کاروتک

تکنولوژی و علمی

تلویزیون و سینما

تلویزیون کاروتک

سفیدچاله‌ها موجودات مرموزی در کیهان هستند که دقیقا بر خلاف سیاه‌چاله‌ها عمل می‌کنند. همان‌طور که هیچ‌چیز نمی‌تواند از سیاه‌چاله‌ها فرار کند، هیچ‌چیز نمی‌تواند وارد سفیدچاله‌ها شود. با کارو تک در بررسی برادران دوقلوی سیاه‌چاله‌ها،‌ یعنی سفید‌چاله‌ها همراه باشید.

ابتدا تصور می‌شد که سفیدچاله‌ها زاییده نسبیت عام هستند و از برادران تیره‌تر خود، یعنی سیا‌ه‌چاله‌ها به وجود آمده‌اند. با این حال، اخیراً برخی از نظریه‌پردازان این سوال را مطرح کرده‌اند که آیا ممکن است این گرداب‌های دوقلوی فضازمان ممکن است دو روی یک سکه باشند؟

برای خدمه سفینه فضایی که از دور تماشا می‌کنند، سفیدچاله‌ها دقیقاً شبیه سیاه‌چاله‌ها هستند؛‌ آن‌ها جرم بسیار زیادی دارد و ممکن است حلقه‌ای از غبار و گاز در اطراف آن‌ها جمع شده باشد. اما اگر همان خدمه به ادامه‌ی سفید‌چاله‌ها ادامه بدهند، ممکن است شاهد رویدادی متفاوت از سیاه‌چاله‌ها باشند. کارلو روولی، فیزیک‌دان نظری در مرکز فیزیک تئوریک فرانسه، می‌گوید:

فقط در لحظه‌ای که همه چیز آشکار می‌شود می‌توانید مطمئن شوید که در حال نگاه کردن به یک سفید‌چاله هستید.

فیزیک‌دانان سفیدچاله‌ها را به‌عنوان پدیده‌ی «برگشت زمان» سیاه‌چاله‌ها توصیف می‌کنند. به‌طور مثال، سفید‌چاله‌ها دقیقا مانند ویدئویی از یک سیاه‌چاله هستند که به سمت عقب پخش می‌شود. در حالی که افق رویداد سیاه‌چاله یک کره بدون بازگشت است، افق رویداد یک سفیدچاله مرزی است و هیچ سفینه فضایی نمی‌تواند حتی به لبه آن برسد.

اجسام درون یک سفیدچاله می توانند خارج شوند و با دنیای بیرون تعامل داشته باشند، اما از آن‌جایی که هیچ چیز نمی‌تواند وارد آن‌ها شود، درون از گذشته کیهان جدا می‌شود؛ به‌زبان ساده، هیچ رویداد بیرونی هرگز بر درون سفید‌چاله تأثیر نمی‌گذارد. جیمز باردین، فیزیک‌دان پیشگام سیاه‌چاله‌ها و استاد بازنشسته دانشگاه واشنگتن، می‌گوید:

وجود یک تکینگی در گذشته که می‌تواند بر همه چیز در دنیای بیرون تأثیر بگذارد، اما هیچ چیزی در دنیای بیرون نمی‌تواند در درون آن اثر بگذارد، به‌نوعی آزاردهنده‌تر و پیچیده‌تر از سیاه‌چاله‌ها است.

دوقلو‌های ظاهری

معادلات میدانی اینشتین مانند یک سونامی در سال 1915 به فیزیک رسیدند و نظریه‌پردازان هنوز در حال بررسی لاشه‌های این سونامی هستند. فراتر از توصیف نیروی گرانش در این معادلات، فرضیه‌های انیشتن نتیجه‌های عجیبی درباره ماهیت واقعی دنیا به‌ارمغان آوردند. یکی از نتایج فرضیه‌های انیشتین این بود که فضا-زمان همراه با توده ستارگان و سیارات خم می‌شوند و تا می‌شوند؛ در حقیقت، فضا-زمان در حال منحنی شدن دور یک شیء گرد و توپ‌مانند هست. این بینش باعث شد که دانشمندان برای محاسبه مقدار فضای استفاده شده از ماده‌ای که فضا-زمان دور آن می‌چرخد، اقدام کنند.

