همه‌چیز درباره سفیدچاله؛ از نحوه تشکیل تا کشف و تفاوت آن با سیاهچاله
سفیدچالهها اجرام فرضی هستند که رفتاری عکس سیاهچاله دارند یعنی هیچ ماده‌ای نمیتواند وارد آن شود. در این مقاله با سفیدچالهها آشنا شدیم.
در دیجیاتو ثبت‌نام کنید
جهت بهره‌مندی و دسترسی به امکانات ویژه و بخش‌های مختلف در دیجیاتو عضو ویژه دیجیاتو شوید.
عضویت در دیجیاتوتازههای تکنولوژی
سفیدچالهها نواحی نظری در کیهان هستند که برخلاف سیاهچاله عمل می‌کنند. همان‌طورکه هیچچیز نمیتواند از سیاهچاله فرار کند، هیچچیز نمیتواند وارد سفیدچاله شود. در این مقاله، قصد داریم با سفیدچاله بیشتر آشنا شویم، نحوه تشکیل آن و تفاوت آن با سیاهچاله را بررسی کنیم و به این سؤال پاسخ دهیم که آیا می‌توان سفیدچاله در عالم پیدا کرد؟
سفیدچاله چیست؟
سفیدچالهها اجرامی نظری در کیهان هستند که از حل معادلات میدان نظریه نسبیت عام اینشتین نتیجه گرفته میشوند. این معادلات را «کارل شوارتزشیلد» در سال ۱۹۱۶ حل کرد. شوارتزشیلد مردی بود که ریاضیاتی را نوشت که سیاهچالههای عالم را اجرامی که در خود فروریختهاند، توصیف کرد. در این حالت، سفیدچاله عکس سیاهچاله است.
از سیاهچاله تا سفیدچاله
اولین بار در قرن هجدهم، «جان میشل» ایده‌ای مطرح کرد و از سیاهچاله با نام «ستاره‌های تاریک» یاد کرد. او متوجه شد همان‌طور که همه توده‌های جهان سرعت فرار دارند؛ یعنی اگر جسمی به‌عنوان توده روی زمین قرار داشته باشد، برای آنکه بر نیروی گرانش آن غلبه کند، نیاز دارد با سرعت خاصی حرکت کند که به آن سرعت فرار می‌گویند؛ به‌این‌ترتیب، اگر جرم زیادی در حجم بسیار کوچکی فشرده شود، سرعت فرار هرچیزی در آن نزدیک سرعت نور خواهد بود. ازآنجایی‌که هیچچیز نمیتواند سریع‌تر از نور حرکت کند، این ناحیه کوچک با جرم فشرده می‌تواند نور و ماده را جذب کند. این مفهوم سیاهچاله است که سال‌ها بعد معادلات اینشتین آن را پیش‌بینی کردند.
معادلات میدان اینشتین، مانند سونامی، در سال ۱۹۱۵ به سراغ علم فیزیک آمد و تحولاتی که این سونامی ایجاد کرد، به‌قدری تأثیرگذار بود که هنوز دانشمندان می‌کوشند آن را تجزیه‌وتحلیل کنند. فراتر از توصیف نیروی گرانش، فرضیه‌هایی که از حل معادلات میدان حاصل شدند، هنجارشکن بودند. حالا می‌دانیم فضا-زمان به‌صورت پس‌زمینه‌ای درهم‌تنیده، تمام اجرام را در دل خود جا داده و حضور این اجرام سبب می‌شود فضا-زمان که مانند تاروپود فرش درهم آمیخته‌اند، دچار اعوجاج شود.
همان‌طور که گفتیم کارل شوارتزشیلد فیزیک‌دان اولین کسی بود که راه‌حلی دقیق برای معادلات میدان اینشتین ارایٔه داد. در حقیقت او محاسبه کرد که فضا-زمان چگونه حول توپی سنگین خمیده می‌شود. راه‌حل‌های او منجر به چیزی شد که امروزه فیزیک‌دانان آن را «تکینگی» می‌نامند. فرض کنید جرم توپ آن‌قدر زیاد باشد که فضا-زمان را تا نقطه‌ای بی‌نهایت بکشد؛ پارچه‌ای را فرض کنید که توپی روی آن بیندازیم. پارچه شکلی منحنی به خود می‌گیرد. حالا فرض کنید توپ آن‌قدر سنگین باشد که پارچه تا بی‌نهایت پایین رفته و کشیده شود. به ناحیه اطراف این کشیدگی تا بی‌نهایت تکینگی می‌گویند. تکینگی رابطه علت‌ومعلول هر اتفاقی را نقض می‌کند.
