از هم زاد مرموز سیاهچاله ها چه می دانیم؟

از هم زاد مرموز سیاهچاله ها چه می دانیم؟

سیاهچاله ها همیشه مورد توجه دانشمندان بوده اند اما در مورد هم زاد نادیده گرفته شده ی آنها یعنی ˮسفیدچاله هاˮ چه می دانیم؟


به گزارش گروه هوش مصنوعی به نقل از ایسنا، سفیدچاله ها نواحی نظری در کیهان هستند که عملکردی مخالف سیاهچاله ها دارند. می دانیم که هیچ جرم کیهانی قدرت فرار از سیاهچاله ها را ندارد و این اجرام همه چیز را می بلعند اما در مورد قُل آنها موضوع جور دیگری رقم می خورد. گفته می شود که هیچ جرم آسمانی قدرت ورود به سفیدچاله ها را ندارد.
مدت ها تصور می شد که سفیدچاله ها زاییده نظریه نسبیت عام اینشتین هستند که از معادلاتی فیزیکی مشابه برادران شان یعنی سیاهچاله ها نشات گرفته اند. با این وجود بتازگی تعدادی از نظریه پردازان این سوال را مطرح کرده اند که آیا این گرداب های دوقلوی فضازمان می توانند دو روی یک سکه باشند؟
اگر خدمه ی یک فضاپیما باشید و بتوانید از فاصله دور به یک سفیدچاله نگاه کنید، جرمی درست شبیه به یک سیاهچاله خواهید دید. سفیدچاله مشابه همتای خود، جرم دارد و ممکنست درحال چرخش باشد. در آن حلقه ای از غبار و گاز که در اطراف افق رویداد(مرز سیاهچاله) جمع شده است و مرزی حبابی این جرم را از سایر جهان جدا می کند. اگر به نگاه کردن ادامه دهید ممکنست بتوانید رویدادی غیرممکن برای یک سیاهچاله ها را رصد کنید و آن فوران مواد به سمت بیرون است.
"کارلو روولی"(Carlo Rovelli)، فیزیکدان نظری در مرکز فیزیک تئوریک فرانسه می گوید: این همان لحظه ای است که می توانید بگویید، من با یک سفیدچاله روبه رو هستم.
سفیدچاله شبیه به ویدئویی معکوس شده از یک سیاهچاله است. در صورتیکه افق رویداد در سیاهچاله یک کره ی بدون بازگشت است و همه چیز را در خود غرق می کند، افق رویداد در سفیدچاله مرزی است که هیچ چیز قابلیت ورود به آنرا ندارد. هیچ فضاپیمایی هیچ گاه قادر به رسیدن به لبه آن نخواهد بود.
اجرام داخل سفیدچاله می توانند از آن بیرون بروند و با دنیای خارج ارتباط برقرار کنند اما از آن جا که هیچ چیز امکان ورود به آنرا ندارد بدین سبب درون سفیدچاله از گذشته ی کیهان جدا مانده است. هیچ رویداد خارجی بر بخش درونی سفیدچاله اثر نمی گذارد.


