دنیای مرموز سفیدچاله ها

بسیاری از ما نام سیاهچاله های فضایی را شنیده ایم و شاید کم و بیش اطلاعاتی درباره آن‌ها داشته‌باشیم. سیاهچاله ها یکی از پدیده های پیچیده، مرموز و شگفت انگیز طبیعت هستند که درک ماهیت آن‌ها کار آسانی نیست اما شگفت انگیزتر از آن، پدیده دیگری به نام سفیدچاله است. سفیدچاله‌ها به لحاظ نظری درست در مقابل سیاهچاله ها قرار می گیرند و به آن‌ها «امکان غیر ممکن» هم گفته می شود.

آن‌ها اجرامی سماوی هستند که به شیوه ای برعکس سیاهچاله ها  از خود انرژی منتشر می کنند. درحالی‌که شواهد زیادی مبنی بر وجود سیاهچاله ها یافت شده‌است اما کیهان شناسان، شواهدی که وجود سفیدچاله ها را ثابت کند در دست ندارند. درواقع سفیدچاله ها، پدیده هایی فرضی هستند که فقط فرضیه هایی درباره آن‌ها وجود دارد. اگر علاقه مند هستید درباره این پدیده شگفت انگیز کیهانی بیشتر بدانید در ادامه با ما همراه شوید.

اگر درون یک سیاهچاله سقوط کنیم، چه اتفاقی می افتد؟

سیاهچاله یک منطقه در فضا-زمان با چگالی و کشش گرانشی بالاست که هیچ چیز حتی نور نمی تواند از آن فرار کند. اگر جسمی از افق رویداد (منطقه‌ای از فضا-زمان که تمام مرزهای فضا به شدت تحت تأثیر سیاهچاله است) یک سیاهچاله عبورکند، سرانجام به درون سیاهچاله سقوط می کند و در فرایند هولناک «Spaghettification» (رشته‌رشته)، کش می آید و به رشته های استپاگتی مانند تبدیل می شود. به‌عنوان مثال اگر یک ذره نور از افق رویداد سیاهچاله عبور کند، طول موج آن بلندتر و بلندتر می شود و انرژی خود را تا مرحله ای که دیگر قابل شناسایی نباشد، از دست می دهد. در مقابل، یک سفیدچاله همه چیز را مانند فواره‌ای از شکلات سفید به بیرون پرتاب می‌کند.

به‌عبارت دیگر سیاهچاله‌ها به هیچ ماده‌ای در صورت ورود،  اجازه خروج نمی‌دهند درحالی‌که سفیدچاله‌ها فوران ماده و انرژی هستند و هیچ چیز نمی‌تواند وارد آن‌ها شود. هرچند انتظار می‌رود این چاله‌ها، جاذبه داشته‌باشند اما شیئی که به سمت سفیدچاله جذب شود هیچ گاه به افق رویداد آن نخواهد رسید. سفیدچاله‌ها درواقع توجیه‌های احتمالی قوانین نسبیت عام هستند. این قوانین می‌گویند؛ اگر سیاهچاله‌ها در جهان هستی وجود داشته‌باشند، سفیدچاله‌ها که عکس سیاهچاله‌ها عمل می کنند نیز باید در این جهان وجود خارجی داشته‌باشند. سفیدچاله ها درواقع مانند سیاهچاله ها مسیرهایی یک‌طرفه هستند.

به‌عبارت دیگر اگر فرض کنیم سیاهچاله جایی است که می توانیم به آن وارد شویم اما هرگز نمی توانیم از آن فرار کنیم، سفیدچاله را باید جایی در نظر بگیریم که می توانیم آن را ترک کنیم اما هرگز نمی توانیم به آن برگردیم. سفیدچاله ها و سیاهچاله‌ها از نظر ریاضی و هندسی ساختار مشابهی دارند. به این معنا که هردو ناحیه ای از فضا-زمان هستند که مقادیر زیادی ماده در کوچک‌ترین حجم ممکن فشرده شده‌است. سفیدچاله ها نیز مانند سیاهچاله ها دارای جرم، بار الکتریکی، تکانه زاویه ای (کمیتی بُرداری که برای بیان وضعیت سیستم‌های درحال حرکت دورانی استفاده می‌شود) و منطقه افق رویداد در اطراف خود هستند.