در عرض یک سال، کارل شوارتزشیلد، فیزیک‌دان و ستاره‌شناس مطرح، اولین راه‌حل دقیق معادلات انیشتین را پیدا کرد و محاسبه کرد که فضا-زمان چگونه حول یک توپ پرچرم منحنی می‌شود. در پاسخ او بذر چیزی نهفته بود که فیزیک‌دانان امروزی آن را تکینگی می‌نامند؛ تکینگی توده‌ای کروی است که در نقطه‌ای بی‌نهایت متراکم، کوچک شده است و فضا چنان محکم دور آن می‌پیچد که آن منطقه از بقیه کیهان فاصله می‌گیرد. در واقع، تکینگی سرزمینی را تشکیل می‌دهد که افق رویداد آن پیوند رابطه‌ی بین علت و معلول را می‌شکند.

سیاه‌چاله‌ها، معروف‌ترین تکینگی‌ها، مناطقی از فضا هستند که به‌قدری منحرف شده‌اند که هیچ راه خروجی از آن‌ها وجود ندارد. جهان بیرونی می‌تواند بر درون یک سیاه‌چاله تاثیر بگذارد، اما درون یک سیاه‌چاله نمی‌تواند بر بیرون تاثیر بگذارد.

هنگامی که یکی از ریاضی‌دانان معروف، مارتین دیوید کروسکال شرح سیاه‌چاله شوارتزچیلد را در سال 1960 گسترش داد تا همه حوزه‌های فضا و زمان را پوشش دهد، تئوری جدید او حاوی بازتابی از تکینگی سیاه‌چاله بود؛ اگرچه او در آن زمان به اهمیت آن پی نمی‌برد. بعدها، با ورود سیاه‌چاله‌ها به زبان عامیانه، یک اصطلاح طبیعی برای دوقلوهای ظاهری آن‌ها پدیدار شد: سفید‌چاله‌ها.

روولی می‌گوید:

40 سال طول کشید تا سیاه‌چاله‌ها را درک کنیم و اکنون، مردم بر روی سفیدچاله‌ها تمرکز کرده‌اند.

چرا سفیدچاله‌ها ممکن است وجود نداشته باشند؟

در حالی که نظریه نسبیت عام سفیدچاله‌ها را در تئوری توصیف می‌کند، هیچ‌کس هنوز نمی‌داند که چگونه آن‌ها واقعاً شکل بگیرند. هنگامی که یک ستاره دچار انفجار می‌شود، ممکن است یک سیاه‌چاله را تشکیل دهد؛ اما پخش این رویداد به‌صورت برعکس، معنی فیزیکی ندارد. یعنی آیا ممکن است که یک ستاره که انفجار یافته است، به حالت اولیه خود بازگردد و یک سفید‌چاله را تشکیل دهد؟ این امر بیش‌تر شبیه این است که یک تخم‌مرغ شکسته دوباره سالم شود و قابل شکستن مجدد باشد که از نظر فیزیکی غیرممکن است.

حتی اگر سفیدچاله‌های بزرگ تشکیل شوند، احتمالاً مدت زیادی نمی‌توانند در فضا معلق بمانند و از بین می‌روند؛ زیرا هر ماده خروجی با مواد موجود در مدار برخورد می‌کند و منظومه در یک سیاه‌چاله فرو می‌ریزد و نابود می‌شود. به‌عبارتی دیگر، سفید‌چاله‌ها توسط برادران بزرگ‌تر خود، یعنی سیاه‌چاله‌ها خوره می‌شوند. هال هاگارد، فیزیک‌دان نظری در کالج بارد در نیویورک می‌گوید:

به‌نظر من، این‌که یک سفید‌چاله عمر طولانی داشته باشد، تقریبا غیرممکن و بسیار بعید است.