سیاه‌چاله‌ها، معروف‌ترین تکینگی‌های عالم و مناطقی از فضا هستند که به قدری کشیده شده (دچار اعواج شده یا منحرف شده‌اند) که اجازه نمی‌دهند هیچچیز از آنها خارج شود.
در کنار تلاش سایر ریاضی‌دانان و فیزیک‌دانان برای حل معادلات اینشتین، «مارتین دیوید کروسکال» ریاضی‌دان سال ۱۹۶۰، شرح سیاهچاله شوارتزشیلد را گسترش داد و در پاسخ‌هایش به دوقلوی نظری سیاهچاله رسید: تکینگی جدیدی به نام سفیدچاله. البته فهم این تکینگی‌ها کار آسانی نبود؛ حدود 40 سال زمان برد تا مردم با مفهوم سیاهچاله ارتباط برقرار کنند. حالا نوبت نقطه مقابل سیاهچاله رسیده است.
مدت‌ها تصور می‌شد سفیدچالهها نیز فقط حاصل حل معادلات نسبیت عام هستند؛ با حل معادلات نسبیت عام به وجود ساختارهایی در عالم پی می‌بریم که سفیدچاله نامیده میشوند و انتظار داریم آنها را در کیهان مشاهده کنیم. دانشمندان فرض می‌کردند همین معادلاتی که وجود سیاهچاله را پیش‌بینی کنند، باید برای سفیدچاله نیز کاربرد داشته باشند.
فرض کنید سفینه‌ای فضایی درحال گشت‌زدن در فضا است. برای خدمه این سفینه که سفیدچالهای را از دور تماشا می‌کنند، سفیدچاله دقیقاً شبیه سیاهچاله خواهد بود. به این معنا که جرم و ساختار معینی در فضا خواهد داشت. ممکن است حلقه‌ای چرخان از گاز و غبار نیز اطراف افق رویداد (مرز جداکننده سفیدچاله / سیاهچاله از فضای بیرونی) وجود داشته باشد. اما آنچه سفیدچاله را از سیاهچاله متفاوت می‌کند، این است که احتمالاً خدمه فضاپیما با تماشای آن متوجه میشوند سفیدچاله برخلاف سیاهچاله چیزی را نمی‌بلعد، بلکه همه‌چیز را بیرون می‌ریزد!
فیزیک‌دان‌ها سفیدچاله را «بازگشت زمان» سیاهچاله توصیف می‌کنند. درحالیکه سیاهچاله افق رویدادی بدون بازگشت است و هیچچیز از آن نمیتواند خارج شود، افق رویداد سفیدچاله رفتاری برعکس دارد و مرزی بدون پذیرش است؛ یعنی هیچچیز نمیتواند به آن نزدیک و وارد آن شود. هیچ فضاپیمایی به افق رویداد سفیدچاله نزدیک هم نمی‌شود.
سفیدچاله هرآنچه در ساختارش وجود داشته را هم به بیرون پرتاب می‌کند. پس اجسام درون جرم کیهانی می‌توانند خارج شوند و با دنیای بیرون تعامل داشته باشند. اما ازآنجایی‌که هیچچیز نمیتواند وارد آن شود، درون سفیدچاله را می‌توان عالمی منحصربه‌فرد دانست که اطلاعی از عالم بیرون و گذشته ندارد.
تفاوت سفیدچاله با سیاهچاله چیست؟
هنگامی که وارد سیاهچاله می‌شوید، میدان گرانشی شدیدی وجود دارد که اشیا را به داخل می‌کشد. غشای یک‌طرفه‌ای به نام افق رویداد مرز میدان ناحیه حضور این میدان گرانشی را از عالم بیرون جدا می‌کند. هنگامی که از افق رویداد عبور کنیم، اسیر این گرانش قوی می‌شویم و هرگز امکان فرار از آن را نداریم. گرانش ما را دربرمی‌گیرد و سرنوشت و آینده ما در مرکز سیاهچاله رقم خواهد خورد.