 گذار از سیاهچاله به سفید چاله 

بیشتر سیاهچاله ها طی انفجار ابرنواختری ستارگان بزرگ، پرجرم و داغی تشکیل می شوند که به پایان زندگی شان رسیده اند. فیزیک‌دانان معتقدند ممکن است سیاهچاله هایی که به این طریق تشکیل می شوند با تبدیل شدن به چیزی کاملا مخالف خودشان، زندگی شان را به پایان ببرند.  یعنی به سفیدچاله ها تبدیل شوند و تمام ماده ای را که بلعیده اند به طور انفجاری به فضا پرتاب کنند. بر اساس این نظریه، گذار از سیاهچاله به سفیدچاله بعد از شکل گیری اولیه سیاهچاله انجام می شود اما چون گرانش باعث اتساع زمان می‌شود، ناظر خارجی می بیند که سیاهچاله، بسته به اندازه اش، میلیاردها یا هزاران میلیارد سال و حتی بیشتر عمر می کند.

سیاهچاله یا ستاره ای که تحت نیروی گرانش اش، به درون خود فرو می ریزد و  به اصطلاح می رُمبد، به نقطه ای می رسد که دیگر نمی تواند بیشتر از آن فشرده شود. در این مرحله تحت یک فشار بیرونی، به سفید چاله تبدیل می شود. براساس قانون دوم ترمودینامیک، انتروپی (بی نظمی) موجود در جهان هستی همواره درحال افزایش است. این قانون، امکان وجود سفیدچاله ها را زیر سوال می برد. سیاهچاله‌ها اجرامی کیهانی هستند که به خوبی در چارچوب این قانون عمل می کنند زیرا می توانند اشیای فضایی را درطول  دوره های زمانی به درون خود ببلعند و به این ترتیب با گسترانیدن ماده تشکیل‌دهنده خود در فضایی گسترده تر به آشفتگی اطراف خود بیفزایند. درمقابل، سفیدچاله ها به لحاظ نظریه برخلاف قانون دوم ترمودینامیک به اشیا و مواد پراکنده در فضا نظم می دهند. به طور طبیعی هر پدیده ای که چنین قانون جهانی ای را نقض کند قطعا باید بسیار ناپایدار باشد بنابراین نمی تواند برای مدتی بیشتر از چند ثانیه دوام بیاورد.

 سفر در زمان باسفیدچاله ها

طبق فرضیه «پل اینشتین-روزن» که در سال ۱۹۳۵ میلادی مطرح شد، میان سیاهچاله و سفیدچاله در فضا-زمان یک کانال فضا-زمانی به نام کرم چاله وجود دارد که این دو را به هم متصل می‌کند. به‌طوری‌که ورودی سیاهچاله و خروجی سفیدچاله در دو جهان کاملا متفاوت قرار می گیرد. بر اساس این فرضیه یک کرم چاله در موارد خاص، به‌جای دو نقطه از فضا، دو نقطه از زمان یا مکان بسیار دور تراما در زمانی کوتاه را به هم متصل می کند بنابراین یک سفیدچاله می‌تواند جرمی را که در یک سیاهچاله سقوط می کند بعد از سفر در طول یک کرم چاله بیرون بیندازد و از منطقه دیگری در فضا یا زمان سر دربیاورد. این فرضیه نقص‌هایی دارد. یک کرم چاله آن‌قدر بی ثبات است که بلافاصله روی خودش فرو می ریزد. همچنین هر جرمی که وارد یک سیاهچاله شود بر اثر نیروهای گرانشی بسیار بزرگ، تکه تکه می شود. با این وجود شاید ما هرگز – دست کم تا چند صد سال آینده- ندانیم که آیا این سه پدیده واقعا امکان جلو و عقب رفتن در زمان را به انسان ها می دهند یا نه!

سفیدچاله‌ها عامل بیگ‌بنگ؟

بیشتر ما دیدگاهی بسیار ابتدایی درباره فرضیه بیگ‌بنگ داریم. تقریبا ۱۳.۷ میلیارد سال پیش، ماده موجود در جهان هستی به یک نقطه بی نهایت کوچک و فشرده تبدیل شد. این نقطه پس از یک انفجار داغ، گسترش یافت و تا امروز همچنان درحال گسترش است. شواهد زیادی همچون مشاهداتی که نشان می دهند همه کهکشان ها درحال دور شدن از ما هستند، این نظریه را تقویت می کند. فیزیک‌دانان و کیهان‌شناسان، ایده هیجان‌انگیز دیگری ارائه کرده‌اند که حول مفهوم سفیدچاله‌هاست. بر اساس این ایده، ممکن است یک سفیدچاله دلیل پشت پرده انفجار بیگ‌بنگ باشد. دانشمندان این‌گونه استدلال می کنند که یک سفیدچاله عامل انفجار بیگ‌بنگ بوده‌است. با این فرض که یک سفیدچاله همه ماده و اطلاعاتی را که یک سیاهچاله بلعیده، بیرون ریخته‌است البته درستی این فرضیه قطعی نیست.

