باسمی تعالی

رازهای سیاه چاله

سیاه چاله ها از دید فیزیک نوین

لازم است قبل از این که وارد بحث سیاه چاله بشوم از تاخیر بیش از حد پیش آمده عذر خواهی کنم البته بهانه خوبی هم دارم : فشار درس آنقدر زیاد است که نمی گذارد آدم قد راست کند!

اما بحث مان راجع به سیاه چاله ها:

دید نوین ما نسبت به سیاه چاله با دید گذشته ما نسبت به سیاه چاله کاملاً متفاوت است. در فیزیک نیوتنی زمان بدون اعتنا نسبت به اطراف به جلو پیش می رفت و هیچ محدودیتی برایش وجود نداشت و هیچ عاملی نمی توانست در آن تغییر ایجاد کند. انیشتین با رد این گفته نظریه ای جدید ارائه داد که در آن زمان با مکان گره خورده و محدود است و هر عاملی که باعث تغییر در مکان یا زمان بشود باعث تغییر در دیگری نیز می شود. این گفته بعدها به وسیله ی دو ساعت اتمی دقیق در خلال آزمایشی دقیق اثبات شد. اما گرانش عاملی است که باعث تغییر در مکان می شود پس باید در زمان نیز تغییر ایجاد کند و این دقیقاً همان چیزی است که در جهان واقعی اتفاق می افتد:

فرض کنیم شما دو دوست دارید و هر سه نفر شما یک نوع ساعت دارید که دقیقاً با هم تنظیم شده اند و هر سه ساعت مال یک کارخانه هستند. حال اگر شما به ساحل دریای آزاد بروید و یک سال آنجا بمانید. یکی از آن دو دوستتان به عمیق ترین گودال اقیانوس برود و یک سال آنجا بماند و دیگری به ایستگاه فضایی برود و یکسال آنجا بماند و بعد از یک سال همه برگردید در یک مکان و ساعتهای تان را نگاه کنید خواهید دید که به وقت شما! ساعت دوازده و صفر دقیقه و صفر ثانیه است در حالی که به وقت آن دوستتان که در گودال اقیانوس بود ساعت یازده و پنجاه و نه دقیقه و پنجاه و نه ثانیه است و به وقت آن دوستتان که در ایستگاه فضایی بود ساعت دوازده و صفر دقیقه و یک ثانیه است!! علت این اختلاف زمانی ،اختلاف در بزرگی میدان گرانشی بود که شما و دوستانتان تجربه می کردید. آن دوستتان که در کف اقیانوس بود به دلیل نزدیکی به مرکز زمین در میدان گرانشی  قوی تری نسبت به شما قرار گرفته بود و شما در میدان گرانشی قوی تری نسبت به آن دوستتان که در ایستگاه بود قرار داشتید. بنابراین طبق نظریه انیشتین زمان برای کف اقیانوس کندتر از ساحل دریای آزاد، و برای ساحل دریای آزاد کندتر از ایستگاه فضایی می گذرد. البته من در این مثال راجع به زمان ها اغراق کرده ام زیرا برای میدان گرانشی کوچکی مثل زمین این اختلاف برابر چند میلیونیوم ثانیه است. اما برای کسی که اطراف سیاه چاله زندگی می کند(البته اگر بتواند!) وضع کاملاً فرق می کند:

بیایید فرض کنیم که فضانوردی داوطلب شده است تا به صورت آزمایشی اطراف یک سیاه چاله چرخ بزند. اگر به اندازه کافی به سیاه چاله نزدیک بشود اتفاق عجیبی برای فضا نورد می افتد. پزشکانی که در روی سطح زمین مراقب وضع جسمانی او هستند خواهند دید که ضربان قلب فضا نورد ما هر 20 دقیقه یک بار میزند و در عوض فضانورد ما خواهد دید که هر72 ثانیه یک روزنامه در روی زمین منتشر می شود. هر هفته پنج بار انتخابات ریاست جمهوری ایران برگزار می شود و نهایتاً پس از چهار هفته اقامت در فضا تمام دوستان او در زمین می میرند. حال اگر شخص درون سیاه چاله بیافتد وضع از این هم پیچیده تر میشود. ناظری که از بیرون نظاره گر این اتفاق است خواهد دید که یک بار پلک زدن فضانورد چند هزار سال طول  می کشد.نکته عجیبتر اینکه شخص در راه سقوط به درون سیاه چاله از دید ناظر خارجی ، کش می یابد ، پاره می شود، یونیده می شود و به ذرات زیر اتمی تجزیه می شود و کلاً به مرگی دردناک دچار می شود. حالا می پرسید کجای این عجیب بود؟ به شما می گویم! معادلات  همزمان نشان می دهد که خود شخص چیزی بسیار متفاوت از این تجربه می کند و بدون هیچ احساس دردی به سیاه چاله سقوط می کند!

