5 سوال مهم درباره سیاه چاله های فضایی که هیچ پاسخی برای آنها وجود ندارد

یکی از مرموزترین پدیده‌های کیهان، سیاهچاله‌ها هستند که نور هم نمی‌تواند حریف آنها شود. در ادامه 5 سوال مهم درباره سیاه چاله های فضایی را بررسی خواهیم کرد.

طی سال‌های اخیر اطلاعات مفیدی پیرامون سیاه چاله‌های فضایی منتشر شده اما همچنان یکی از شگفت انگیزترین و در عین حال ناشناخته ترین پدیده‌های کیهانی هستند. همان‌طور که می‌دانیم، جرم آنها به قدری زیاد است که نور هم نمی‌تواند از جاذبه‌شان فرار کند و به همین دلیل است که سیاه چاله نامیده می‌شوند.

جالب اینجاست که فراتر از درک و تصور سیاهچاله‌ها، وقتی صحبت از این اجرام متراکم و چگال می‌شود، قوانین نسبیت عام که شالوده و بنیان فیزیک مدرن را شکل می‌دهند، به طرز عجیبی از بین می‌روند. دلیلش هم این است که وقتی گرانش و جرم به بی‌نهایت میل پیدا می‌کنند، معادلاتی که برای درک آنها استفاده می‌کرده‌ایم خاصیت خود را از دست می‌دهند.

5 سوال مهم درباره سیاه چاله های فضایی

خوشبختانه به همان میزانی که دانشمندان اطلاعات فیزیک کوانتومی خود را ارتقا می‌دهند، دانش آنها پیرامون سیاهچاله‌ها نیز گسترش و توسعه می‌یابد و نحوه عملکرد آنها را بهتر درک می‌کنند. علاوه بر این امروزه برای مشاهده فضای فیزیکی این اجرام کیهانی از فناوری‌هایی استفاده می‌شود که روز به روز در حال پیشرفت بوده و یکی از آنها امواج گرانشی است که برای نخستین بار در سال 2016 کشف شده.

پیشرفت‌های علمی منجر به اصلاح و تغییر نظریه‌های مربوط به سیاهچاله‌ها شده اما به نظر می‌رسد مدارک و شواهد پیرامون این اجرام مرموز کافی نبوده و به اثبات کامل آنها نینجامیده است. هنوز هم اطلاعات بسیاری وجود دارد که در مورد سیاه چاله‌ها نمی‌دانیم و یکی از مهمترین آنها پیرامون تکینگی‌هایی است که از افق رویداد فراتر هستند. شاید باورتان نشود ولی همچنان برخی از پرسش‌های ساده درباره سیاهچاله‌ها بی‌پاسخ مانده‌اند.

1. آیا سیاهچاله‌های کوچک وجود دارند؟

در حال حاضر اخترفیزیکدان‌ها می‌دانند که سیاه چاله‌ها می‌توانند ابعاد و اندازه‌های متفاوتی داشته باشند. برای مثال نزدیک ترین سیاهچاله به سیاره زمین، اندازه کوچکی دارد و جرم آن تنها سه برابر خورشید منظومه ما است. البته از نظر تئوری چنین جرمی کوچک نیست ولی در مقام مقایسه با سایر سیاهچاله‌ها، بسیار کوچکتر خواهد بود.

یکی از بزرگترین سیاه چاله‌های شناخته شده که در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد، فونیکس آ (Phoenix A) است که تخمین زده شده صد میلیارد برابر خورشید است. دانشمندان هنوز نمی‌دانند که این پدیده‌های مرموز تا چه اندازه می‌توانند کوچک باشند و این موضوعی است که علم می‌بایست اثبات کند.

بسیاری از فیزیکدان‌ها معتقدند سیاه چاله‌هایی وجود دارند که اندازه آنها برابر با یک هسته اتم است ولی موفق به اثبات این فرضیه نشده‌اند. می‌دانیم که این اجرام متراکم و چگال، جرم بی‌نهایت زیادی دارند و به همین خاطر باید مدنظر داشته باشیم که حتی اگر آنها اندازه یک ذره اتم باشند، باز هم ممکن است چندین میلیارد تن جرم داشته باشند. حدس محققان این است که در روزهای ابتدایی انفجار بزرگ یا همان بیگ بنگ، چنین سیاه چاله‌هایی وجود داشته است.