اما سفیدچاله دقیقا عکس سیاهچاله رفتار می‌کند. یک سفیدچاله را می‌توان ناحیه‌ای با رفتار ضدگرانش دانست که به‌صورت بی‌پایانی مواد را به بیرون پرتاب می‌کند. افق رویداد در اینجا ناحیه‌ای است که مواد را به بیرون پرتاب می‌کند و از آن مرز نمی‌توان به سفیدچاله نزدیک‌تر شد.
پس در سیاهچاله ما به درون کشیده می‌شویم اما در یک سفیدچاله به بیرون پرتاب می‌شویم و اجازه ورود به آن را نداریم.
شواهد وجود سفیدچاله
حالا که سفیدچاله را شناختیم، احتمالا می‌خواهیم بدانیم شواهدی مبنیبر وجود سیاهچاله وجود دارد؟ پاسخ منفی است. هرچند شواهدی وجود دارد که غیرمستقیم از وجود سفیدچاله در عالم خبر می‌دهند، هنوز چیزی پیدا نشده که بتوانیم مانند سیاهچاله مستقیم به آن اشاره کنیم و بگوییم این سفیدچاله است.
متأسفانه هرآنچه تاکنون درباره وجود این اجرام کیهانی کشف شده است، محدود به محاسبات روی کاغذ است و چیزی فراتر از آن وجود ندارد. بااین‌حال، برخی تصور می‌کنند اگر ناحیه‌ای در عالم یافت شود که در آن مواد با سرعت به بیرون پرتاب میشوند، سفیدچاله کشف شده است. دانشمندانی مانند «راجر پنروز» این نظریه را مطرح می‌کنند که سفیدچاله، مانند خروجی سیاهچاله، در عالم دیگری است؛ بنابراین موادی را که سیاهچاله در عالم ما بلعیده است، سفیدچاله در عالم دیگری به بیرون می‌راند. آیا میتوانیم در ابتدا وجود عالمی دیگر را ثابت کنیم، سپس به‌دنبال جفت سیاهچالههای عالم خود در آنجا باشیم؟
مکانیک کوانتومی چه می‌گوید؟
مکانیک کوانتومی یکی دیگر از نظریه‌های مشهور دنیای فیزیک است که رفتار عالم در مقیاس کوچک را توصیف می‌کند. این نظریه هنگامی که پای سیاه‌چاله‌ها به میان می‌آید، می‌تواند با کمک پدیده‌ای به نام «تابش هاوکینگ» وجود و رفتار سیاه‌چاله‌ها را توصیف کند. طبق این نظریه، وجود اثرات کوانتومی در نزدیکی افق رویداد سیاهچاله سبب می‌شود سیاه‌چاله‌ها تابش داشته باشند؛ یعنی در این نظریه سیاهچاله مانند جسم سیاه ایده‌آلی در نظر گرفته می‌شود و ذراتی که در مرز سیاهچاله -افق رویداد- آن قرار دارند، تشعشعاتی دارند که نشان‌دهنده دمای سیاهچاله است. دمای سیاهچاله در این نظریه با جرم آن رابطه عکس دارد. طبق تابش هاوکینگ، هرچه سیاه‌چاله‌ای کوچک‌تر باشد، درخشان‌تر است.
اگرچه این تابش هنوز مستقیم مشاهده نشده است، نظریه تابش هاوکینگ نظریه‌ای مقبول است.
حالا عکس این فرایند را در نظر بگیرید. با اعمال معکوس زمانی این فرایند برخی دانشمندان باور دارند سفیدچالهها می‌توانند ماده و نور را به‌صورت یکسان با عنوان فرایندی فیزیکی به‌صورت تابش هاوکینگ جذب کنند!