 نکته ی جالب دیگری که راجع به سیاه چاله ها وجود دارد این است که می توان از سیاه چاله به عنوان وسایل سفر در زمان و مکان استفاده کرد. اگر شما با نظریه ی فضا-زمان انیشتین آشنا باشید، حتماً مثال صفحه لاستیکی و توپ را شنیده اید. که در آن صفحه ی لاستیکی بیانگر فضا زمان، توپ نماد جسم و خمیدگی اطراف توپ نماد بزرگی میدان گرانشی اطراف جسم است. در جسم سنگینی مثل خورشید انحنای ایجاد شده در فضا-زمان بارها بیشتر از انحنای ایجاد شده توسط زمین است. جسمی فشرده و سنگین مثل سیاه چاله چنان انحنایی در فضا-زمان ایجاد میکند که تقریباً شبیه چاهی بسیار عمیق عمل می کند. گاه اوقات این انحنا به قدری زیاد است که عملاً این چاه به چاهی بی انتها تبدیل می شود و انتهای دیگر آن از جای دیگری از فضا-زمان بیرون میزند که به آن سفید چاله می گویند. در این صورت هرچه درون سیاه چاله ی دارای سفید چاله بیافتد در مکان و زمان دیگری توسط سفید چاله بیرون می ریزد و عملاً می توان از چنین سیاه چاله هایی، به عنوان پلهای ارتباطی بین دو مکان و زمان متفاوت استفاده کرد.

البته سفید چاله ها در حد یک نظریه اند وجودشان نه از نظر ریاضی ثابت شده و نه از نظر فیزیک.

اما نظریه ای دیگر راجع به سیاه چاله ها، آنها را پلهای ارتباطی بین دو جهان موازی توصیف می کند. احتمالاً نام جهان های موازی به گوش تان خورده. جهان های موازی جهانهایی هستند که هرگز از وجود هم با خبر نمی شوند( در موازات هم قرار دارند) اما اتفاقاتی کاملاً مشابه در آنها اتفاق می افتد. مثلاً در هر جهان موازی یک نیوتن وجود دارد که کتاب اصول ریاضی را منتشر کرده باشد و یک احسان ابراهیمیان وجود دارد که این مقاله را تایپ کرده باشد. و حالا می گویند سیاه چاله ها پلهای ارتباطی بین دو جهان موازی هستند. البته خود نظریه ی جهانهای موازی از نظر ریاضی نظریه ی ضعیفی است و بیشتر در فیلمهای تخیلی دیده می شود تا کتابهای علمی.

اما نکته جالب دیگر در باره سیاه چاله ها این است که سیاهچاله ها چندان هم سیاه نیستند!!: دانشمندی به نام استیون هاوکینگ که به احتمال قوی نام او به گوش تان خورده، با بهره گیری از مکانیک کوانتم توانست نشان دهد که سیاهچاله ها دارای دما هستند و بخار می شوند(انرژی ساطع می کنند). هرچه جرم سیاهچاله بیشتر باشد آهنگ تابش انرژی آن کمتر است. نکته جالبتر فرمول دمای سیاهچاله است. در فرمولی که هاوکینگ برای دمای سیاهچاله نوشته است از ثوابتی چون ثابت پلانک (h) از دنیای پیچیده مکانیک کوانتم، ثابت سرعت نور در خلا (c) از دنیای پر پیچ و خم معادلات انیشتین، ثابت بولتزمان (k) از دنیای ترمودینامیک، و نهایتاً ثابت جهانی گرانش(G) از دنیای فیزیک نیوتن استفاده شده است. چنین ثوابتی ،مخصوصاً ثابت گرانش و ثابت پلانک، به ندرت گرد هم می آیند.

 **********

اما اینها همه فقط بخشی از عجایب سیاهچاله ها بود. همان طور که قبلاً گفتم فیزیک امروزی با اینهمه ادعا هنوز نتوانسته به طور کامل از راز سیاهچاله ها پرده بردارد و هنوز علامت های سوال بسیاری راجع به سیاه چاله ها وجود دارد. اما تا همینجا که راجع به سیاهچاله ها دانسته ایم فهمیده ایم که آنها اجرامی فوقالعاده عجیب هستند، آری آنها چاههای کیهانی عمیقی هستند که چندان هم سیاه نیستند.