چرا سفیدچاله‌ها ممکن است وجود داشته باشند؟

از زمانی که پروفسور استیون هاوکینگ در دهه 1970 متوجه شد که سیاه‌چاله‌ها انرژی به بیرون نشت می‌کنند، فیزیک‌دانان درباره این‌که چگونه موجودات می‌توانند در سیاه‌چاله‌ها چروکیده شوند و بمیرند، شروع به تحقیق کردند. اگر سیاه‌چاله‌ای تبخیر شود، بسیاری از خود می‌پرسند که چه اتفاقی برای باقی‌مانده هر چیزی که بلعیده است می‌افتد؟ طبق نظریه نسبیت عام، مکانیک کوانتومی اجازه خروج چیزی از سیاه‌چاله را نمی‌دهد.

روولی در این‌باره گفت:

یک سیاه‌چاله چگونه می‌میرد؟ ما هنوز نمی‌دانیم. اما یک سفیدچاله چگونه متولد می‌شود؟ شاید سفیدچاله‌ها از مرگ سیاه‌چاله‌ها ایجاد می‌شوند. جواب این دو سوال به یک‌دیگر متصل هستند، اما ممکن است نیاز داشته باشیم که معادلات نسبیت عام را برای جواب یکی از این سوالات به سوال دیگری نقض کنیم.

روولی بنیان‌گذار نظریه گرانش حلقه کوانتومی است؛ این نظریه تلاشی ناقص برای حرکت فراتر از نسبیت عام با ترکیب مکانیک کوانتومی است. او و دیگران با هدایت ابزارهای این چارچوب، سناریویی را توصیف می‌کنند که در آن یک سیاه‌چاله آن‌قدر کوچک می‌شود که دیگر از قوانین عقل سلیم ستاره‌ها و توپ‌های بیلیارد پیروی نمی‌کند. در سطح ذرات، تصادفی کوانتومی فراگیر می‌شود و سیاه‌چاله‌ها می‌توانند به یک سفیدچاله تبدیل شوند.

به گفته هاگارد، چنین سفیدچاله‌ای به‌اندازه میکروگرم که از نظر جرم شبیه به موی انسان است، هیچ‌چیزی از نظر گرانش از سیاه‌چاله‌اش به ارث نخواهد برد؛ اما درون خود غاری را پنهان می‌کند که حاوی اطلاعات هر چیزی است که توسط سیاه‌چاله بلعیده شده است. به‌عبارتی دیگر، سفید‌چاله‌ها، زندگی سابق سیاه‌چاله‌ها و تمام چیز‌هایی که آن‌ها بلعیده‌اند را در خود نگه می‌دارند. در نتیجه، سفیدچاله‌ها ممکن است به اندازه کافی پایدار بمانند تا در نهایت بتوانند تمام اطلاعات انباشته شده توسط سیاه‌چاله‌ها را به بیرون پرتاب کنند. یعنی هر چیزی که سیاه‌چاله‌ها بلعیده‌اند، توسط سفید‌چاله‌ها به بیرون پرتاب می‌شود.

اگر به این سناریو بیش‌تر توجه کنیم، متوجه می‌شویم که یک روز پس از سوختن تمام ستاره‌ها و پژمرده شدن سیاه‌چاله‌ها، سفیدچاله‌ها بر تمام کیهان مسلط خواهند شد. در آن روز،‌ هر کسی می‌تواند به‌راحتی سفید‌چاله‌ها را مشاهده کند. اما آن روز تریلیون‌ها برابر سن کنونی جهان است. هاگارد در این‌باره گفت:

این دیوانه‌کننده‌ترین مقیاس زمانی است که من در فیزیک دیده‌ام.

سفید‌چاله‌ این‌جا، سفید‌چاله‌ آن‌جا، سفید‌چاله‌ همه‌جا!