می‌دانیم کمی گمراه‌کننده به نظر می‌رسد اما در نظر بگیرید که رفتار کلی سیاهچاله بلعیدن هر آن چیزی است که از افق رویداد آن عبور می‌کند. در کنار آن نیز برخی باور دارند ذرات در مرز سیاهچاله نیز تابش دارند. داستان سفیدچالهها دقیقا برعکس است.
سفیدچالهها همه مواد را به بیرون پرتاب می‌کنند و هیچ ماده‌ای اجازه ورود به داخل آن را ندارد. درحالیکه ذرات در افق رویداد آن به‌جای آنکه طبق قانون هاوکینگ تابش انجام دهند، ماده و نور را در مرز جذب می‌کنند. این تداخلی با رفتار کلی سفیدچاله ندارد.
کشف‌نکردن سفیدچاله احتمالا به نفع ماست!
درحالیکه نسبیت عام سفیدچالهها را در معادلات خود توصیف می‌کند، هنوز هیچ‌کس نمی‌داند چگونه ممکن است این اجرام در عالم شکل بگیرند. هنگامی که ستاره‌ای با جرمی چندین برابر جرم خورشید به انتهای زندگی‌اش می‌رسد و درون حجمی بسیار کوچک فروپاشی می‌کند، سیاهچاله شکل می‌گیرد. اما درمورد سفیدچالهها هنوز هیچ سناریویی برای تولد آن وجود ندارد. اگر سفیدچاله عکس سیاهچاله است، پس آیا باید این فرایند را معکوس کنیم تا سفیدچاله شکل بگیرد؟ عکس چنین فرایندی در واقعیت محال است!
حتی اگر به‌نحوی که نمی‌دانیم سفیدچاله تشکیل شود، احتمالاً بزرگ نیست و مدت زیادی نیز عمر نمی‌کند؛ زیرا پرتاب مواد به بیرون توسط آن سبب ایجاد آشوب در کهکشان شده و تعادل دینامیکی آن را برهم می‌زند.
ازاین‌رو برخی باور دارند نیافتن سفیدچاله را می‌توان به وجودنداشتن آن مرتبط دانست و این شاید به نفع کیهان است؛ زیرا از برهم خوردن تعادل آن جلوگیری می‌شود.
جمع‌بندی
سفیدچالهها اجرام نظری هستند که با حل معادلات میدان اینشتین می‌توان وجود آنها را روی کاغذ اثبات کرد. این معادلات را اولین بار مردی به نام کارل شوارتزشیلد حل کرد. سفیدچالهها را می‌توان دوقلوی نظری سیاه‌چاله‌ها دانست؛ یعنی سیاه‌چاله‌ها هرچیزی از افق رویداد آنها عبور کند، به درون خودشان می‌کشند و می‌بلعند اما داستان درمورد سفیدچالهها برعکس است. در حقیقت هیچ ماده‌ای نمیتواند از افق رویداد سفیدچاله عبور کند و به آن نزدیک‌تر شود. تاکنون سفیدچالهای در عالم یافت نشده و هیچ شاهدی مبنیبر وجود آن نیز رصد نشده است.
سفیدچالهها اجرامی نظری در کیهان هستند که از حل معادلات میدان نظریه نسبیت عام اینشتین نتیجه گرفته میشوند. سفیدچاله عکس سیاهچاله است. درحالیکه سیاهچاله افق رویدادی بدون بازگشت است و هیچچیز از آن نمیتواند خارج شود، افق رویداد سفیدچاله رفتاری عکس دارد و مرزی بدون پذیرش است؛ هیچچیز نمیتواند به آن نزدیک شده و واردش شود.
پاسخ منفی است. تاکنون هیچ سفیدچالهای در عالم مشاهده نشده است. متأسفانه بشر هنوز شواهد رصدی مبنیبر وجود آنها به دست نیاورده است.
معادلات میدان اینشتین را اولین بار «کارل شوارتزشیلد» در ۱۹۱۶ حل کرد. شوارتزشیلد مردی بود که ریاضیاتی را نوشت که سیاهچالههای عالم را اجرامی که در خود فروریختهاند، توصیف کرد.
برای گفتگو با کاربران ثبت نام کنید یا وارد حساب کاربری خود شوید.