نظریه عجیب دو دانشمند درباره ماهیت سیاه چاله ها : آن‌ها چیزی که ما تصور می‌کردیم نیستند!

اخیرا دو دانشمند نظریه عجیبی در رابطه با ماهیت سیاه چاله ها مطرح کرده‌اند. آن‌ها معتقدند چیزی که ما به آن می‌گوییم سیاه چاله، عملا وجود ندارد!

در اینکه دانش و درک کنونی بشر در رابطه با سیاه چاله ها بسیار اندک است، هیچ بحثی وجود ندارد. اما یک اصل در رابطه با سیاه چاله ها وجود دارد که تقریبا تمام دانشمندان به آن اعتقاد دارند و تمام تئوری‌ها و نظریه‌های خود را نیز بر مبنای همین اصل بنا می‌کنند. این اصل، درواقع بحث تَکانگی گرانشی است که در ادامه مقاله بیشتر به آن خواهیم پرداخت. اما اخیرا دو دانشمند، نظریه‌ای را در رابطه با سیاه چاله ها مطرح کرده‌اند که خود همین اصل را به چالش می‌کشد! آن‌ها معتقدند ماهیت سیاه چاله ها با آن چیزی که ما فکر می‌کنیم در تضاد است و ما باید هرچیزی را که تاکنون فکر می‌کردیم در رابطه با سیاه چاله ها می‌دانیم، از ذهن خودمان خارج کنیم! اما نظریه آن‌ها چیست؟

درک کنونی بشر از سیاه چاله ها

برای درک بهتر تئوری این دو دانشمند، بهتر است ابتدا یکبار درک کنونی بشر در رابطه با ماهیت سیاه چاله ها را با هم مرور کنیم:

سیاه چاله ها، اجرامی آسمانی با جاذبه‌ای نزدیک به بی نهایت هستند. هر چیزی که وارد محدوده اثرگذاری یا درواقع افق رویداد سیاه چاله شود، توسط جاذبه آن، به مرکز سیاه چاله کشیده می‌شود. چیزی که وارد افق رویداد سیاه چاله شده حتی اگر نور هم باشد، باز هم توانایی فرار از جاذبه غیرقابل تصور سیاه چاله را ندارد و درنتیجه نور تابیده شده به سیاه چاله، هرگز توانایی بازتاب و خارج شدن از سیاه چاله را ندارد. به همین دلیل است ما هم سیاه چاله ها را تاریک و یا همان سیاه مشاهده می‌کنیم.

اما این مطلبی که گفته شد، تنها ظاهر قضیه را شرح می‌دهد. باطن قضیه کمی پیچیده‌تر است:

هنگامی که یک جسم وارد افق رویداد سیاه چاله می‌شود، با طی کردن یک مسیر دایره‌ای مانند، ذره ذره به مرکز سیاه چاله نزدیک می‌شود و در همین حین هم به علت جاذبه توصیف ناپذیر سیاه چاله، رفته رفته کشیده‌تر و باریک‌تر از حالت عادی خود می‌شود. این کشیدگی انقدر ادامه پیدا می‌کند که آن جسم، به یک رشته طویل تبدیل می‌شود که قطری به اندازه تنها یک اتم دارد. اما سپس همین رشته اتمی، باز هم کشیده‌تر و درواقع باریک‌تر می‌شود و در نهایت انقدر قطر و ضخامت کمی پیدا می‌کند که می‌توان حتی ادعا کرد که آن جسم، دیگر عملا وجود خارجی ندارد! طبق نظریه نسبیت عام انیشتین، به نقطه‌ای از دستگاه مختصات فضا-زمان که می‌تواند مانند سیاه چاله با جاذبه نزدیک به بی‌نهایت خودش چنین کاری را با یک جسم انجام دهد، تَکینِگی گرانشی (Gravitational Singularity) گفته می‌شود. در تکینگی گرانشی، میزان جاذبه یا گرانش به بی نهایت میل می‌کند و درنتیجه قوانین عادی فضا-زمان در این نقطه بخصوص، صدق نمی‌کنند.

تصویری فرضی از افق رویداد سیاه چاله

به چالش کشیده شدن ماهیت سنتی سیاه چاله ها !

دو دانشمند، یا بهتر بگوییم یک اختر فیزیکدان بنام کِوین کِراکر (Kevin Croker) و یک ریاضیدان بنام جوئل واینر (Joel Weiner) اخیرا یک تئوری عجیب در رابطه با ماهیت سیاه چاله ها مطرح کرده‌اند که تمام دانش و درک کنونی ما نسبت به این اجرام آسمانی را به چالش می‌کشند!

ماجرا از این قرار است که کراکر و واینر درحال کار بر روی معادله فریدمن (Friedmann’s Equation) برای توصیف مقوله انبساط دائمی کیهان بودند. معادله فریدمن درواقع نسخه ساده‌سازی شده نظریه نسبیت عام انیشتین است. با استفاده از معادله فریدمن، دانشمندان می‌توانند بهتر معادلات ریاضی انیشتین برای اثبات نظریه نسبیت عام خودش را درک کنند و روی آن مانور دهند.