از طرف دیگر، پیامدهای یک سفیدچاله ممکن است در همه جا وجود داشته باشد. برای فیزیک‌دانان سیاه‌چاله، انفجار ماده و انرژی آن شبیه رفتار سفیدچاله بالقوه است. هاگارد در این‌باره گفت:

هندسه در این دو مورد بسیار شبیه است. حتی تا حدی که گاهی اوقات از نظر ریاضی یکسان به‌نظر می‌رسند.

کیهان‌شناسان این تئوری را «پرش بزرگ» می‌نامند و برخی به‌دنبال ویژگی‌های مشخصه سفیدچاله در اولین نور قابل مشاهده کیهان هستند. روولی هم‌چنین از خود می‌پرسد که آیا انفجارهای بزرگ، فریادهای سیاه‌چاله‌های کوچک نظری به‌جا مانده از انفجار بزرگ را نشان می‌دهند؟ زیرا آن‌ها در حال تبدیل اولیه به سفیدچاله‌ها هستند (اگرچه این استدلال اندکی بعید به‌نظر می‌رسد).

جهان ممکن است به تمام اشکالی که نسبیت عام اجازه می‌‌دهد، منحرف نشود؛ اما هاگارد فکر می‌کند فیزیک‌دانان باید این سوراخ خرگوش سفید‌چاله‌ها را تا انتها دنبال کنند. او همیشه مدعی بوده است که انسان‌ها باید متوجه شوند که سفید‌چاله‌ها چه پیامد‌ها عواقبی دارند. به‌عقیده‌ی او، ممکن است این عواقب چیز‌هایی باشند که بشریت آماده‌ی رویارویی با آن‌ها نیست، اما نادیده گرفتن آن‌ها بسیار احمقانه خواهد بود.

پی‌نوشت

نظریه نسبیت: نظریه نسبت، به دو نظریه «نسبیت عام» و «نسبیت خاص» تقسیم می‌شود. پایه این نظریه بر اساس این است که زمان و فضا مانند دو برادر به یک‌دیگر متصل هستند و هیچ‌وقت از هم جدا نمی‌شوند.

افق رویداد: افق رویداد مرزی است که منطقه‌ای از فضا را در اطراف یک سیاه‌چاله مشخص می‌کند که هیچ چیز (حتی نور) نمی‌تواند از آن فرار کند. به‌عبارت دیگر، سرعت موردنیاز برای فرار یک جسم در افق رویداد از سرعت نور بیش‌تر است.

تکینگی گرانشی: تکینگی گرانشی یا همان تکینگی فضا زمان، حالت خاصی در فضا زمان است که در آن چگالی و میدان گرانشی جسم به سمت می‌نهایت سوق پیدا می‌کنند؛ به‌طوری‌ که دیگر نمی‌توان از دستگاه مختصات برای اندازه‌گیری آن‌ها استفاده کرد. این پدیده به‌دلیل نظریه نسبیت عام اتفاق می‌افتد.

معادلات میدان انیشتین: معادلات میدان انیشیتن، 10 معادله پیچیده هستند که انیشتین از آن‌ها برای بار اول در سال 1915 در نظریه نسبیت عام خود استفاده کرد. این معادلات برای درک بهتر تکینگی در فضا-زمان مطرح شده بودند.

تکلسکوپ Event Horizon: تلسکوپ افق رویداد یا Event Horizon، در واقع یک تلسکوپ نیست؛ بلکه مجموعه‌ای از تکلسکوپ‌‌های جهانی و بین‌المللی است که در اطراف زمین قرار دارند و برای اکتشافات به انسان‌ها کمک می‌کنند.

نظریه گرانش حلقه کوانتومی: گرانش کوانتومی حلقه‌ای، یک نظریه است که بر پایه ترکیب نسبیت عام و مکانیک کوانتومی است. این نظریه قصد دارد تا مواد سازنده را در حالت استانداردی از گرانش کوانتومی قرار بدهد.