دوقلوی نظری سیاهچاله
اساس و پایه ی آنچه که در مورد سیاه چاله ها می دانیم به جنگ جهانی اول برمی گردد. در سال ۱۹۱۵ معادلات میدانی اینشتین مانند یک سونامی به جهان فیزیک برخورد کرد و نظریه پردازان هنوز هم درحال بررسی بقایای آن هستند. فرای توصیف نیروی گرانش، فرضیه های وی تحولی در ماهیت واقعیت به وجود آورد. "کارل شوارتزشیلد"(Karl Schwarzschild)، مدیر رصدخانه ای در پوستدام (Potsdam)، نظریه پرداز و ریاضیدان برجسته ای بود که برخلاف شغل مربوط به نجومش در دهه ی پنجم زندگیش به جنگ رفته بود. او گزارشی از طرف اینشتین دریافت کرد که نمی دانست روزی تبدیل به با اهمیت ترین اثر قرن بیستم خواهد شد. اینشتین از او برای حل یک معادله کمک خواسته بود و شوارتزشیلد با روشی آسان آنرا حل کرد. هنگامی که شوارتزشیلد تنها چند روز بعد پاسخی به اینشتین نوشت و نخستین راهکار را برای معادله ی اینشتین ارائه داد، او را بسیار شوکه کرد. به طرز غم انگیزی در کمتر از یک سال شوارتزشیلد تسلیم یک بیماری پوستی شد و جانش را از دست داد و به میلیونها جان باخته ی جنگ جهانی اول در اثر این بیماری پیوست اما چاره ای از خود به جا گذاشت که بطور کامل توضیح می دهد چگونه "فضازمان" اجسام کروی مثل سیارات و ستاره ها را در بر گرفته است.
در سال ۱۹۱۵ معادلات میدانی اینشتین مانند یک سونامی به جهان فیزیک برخورد کرد و نظریه پردازان هنوز هم درحال بررسی بقایای آن هستند. فرای توصیف نیروی گرانش، فرضیه های وی تحولی در ماهیت واقعیت به وجود آورد.
"فضازمان" یک مدل ریاضی است که در آن سه بُعد فضا و یک بعُد زمان جهان در یکدیگر ادغام شده و یک محیط چهار بعدی به وجود می آورد. با ترکیب فضا و زمان فیزیکدانان توانستند نظریه های فیزیکی را ساده سازی کنند. یکی از خاصیت های بیان شده در این راهکار ریاضیاتی این است که در ستاره های فشرده با چگالی زیاد، فرار از گرانش دشوارتر می شود تا جایی که هر ذره ای، حتی نور در دام گرانش آنها می افتد. به این نقطه که هیچ فراری از گرانش امکان پذیر نیست افق رویداد گفته می شود و هر جسمی که به افق رویداد نزدیک شود زمان برایش کند شده و سپس متوقف می شود. به همین علت نخستین فیزیکدانانی که این اجرام عجیب را مطالعه می کردند آنها را "ستاره های یخ زده" نامیدند. امروزه ما آنها را با اسمی می شناسیم که نخستین بار ویلر(Wheeler) در سال ۱۹۶۷ به آنها اطلاق کرد: سیاه چاله
در پاسخ شوارتزشیلد بذر اولیه آنچه امروزه فیزیکدانان "تکینگی"(singularity) می نامند، نهفته بود. تکینگی به موقعیتی در فضازمان گفته می شود که چگالی و میدان گرانشی جرم کیهانی بی نهایت می شود به نحوی که این ناحیه از سایر کیهان فاصله می گیرد.
سیاهچاله ها بعنوان مشهورترین تکینگی ها، مناطقی از فضا هستند که به حدی پیچ خورده اند که هیچ خروجی از آنها وجود ندارد. جهان بیرونی می تواند بر بخش درونی افق یک سیاهچاله اثر بگذارد اما آنچه درون سیاهچاله قرار دارد قادر به اثرگذاری بر محیط خارجی نیست.
"مارتین دیوید کروسکال"(Martin David Kruskal) ریاضیدان، در سال ۱۹۶۰ ساختار کامل فضازمانِ ساده ترین سیاهچاله ی کلاسیک را در نظریه نسبیت عام کشف کرد. زمانی که او توصیفات شوارتزشیلد را گسترش داد تا همه ی حوزه های فضا را در بر بگیرد نمی دانست که نظریه جدید او حاوی انعکاسی از تکینگی سیاهچاله است. او اهمیت این مساله را در آن زمان درک نمی کرد. با گذشت زمان و با ورود سیاهچاله ها به زبان عامیانه نامی برای دوقلوی نظری آنها انتخاب شد: سفیدچاله
با گذشت زمان و با ورود سیاهچاله ها به زبان عامیانه نامی برای دوقلوی نظری آنها انتخاب شد: سفیدچاله
روولی می گوید: درک سیاهچاله ها ۴۰ سال زمان برد و مدت کوتاهی از توجه مردم بر سفیدچاله ها می گذرد.


دلایلی که وجود سفیدچاله ها را نقض می کنند
بااینکه نسبیت عام از نظر نظریه وجود سفیدچاله ها را توصیف می کند اما در حقیقت هیچ کس نمی داند که این اجرام چگونه شکل می گیرند. اگر عملکرد سفیدچاله ها برعکس سیاهچاله ها باشد پس باید گفت شکل گیری سفیدچاله نیز طی فرآیندی معکوس سیاهچاله رخ می دهد اما چنین چیزی امکان پذیر نیست. برای درک علت امکان ناپذیر بودن ابتدا به نحوه شکل گیری سیاهچاله ها می پردازیم.
آغاز عمر یک سیاهچاله آخر عمر یک ستاره بزرگ است. زمانی که ستاره های غول پیکر به انتها عمرشان نزدیک می شوند، انفجاری موسوم به انفجار ابرنواختری رخ می دهد. ستاره های غول پیکر در طول عمر خود هیدروژن و هلیم را بعنوان سوخت هسته ای می سوزانند. هم جوشی در این ستاره ها منجر به ایجاد عنصر آهن می شود، عنصری که به آسانی وارد همجوشی نمی گردد. در نبود همجوشی، دمای ستاره کاهش پیدا می کند و در نهایت انفجار ابرنواختری رخ می دهد. اگر فشار تخریب نوترون ها برای متوقف کردن فروپاشی کافی نباشد در این صورت بجای تشکیل یک ستاره نوترونی، هسته تا تشکیل تکینگی گرانشی پیش می رود. گرانش این تکینگی به قدری زیاد است که بر تمام نیروهای دیگر غلبه می کند و تا جایی پیش می رود که حتی نور هم توان فرار از آنرا ندارد. جرم تشکیل شده یک سیاهچاله خواهد بود. اما رخ دادن چنین پدیده ای بصورت برعکس برای تشکیل یک سفیدچاله از نظر فیزیکی امکان پذیر و قابل توجیه نیست.
حتی اگر سفیدچاله ها تشکیل شوند احیانا برای مدت طولانی دوام نمی آورند.