این تیم دو نفره اندکی پس از کلنجار رفتن روی معادله فریدمن، به این نتیجه رسیدند که برای استفاده صحیح از این معادله، آن‌ها باید اجرام فوق چِگال (UltraDense) مانند ستاره های نوترونی و سیاه چاله ها را نیز مانند دیگر اجرام آسمانی کیهان، درنظر بگیرند. این موضوع به این معنی است که اگر به عنوان مثال سیاه چاله ها را اجرامی در نظر بگیریم که تکینگی گرانشی در آن رخ می‌دهد، آنگاه معادله فریدمن و به تبع آن، نظریه نسبیت عام انیشتین به مشکل و خطا برمی‌خورند! تا پیش از این، دانشمندانی که نظریه نسبیت عام انیشتین و معادله فریدمن را مورد استفاده قرار می‌دادند، فرض را بر این می‌گذاشتند که اگر ماهیت درونی اجرام آسمانی را داخل معادله اثر ندهند، مشکلی بوجود نمی‌آید. به همین علت هم آن‌ها ماهیت سیاه چاله ها و درنتیجه تَکینگی گرانشی را در را در معادلات خودشان، دخالت نمی‌دادند.

اگر بخواهیم اندکی مطلبی که گفته شد را ساده‌تر کنیم، می‌توانیم بگوییم که دانشمندان به طور کلی معتقدند تَکینگی گرانشی در سیاه چاله ها رخ می‌دهد، اما با این وجود، هنگامی که قصد انجام معادلات ریاضیاتی مرتبط با سیاه چاله ها را دارند، ماهیت وجودی سیاه‌چاله ها را وارد معادلات خودشان نمی‌کنند. دلیل این موضوع هم بسیار واضح است، اگر آن‌ها بحث تَکینگی گرانشی را وارد معادلات خودشان می‌کردند، آنگاه هیچکدام از معادلات ریاضیاتی آن‌ها به نتیجه عددی نمی‌رسد و پاسخ تمام معادلاتشان، عبارت آشنای “تعریف نشده” می‌شود! در نتیجه می‌توان ادعا کرد حتی دانشمندانی که به ماهیت سنتی سیاه چاله ها اعتقاد دارند هم در معادلات ریاضیاتی خود، فرض را بر این می‌گذارند که تَکینگی گرانشی در داخل سیاه چاله ها رخ نمی‌دهد. یا دیگر حداقل اینکه آن‌ها فرض را بر این می‌گذراند که رخ دادن و یا رخ ندادن تکینگی گرانشی در داخل سیاه چاله ها، اهمیت چندانی برای معادلات جهان خارج از سیاه چاله ها ندارد.

اما کراکر و واینر معتقدند به هیچ عنوان نمی‌توان و اصلا نباید که این نقص ریاضیاتی نادیده گرفته شود. آن‌ها با بررسی‌های فراوان به این نتیجه رسیدند که شاید دلیل اینکه نمی‌توان بحث تکینگی گرانشی را در معادلات ریاضیاتی دخالت داد، این است که اصلا تکینگی گرانشی در سیاه چاله ها رخ نمی‌دهد! این ادعا، به هیچ عنوان چیزی نیست که بتوان به سادگی از کنار آن عبور کرد. ادعای کراکر و واینر، درست مانند این است که اکنون یک دانشمند ادعا کند که زمین گرد نیست و درواقع مسطح است! هرچند هستند دانشمندانی که اتفاقا همین ادعا را نیز مطرح کرده‌اند!

ماهیت جدید سیاه چاله ها

سوالی که بوجود می‌آید این است که اگر تکینگی گرانشی در سیاه چاله ها رخ نمی‌دهد، پس چه چیزی باعث رفتار بسیار عجیب و غیر قابل توجیه این اجرام آسمانی می‌شود؟ به عنوان مثال، چرا سیاه‌چاله‌ها تنها اجرام آسمانی‌ای هستند که کاملا سیاه و تاریک دیده می‌شوند؟ کراکر و واینر برای تمام این سوال‌ها، پاسخ‌هایی دارند که البته برخی از این پاسخ‌ها، توسط خودشان مطرح نشده است! آن‌ها برای توضیح ماهیت سیاه چاله ها سراغ یک تئوری فراموش شده رفتند که 6دهه پیش و در دهه 1960میلادی مطرح شده بود!

بر اساس این تئوری، سیاه چاله ها در واقع اجرامی آسمانی بنام “مولد انرژی تاریک” یا به اختصار GEODE هستند که انرژی تاریک از داخل آن‌ها به سرتاسر کیهان فوران می‌کند! به گفته آن‌ها، تمام انرژی تاریکی که در سرتاسر کیهان وجود دارد، توسط همین GEODE ها که ما اکنون به آن‌ها “سیاه چاله” می‌گوییم، درحال انتشار هستند.