داستانی تخیلی در دنیای ریاضیات

مریم ملی| دانش‌آموخته کارشناسی ارشد اخترفیزیک

بر خلاف سیاهچاله‌ها که شواهد رصدی زیادی مبنی بر وجودشان در دسترس است، درباره سفیدچاله ها هیچ رصد دقیقی وجود ندارد. انگار سفیدچاله‌ها فقط در دل فرمول‌های پیچیده ریاضی معنا می‌یابند و در دنیای واقعی یا اصلا وجود ندارند یا آن‌قدر ناپایدار هستند که به سرعت از بین می‌روند و نمی‌شود موجودیت‌شان را با مشاهده و رصد اثبات کرد البته بعضی از فیزیک‌دانان نظری همیشه به «اگر»، «شاید» و «اما» در این دانش علاقه دارند. آن‌ها ریاضیات نظری را بررسی می‌کنند و احتمال وجود نتایج این روابط را در دنیای واقعی توضیح می‌دهند.

بعضی وقت‌ها این نظریه ‌ها با پیدا شدن یک مورد رصدی تایید می‌شوند و گاهی با مشاهده موردی که با تئوری در تضاد است به فراموشی سپرده می‌شوند البته در این میان بعضی نظریات هم هستند که تکلیف‌شان به این راحتی‌ها روشن نمی‌شود چون هیچ مورد رصدی دقیقی آن‌ها را تایید یا رد نمی‌کند. اگر واقعا سفیدچاله‌ای به‌طور طبیعی وجود داشته‌باشد، آیا می‌توانیم آن‌ را رصد کنیم؟ در حقیقت تا جایی که دانش فعلی بشر می‌گوید، ظاهرا مشاهده‌شان غیرممکن است چون یکی از پیامدهای ریاضیاتی سفیدچاله‎ها این است که فقط تا زمانی وجود دارند که هیچ ذره‌ای از ماده به افق رویداد آن  هاوارد نشود. به محض این که یک اتم وارد منطقه شود همه چیز نابود خواهد شد.

هم اکنون هیچ فرایند شناخته‌شده‌ای در کیهان وجود ندارد که بتواند آن‌ها را پدید بیاورد. حتی اگر از طریقی به وجود بیایند، ناپایداری‌شان آن‌قدر زیاد است که بلافاصله دوباره از بین می‌روند. به‌گفته «استیون هاوکینگ» حتی اگر سفیدچاله‌ها خیلی قبل‌تر در کیهان اولیه وجود داشته‌اند، حالا پس از چند میلیاد سال احتمالا از بین رفته‌اند، چون کیهان پر است از ماده. علم به مدد دانشمندانی که نظریات را راستی‌آزمایی کردند و روش پیشنهاد دادند، راه‌هایی پیش پای ما می‌گذارد تا بتوانیم بگوییم با دانش فعلی بشر بالاخره چه تصمیمی درباره وجود یا نبود سفیدچاله‌ها بگیریم. روش علمی در برخورد با نظریات می‌گوید؛ نظریه باید ابطال‌پذیر باشد. یعنی باید بشود با روشی وجودش را رد کرد.

به‌طور مثال وقتی می‌گویید آب در ۱۰۰ درجه و در یک فشار مشخص به جوش می‌آید، برای این‌که نظرتان ابطال‌پذیر باشد، باید بتوانید نشان دهید آب در ۹۰ درجه در همان فشار مشخص (منظور میزان فشار هواست که در ارتفاعات و سطح دریا متفاوت است) به جوش نمی‌آید. وقتی حرف از سفید چاله‌ها به میان می‌آید، دانشمندان درباره ناپایداری این اجرام صحبت می‌کنند که آن هم به دلیل تقابل ذرات با جرم منفی و مثبت است. در نهایت هم می‌گویند این اجرام وجود داشته‌اند حالا با گذشت زمان زیادی از بین رفته‌اند. چنین مسئله‌ای در کاغذ وجود دارد و کاملا درست است اما تا زمانی‌که اثری از وجود آن مشاهده نشود، سفیدچاله‌ها کاملا تخیلی باقی خواهند ماند. بعضی از علوم مثل فیزیک کوانتوم با روش ابطال‌پذیری قابل بررسی نیستند اما با روش‌های دیگری تایید می‌شوند. روش ابطال‌پذیری یکی از روش‌های بررسی صحت نظریات علمی است که در این جا مطرح شد.

یاسمین مشرف