بر اساس مکانیک کوانتومی پس از گذشت مدتی معین، سیاه چاله‌ها از بین می‌روند و کوچکترین آنها تبدیل به بخار خواهد شد. دانشمندان بر این باورند که امروزه شکل گیری میکروسیاهچاله‌ها بعید به نظر می‌رسد و سوالی که مطرح می‌شود این است که آیا آنها از میلیاردها سال پیش تا به امروز جایی در آن دوردست‌ها شناور بوده یا همگی ناپدید شده‌اند؟

• سیاهچاله ها از آنچه فکر می‌کنید به زمین نزدیک‌تر هستند

2. چه چیزی باعث پیدایش سیاه چاله‌های کلان جرم می‌شود؟

گفتیم که میکروسیاهچاله‌ها در تئوری و روی کاغذ وجود دارند اما در واقعیت قابل اثبات نیستند و این در حالی است که دانشمندان راجع به وجود سیاهچاله‌های کلان جرم مطمئن هستند. با توجه به تعاریفی که از آنها شده، می‌دانیم که قابل مشاهده نیستند چرا که حتی نور با آن سرعت زیادش نمی‌تواند از گرانش قدرتمند آنها بگریزد.

علیرغم محدودیت‌های مذکور، دانشمندان می‌توانند اندازه و مکان آنها را از روی اجسامی که به سمتشان کشیده می‌شوند، تشخیص دهند. (برای مثال می‌دانیم که هم اکنون یک سیاه چاله بسیار کلان جرم به نام Sagittarius A در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد.) البته محققان هنوز نمی‌دانند که چنین اجرام پرجرمی چگونه شکل می‌گیرند و این موضوع رازی سر به مهر باقی مانده است.

اغلب سیاه چاله‌هایی که از وجودشان باخبر هستیم، پس از مرگ یک ستاره شکل گرفته‌اند. ستاره‌های در حال مرگ و فروپاشی بعد از خاموشی به عنوان ابرنواخترهای قدرتمند به حیات خود ادامه می‌دهند ولی هیچ ستاره‌ای آن قدر بزرگ نیست که بتواند سیاه چاله‌های کلان جرمی نظیر Sagittarius A به وجود بیاورد!

سیاه چاله‌های کلان جرم یک درجه بالاتر از نوع معمولی آنها هستند و برخی از دانشمندان معتقدند که آنها از برخورد کهکشان‌های غول پیکر به یکدیگر به وجود می‌آیند. عده‌ای دیگر با رد نظریه فوق بر این باور استوارند که کیهان آن قدرها پیر نیست که اجازه دهد چنین سیاه چاله‌هایی تشکیل شوند.

نظریه دیگری هم وجود دارد که بیان می‌کند چنین اجرام متراکم و پرجرمی همزمان با انفجار بزرگ یا اندکی پس از آن و پیش از تشکیل ستاره‌ها و کهکشان‌ها از غبار کیهانی پدید آمده‌اند. هر چه در زمان بیشتر به عقب برگردیم، اثبات داده‌ها و رد نظریه‌ها دشوارتر از قبل خواهد شد.

• سفر در زمان به کمک تلسکوپ جیمز وب برای جستجوی اسرار سیاه‌چاله‌ها

3. داخل سیاه چاله چگونه است؟

هنگامی که چیزی از افق رویداد یک سیاهچاله عبور می‌کند، هرگز راهی به بیرون نخواهد داشت و (به افق رویداد، نقطه گرانشی بی‌بازگشت نیز گفته می‌شود) به همین دلیل است که اطلاعات ما درباره محیط داخلی این اجرام اندک است. تنها کاری که از دست فیزیکدان‌ها بر می‌آید، نظریه پردازی پیرامون مابعد افق رویداد است.

متاسفانه هیچ راهی برای مشاهده آنچه درون این چاله‌های سیاه و مرموز در حال رخ دادن است وجود ندارد و نمی‌توان به جمع آوری اطلاعات پرداخت. حتی فیزیک هم نمی‌تواند قوانین خود را راجع به سیاه چاله‌ها به کار بندد چرا که آن قدر تراکم و جرم آنها زیاد است که قوانین فیزیک از یک جایی به بعد در هم می‌شکنند.

آنچه برای یک شیء در افق رویداد اتفاق می‌افتد نامشخص است و اثر اسپاگتی تئوری است که به اثبات نرسیده! نظریه اسپاگتی شدن توضیح می دهد که گرانش سیاه چاله به قدری زیاد است که به محض ورود هر جسمی به درون آن همچون رشته‌های نودل یا اسپاگتی نازک و کشیده می‌شوند. یک نظریه اثبات نشده دیگر هم وجود دارد که معتقد است سیاهچاله‌ها توسط دیواره آتشی از انرژی و توسط ذراتی که درهم تنیدگی کوانتومی خود را از یکدیگر جدا می‌کنند، احاطه شده‌اند.