دلایلی دال بر وجود سفیدچاله ها
مدت ها دانشمندان تصور می کردند که سفیدچاله ها سرنوشتی مشابه کرم چاله ها دارند. یعنی بااینکه با نظریه نسبیت عام اینشتین سازگاری دارند اما وجود آنها غیرممکن است.
کرمچاله ها لوله های نازک از فضازمان هستند که منطقه های دوردست در کیهان را به هم پیوند می زنند. کرم چاله ها می توانند کیهان های موازی یا بچه کیهان ها را به هم پیوند دهند و حتی بطور نظری موجبات سفر در زمان را فراهم آورند.
اما در سالهای اخیر برخی فیزیکدانان سفیدچاله ها را در کوشش برای حفظ همتایان تیره ترشان از مرگی نجات داده اند.
از دهه ۱۹۷۰ که استیون هاوکینگ دریافت سیاهچاله ها انرژی نشت می کنند تا به امروز، فیزیکدانان می خواهند بدانند که چگونه این اجرام می میرند. اگر فرض را بر تبخیر سیاهچاله ها بگیریم این سوال مطرح می شود که چه بر سر آنچه این جرم کیهانی بلعیده می آید؟ طبق نسبیت عام این اجرام توانایی خروج از سیاهچاله را ندارند و باتوجه به مکانیک کوانتوم امکان حذف شدن آنها وجود ندارد.
روولی می گوید: سیاهچاله چگونه می میرد؟ نمی دانیم. سفید چاله چگونه تشکیل می شود؟ شاید مرگ سیاهچاله تولد یک سفیدچاله باشد. این پاسخ مناسبی است اما باید معادلات نسبیت عام را برای تبدیل یکی به دیگری نقض کنید.
روولی می گوید: سیاهچاله چگونه می میرد؟ نمی دانیم. سفید چاله چگونه تشکیل می شود؟ شاید مرگ سیاهچاله تولد یک سفیدچاله باشد. این پاسخ مناسبی است اما باید معادلات نسبیت عام را برای تبدیل یکی به دیگری نقض کنید.
روولی بنیانگذار "گرانش کوانتومی حلقه"(Loop quantum gravity)، تلاشی ناکامل برای عبور از نسبیت عام و رفتن فراتر از آن با توصیف فضا بصورت ذراتی مشابه لگو است. او و دیگران بر طبق این چارچوب سناریویی را توصیف می کنند که در آن یک سیاهچاله آنقدر کوچک می شود که دیگر از قوانین ستاره پیروی نمی نماید. در سطح ذرات، یک بی نظمی کوانتومی رخ می دهد و سیاهچاله تبدیل به سفیدچاله می شود.
به گفته "هال هاگارد"(Hal Haggard)، فیزیکدان نظری در کالج بارد در نیویورک، چنین سفیدچاله ای که اندازه آن میکروگرمی خواهد بود، جرمی مشابه موی انسان خواهد داشت که هیچ گرانشی از جد سیاهچاله ای خود همراه ندارد اما درون غار مانند آن اطلاعات هر آنچه که در زندگی قبلی خود بلعیده را در بر می گیرد. چنین سفیدچاله ای بسیار کوچک تر از آنست که بتواند مواد اطرافش را جذب نماید و ممکنست به اندازه ی کافی برای بیرون ریختن هر آن چه که بلعیده است زنده بماند.
در این نظریه روزی بعد از فروپاشی ستاره ها و از میان رفتن سیاهچاله ها، سفیدچاله ها بر جهان مسلط خواهند شد. به قول هاگارد در آن زمان هر ناظری می تواند به آسانی این اجرام را بعنوان ذراتی نسبتا بزرگ تشخیص دهد اما رسیدن به چنین روزی تریلیون ها برابر سن فعلی جهان زمان خواهد برد.


سفیدچاله های نهایی
برای فیزیکدانان، انفجار ماده و انرژی مه بانگ رفتاری شبیه به سفیدچاله های بالقوه دارد. کیهان شناسان این نظریه را " جهش بزرگ"(Big Bounce) می نامند و برخی به دنبال مشخصه های سفیدچاله ها در نخستین نورهای قابل مشاهده جهان هستند. جهان ممکنست خودش را به تمام اشکالی که از نظر نسبیت عام امکان پذیر است نمایان نکند اما هاگارد معتقد می باشد که باید این راه را تا آخر برای یافتن جواب ادامه داد.



1401/01/04
11:23:32
5.0 / 5
249
مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۲ بعلاوه ۲
گروه هوش مصنوعی
iagrp.ir - مالکیت معنوی سایت گروه هوش مصنوعی متعلق به مالکین آن می باشد