรับการเรียนการสอนวิชาสัมพัทธภาพทั่วไป ชนิดแรกของการแก้ปัญหารูหนอนที่ถูกค้นพบคือรูหนอนชวอสเชลด์, ซึ่งจะมีอยู่ในเมตริกชวอสเชลด์ (Schwarzschild metric) ที่อธิบายถึงหลุมดำนิรันดร์ (Eternal black hole) แต่ก็พบว่ารูหนอนประเภทนี้จะยุบตัวลงอย่างรวดเร็วเกินไป สำหรับสิ่งที่จะข้ามจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกปลายด้านหนึ่ง รูหนอนซึ่งสามารถจะทำให้เป็นจริงที่สามารถเดินทางผ่านข้ามไปได้ในทั้งสองทิศทางได้นั้นเรียกว่า รูหนอนทะลุได้, ซึ่งรูหนอนชนิดนี้เท่านั้นที่จะมีความเป็นไปได้ถ้าใช้สสารประหลาด (Exotic matter) ที่มีความหนาแน่นพลังงาน (Energy density) ที่มีค่าเชิงลบที่อาจนำมาใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพของรูหนอนให้คงอยู่ได้

ปรากฏการณ์คาซิเมียร์ (Casimir effect) แสดงให้เห็นว่าทฤษฎีสนามควอนตัมช่วยให้ความหนาแน่นของพลังงานในบางส่วนของปริภูมินั้น มีความสัมพัทธ์ในทางลบต่อพลังงานสุญญากาศสามัญ (Ordinary vacuum energy) และมันได้รับการแสดงให้เห็นได้ในทางทฤษฎีซึ่งทฤษฎีสนามควอนตัม อนุญาตให้สถานะของพลังงานสามารถมีสถานะเป็นเชิงลบได้ตามใจชอบ ณ จุดที่กำหนดให้  นักฟิสิกส์จำนวนมากเช่น สตีเฟน ฮอว์คิง, คิบ โทร์น (Kip Thorne)  และคนอื่น ๆ  ได้โต้แย้งว่าปรากฏการณ์ดังกล่าวอาจจะทำให้มันมีความเป็นไปได้ ที่จะรักษาเสถียรภาพของรูหนอนแบบทะลุได้นี้ นักฟิสิกส์ยังไม่พบกระบวนการทางธรรมชาติใด ๆ ที่จะได้รับการคาดว่าจะก่อให้เกิดรูหนอนตามธรรมชาติในบริบทของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้, แม้ว่าสมมติฐานโฟมควอนตัม (Quantum foam) บางครั้งจะใช้เพื่อแสดงให้เห็นว่ารูหนอนขนาดเล็ก ๆ อาจจะปรากฏขึ้นและหายไปเองตามธรรมชาติโดยมาตรวัดในหน่วยวัดขนาดมาตราส่วนพลังค์ (Planck scale)  สำหรับรูหนอนที่มีเสถียรภาพดังกล่าวนั้นได้รับการคาดหมายว่าน่าจะประกอบด้วยสสารมืด นอกจากนี้ยังได้รับการเสนอว่าถ้ารูหนอนขนาดจิ๋วนี้ ได้ถูกทำให้เปิดตัวออกโดยใช้เส้นคอสมิค (Cosmic string) ที่มีมวลที่มีค่าเป็นเชิงลบที่เคยปรากฏมีอยู่ในช่วงเวลาประมาณของการเกิดบิกแบง, มันก็จะได้รับการขยายขนาดให้อยู่ในระดับมหภาค (Macroscopic) หรือขนาดที่ใหญ่ได้โดยการพองตัวของจักรวาล  อีกด้วย

นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอเมริกันชื่อ จอห์น อาร์ชิบัล วีลเลอร์ (John Archibald Wheeler) ได้บัญญัติศัพท์คำว่า  รูหนอน  ขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1957; อย่างไรก็ดี, นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน ชื่อ แฮร์มันน์ ไวล์ (Hermann Weyl) ได้เสนอทฤษฎีรูหนอนในปี ค.ศ. 1921 ในการเชื่อมต่อกับการวิเคราะห์มวลของพลังงานสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ภาพรวม 

นักวิจัยไม่มีพยานหลักฐานการสังเกตการณ์สำหรับรูหนอน แต่สมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีการวิธีการแก้ปัญหาที่ถูกต้องสำหรับการบรรจุรูหนอนเอาไว้  ชนิดแรกของการแก้ปัญหารูหนอนที่ได้ค้นพบคือ รูหนอนแบบชวาร์สชิลด์ (Schwarzschild wormhole), ซึ่งจะมีอยู่ในเมตริกแบบชวาร์สชิลด์ (Schwarzschild metric) ที่อธิบายถึงหลุมดำนิรันดร์ (eternal black hole), แต่ก็พบว่ามันจะยุบตัวเร็วเกินไปสำหรับสิ่งที่จะข้ามจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง  รูหนอนที่สามารถข้ามไปมาได้ในทั้งสองทิศทางเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นรูหนอนแบบทะลุได้ (traversable wormhole)

คำนิยาม 

ความคิดพื้นฐานของรูหนอนภายในเอกภพก็คือว่า มันเป็นพื้นที่ที่มีขนาดกะทัดรัดของกาลอวกาศที่มีขอบเขตกระจิ๊ดริดทางด้านวิชาทอพอโลยี, แต่สิ่งที่มีอยู่ภายในไม่ได้เป็นเพียงแค่การเชื่อมต่ออย่างง่าย  แนวความคิดอย่างเป็นทางการนี้จะนำไปสู่คำจำกัดความดังต่อไปนี้, เช่น การนิยามคำเรียกชื่อจากนักคณิตศาสตร์ที่ชื่อ แมตต์ วิสเซอร์ (Matt Visser) ว่าคือ "รูหนอน ลอเรนท์เซียน" (Lorentzian Wormhole)

ดูเพิ่ม 
 หลุมดำ
 เร็วกว่าแสง
 ดาวฤกษ์ประหลาด
 ท่อคราสนิคอฟ
 ภาวะเอกฐานของวงแหวน
 วงแหวนโรมัน
 หลุมขาว
 เอกภพ

อ้างอิง

บรรณานุกรม 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  An excellent and more concise review.

แหล่งข้อมูลอื่น 

 What exactly is a 'wormhole'? answered by Richard F. Holman, William A. Hiscock and Matt Visser.
 Why wormholes? by Matt Visser.
 Wormholes in General Relativity by Soshichi Uchii.
 White holes and Wormholes  provides a very good description of Schwarzschild wormholes with graphics and animations, by Andrew J. S. Hamilton.
 Questions and Answers about Wormholes a comprehensive wormhole FAQ by Enrico Rodrigo.
 Large Hadron ColliderTheory on how the collider could create a small wormhole, possibly allowing time travel into the past.
 animation that simulates traversing a wormhole
 renderings and animations of a Morris-Thorne wormhole 
 N.A.S.A's current theory on wormhole creation

หลุมดำ
ความเชื่อมต่อ (คณิตศาสตร์)
สสารประหลาด
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
วัตถุทางดาราศาสตร์ที่สมมุติขึ้น
ท่อรวมลอเรนซ์

การเดินทางเร็วกว่าแสง
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
การเดินทางข้ามเวลา