شوربختانه در خصوص عمیق ترین قسمت‌های یک سیاه چاله، چگونگی عملکرد اطلاعات، جرم و زمان همه چیز ناشناخته باقی مانده است. می‌دانیم که گرانش می‌تواند فضا-زمان را دچار انحراف کند و از آنجایی که گرانش درون این پدیده‌های مرموز بی‌نهایت وجود دارد، قوانین فیزیک را به راحتی نقض می‌کند.

• آیا یک سیاهچاله می‌تواند کل جهان هستی را ببلعد؟

4. آیا تشعشعات هاوکینگ وجود دارد؟

دانشمندان تا مدت‌ها تصور می‌کردند که سیاهچاله‌ها پایدار و دائمی هستند. از آنجایی که سفر به درون این گودال‌های پرجرم یک طرفه است و هیچ چیز نمی‌تواند از گرانش بی‌نهایت آنها فرار کند، اطلاعات مهم برای همیشه در آنجا به دام می‌افتد. استیون هاوکینگ، دانشمند برجسته و نظریه پرداز کلیدی سیاه چاله‌ها دستاورد مهمی در این حوزه دارد.

این فیزیکدان مشهور پس از بررسی‌های دقیق خود به این نتیجه رسید که سیاهچاله‌ها در نهایت به بخار تبدیل می‌شوند ولی این فرآیند به تدریج و آهسته انجام خواهد شد. چنین نظریه‌ای فیزیک سنتی انیشتین را به کلی نقض می‌کند اما در فیزیک کوانتوم این امکان وجود دارد تا مقداری از تابش و ذرات به بیرون نشت کند.

از چنین تشعشعی امروزه به نام تابش هاوکینگ یاد می‌شود و بسیار اندک اما ثابت و پایدار است. بدین ترتیب یک سیاه چاله پیش از آنکه به طور کامل ناپدید شود، جرم خود را این گونه از دست می‌دهد. به هر حال این نظریه‌ای است که وجود دارد ولی عده‌ای از محققان ادعا می‌کنند که موفق به ثبت تابش هاوکینگ در آزمایشگاه شده‌اند. طرح چنین مسئله‌ای باعث پیدایش پارادوکس اطلاعات سیاهچاله خواهد شد.

تشعشعات هاوکینگی اطلاعاتی حمل نمی‌کند، بنابراین وقتی یک سیاه چاله ناپدید می‌شود، تمام اطلاعاتی که طی میلیاردها سال دریافت کرده به کجا می‌رود؟ مادامی که فیزیکدان‌ها نظریه‌های جامع تری پیرامون گرانش مطرح نکنند، تابش هاوکینگ از نظر فنی غیرقابل اثبات است حتی اگر احتمال وجود آن زیاد باشد.

5. سیاه چاله‌ها چگونه می‌میرند؟

امروزه تابش هاوکینگ توسط اخترفیزیکدان‌ها پذیرفته شده اما هنوز مشخص نیست که سیاه چاله‌ها به هنگام بخار شدن چگونه می‌میرند! مشکل اینجاست که همچون بسیاری از موارد دیگر به هنگام درک این اجرام پر رمز و راز، فهم کنونی بشر از فیزیک و گرانش کوانتومی به آن حدی از پیچیدگی نرسیده تا توضیح دهد وقتی سیاهچاله از طریق تابش هاوکینگ جرم خود را از دست می‌دهد، چه اتفاقی می‌افتد. اگر دانشمندان بتوانند از افق رویداد بگذرند، می‌توانند تمام اطلاعاتی که سیاهچاله‌ها در طول زمان جذب کرده‌اند را درک کنند.

فرض دیگری هم وجود دارد و آن اینکه سیاه چاله افق رویداد خود را از دست می‌دهد ولی تکینگی آن پایدار است. (تکینگی مرکزی است که گرانش و چگالی آن بی‌نهایت خواهد بود) اگر چنین چیزی رخ دهد، اخترفیزیکدان‌ها می‌توانند تکینگی را مشاهده کنند ولی چنین چیزی طبق قوانین نسبیت عام غیرممکن است.

مشاهده یک تکینگی برهنه به فیزیکدان‌ها اجازه می‌دهد تا مستقیماً گرانش کوانتومی را تماشا کنند و درک بهتری از آن داشته باشند. تا آن زمان که به نظریه‌های فوق برسیم، نمی‌دانیم که به هنگام مرگ یک سیاه چاله دقیقا چه اتفاقی برای آن می‌افتد و همه چیز تئوری و روی کاغذ خواهد بود. نظر شما درباره 5 سوال مهم درباره سیاه چاله های فضایی چیست؟ آیا پاسخی برای آنها پیدا خواهد شد؟