اگر با انرژی تاریک آشنایی ندارید‌، باید بگوییم که انرژی تاریک یا درواقع Dark Energy درواقع نیرویی در کیهان است که باعث منبسط شدن سرتاسر هستی می‌شود. اگر بخواهیم کمی بیشتر این بحث را باز کنیم، می‌توانیم بگوییم که انرژی تاریک، درحال دور کردن تمام ذرات هستی از یکدیگر است. سرعت این اتفاق انقدر پایین است که نه ما و نه هیچ موجود دیگری هرگز متوجه آن نخواهد شد اما هنگامی که بازه‌های زمانی چند میلیون سالی را در نظر می‌گیریم، مشاهده می‌کنیم که انرژی تاریک واقعا در حال دور کردن ذرات از یکدیگر و درنتیجه، انبساط دائمی کیهان است.

نکته جالب در رابطه با GEODEها این است که درست است آن‌ها در دهه 1960میلادی مطرح شدند، اما در آن زمان هیچکس نتوانست از نظر ریاضیاتی هم وجود آن‌ها را تایید کند. با این حال، کراکر و واینر پس از چیزی حدود 60سال، سر انجام موفق به انجام اینکار شدند.

موضوع قابل توجه دیگر در رابطه با فرضیه کراکر و واینر این است که آن‌ها توانسته‌اند با نظریه خودشان، یکی دیگر از نقاط مبهم نسبیت عام انیشتین را نیز از ابهام خارج کنند! طبق معادله فریدمن، جرم اجرام آسمانی فوق چگال، مانند سیاه چاله ها، به مرور زمان افزایش می‌یابد. این درحالی است که طبق دانش کنونی ما، به علت انبساط دائمی کیهان، جرم تمامی اجسام و اجرام آسمانی، از جمله نور و خود سیاه چاله ها درحال کاهش است! به همین دلیل این موضوع تبدیل به یکی از ابهامات و علامت سوال های قابل توجه دنیای علم شده است.

اولین تصویر واقعی گرفته شده از یک سیاه چاله

اگر به تئوری مطرح شده توسط کراکر و واینر استناد کنیم، می‌بینیم که پاسخ این ابهام هم به خوبی توسط آن‌ها داده شده است. نکته‌ای که وجود دارد این است که بخاطر ماهیت متفاوتی که انرژی تاریک با تمام شناخته‌های بشر دارد، اگر از نظر تئوری، یک ماده توسط انرژی تاریک ساخته شده باشد، آنگاه جرم آن جسم با گذشت زمان و به علت همان بحث انبساط دائمی کیهان و برخلاف تمام ذرات شناخته شده جهان هستی، افزایش پیدا می‌کند. بر اساس نظریه کراکر و واینر، سیاه چاله ها یا همان GEODEها اجرام آسمانی فوق چگال هستند که سرشار از انرژی تاریک هستند. درنتیجه می‌توان گفت که برخلاف تمام اجرام و اجسام دیگر جهان هستی، جرم این اجسام به مرور زمان و در اثر انبساط دائمی کیهان، افزایش پیدا می‌کند. درنتیجه ابهامی که در رابطه با سیاه چاله های سنتی وجود داشت، در رابطه با GEODEها وجود ندارد.

البته واضح است که نظریه کراکر و واینر در حال حاضر، تنها در حد همان نظریه است و نه تنها به هیچ عنوان نمی‌توانیم از آن به عنوان حقیقتی ثابت شده یاد کنیم، بلکه حتی اکثریت جامعه علمی هم، حداقل در حال حاضر آن را قبول ندارند. به عنوان مثال فیزیکدانی بنام ویتور کاردوسو (Vitor Cardoso) معتقد است نظریه مطرح شده توسط این دو دانشمند، دارای تناقض‌های بسیار است و به سختی می‌توان آن را پذیرفت. اما با این حال حتی او هم قبول دارد که دنیای علم نیازمند چنین زاویه دیدهای متفاوت و اورجینالی است. آقای کاردوسو می‌گوید این نظریه‌های ساختارشکن، می‌توانند در نهایت منجر به افزایش درک ما نسبت به سیاه چاله ها شوند. همچنین به عقیده او، اینگونه نظریه‌ها توانایی این را دارند که اگر نظریه‌هایی که هم‌اکنون در رابطه با سیاه چاله ها مورد تایید جامعه علمی است، عیب و نقصی داشته باشند، در تیررس جامعه علمی قرار گیرند و با تلاش دانشمندان، این نقصان‌ها نیز رفع شوند.

درنهایت باید به این موضوع هم اشاره کنیم که نظریه مطرح شده توسط کِوین کراکر و جوئل واینر، بسیار طولانی‌تر، عمیق‌تر و البته پیچیده‌تر از مطالبی که ما در این مقاله به آن‌ها پرداختیم است. ما در اینجا سعی کردیم تنها به جانمایه و اصلی‌ترین نکات این نظریه بپردازیم و تا سرحد امکان هم این نکات را به زبان ساده بیان کنیم اما اگر به این نظریه علاقه‌مند شده‌اید، به شما پیشنهاد می‌کنیم که حتما متن کامل مقاله مربوط به این نظریه که در تاریخ 28 آگوست توسط خود کراکر و واینر، در ژورنالی بنام Astrophysical Journal منتشر شد را تهیه و مطالعه کنید.