مقدمه ای بر وجود سیاهچاله ها

تا قبل از سال 1905 فضا و زمان مطلق محسوب می شدند . بالغ بر 250 سال تجربه ها و آزمایش های دانشمند بزرگ فیزیک سر ایزاک نیوتن در فیزیک حکمفرمایی می کرد ؛ از حرکت موشک ها وآونگ ها گرفته و حتی ماشین های بخار و یا حرکت سیاره ها را در بر می گرفت . تا این زمان این موضوعات با تئوری های فیزیک وابسته به قرن هفدهم شرح داده می شدند . بی شک پدیده هایی از جمله سفر نور در خلاء و همچنین ماهیت دقیق گرانش و گریز از آن نیاز به توضیحات علمی بیشتری داشت .

آلبرت اینشتین دانشمند بزرگ تمام قرون فیزیک که شخصی آلمانی بود در سال 1905 تئوری نسبیت خاص خود را شرح داد و مدتی بعد دکتر اینشتین تئوری جدیدی بیان کرد که همه ی ابعاد جهان را شرح می داد ، این تئوری نسبیت عام نام داشت و اولین تئوری برای شرح گرانش می بود .

  در تئوری نسبیت عام جهان در چهار بعد توضیح داده می شود که سه بعد آن فضایی است و چهارمی زمان است که با ابعاد فضایی زوجیت دارد . در این تئوری هر جسم جرم داری در بافت فضا – زمان اطرافش پیچ و تاب یا خمیدگی ایجاد می کند . گرانش می تواند نتیجه ی نیروی رمز آلود و نامرئی باشد که کارش خمیدگی فضا می باشد . در این تئوری همه چیز از ذرات زیر اتمی که کهکشان های غول پیکر را می سازند ساخته شده است . این اجرام ساخته شده باعث خمیدگی بافت فضا – زمان می شوند . بنابر نظریه ی نسبیت گرانش اثر هندسی جرم بر فضای اطراف خود است . برای درک این موضوع که اجرام بافت فضا زمان را خمیده می سازند می توان ورقه ای پلاستیکی را به عنوان بافت فضا – زمان تصور کرد و یک گلوله که بر روی این صفحه قرار می گیرد را خورشید در بافت فضا – زمان تصور کرد . اگر گلوله  مکان مشخصی داشته باشد آن گاه در آن مکان پیچ و تابی ایجاد می شود و این فرمی جالب برای توجیه گرانش است دقیقا" همین حالت در بافت فضا زمان ایجاد می شود . بنابراین مدار سیارات می تواند نتیجه ی گرانش خورشید باشد .برای شرح هر چه بهتر گرانش به چهار بعد ساختاری نیازمند هستیم .بعد از مدت کوتاهی از انتشار نظریه نسبیت عام پژوهش های دانشمندان در زمینه این نظریه ی جدید و عجیب آغاز شد . درک این نظریه بسیار مشکل و محاسبات ریاضی پیشرفته و مشکلی در آن به کار رفته است ، این موضوع به گونه ای است که امروزه دانشمندان با بعضی از محاسبات و معادلات این نظریه ی قوی مشکل دارند . در سال 1916 فیزیکدان آلمانی کارل شوارتزشیلد راه حلی برای معادلات پیشرفته نسبیت عام ارائه کرد .

سیاهچاله های شوارتز شیلد

 دکتر شوارتز شیلد به این موضوع پی برد که اگر یک جرم به اندازه ی کافی شعاعش کوچک شود ، فضا – زمان اطرافش به شدت تحریف می شود و حالت کج و کولگی به خود می گیرد و از دام این جسم هیچ چیز حتی نور که سرعتی در حدود  300000 کیلومتر بر ثانیه دارد و حد سرعت ها محسوب می شود و یکی از پایه های نسبیت است نمی تواند بگریزد . این اجرام از ستاره هایی پدید می آیند که حداقل 2 تا 3 برابر خورشید جرم داشته باشند . هنگامی که این ستاره ها فروریزند از خود چنین رفتاری نشان می دهند . این در حالی است که سوخت قابل دسترسشان به اتمام رسد ، در این هنگام حتی انرژی هسته های اتم ستاره قادر نیستند از فروریزش ستاره در خودش جلوگیری کنند . در این حالت تمام جرم ستاره در نقطه ای که تکینگی خوانده می شود متمرکز می شود . در این نقطه خاص از فضا – زمان فشردگی ماده بی نهایت است همچنین چگالی بی نهایت می باشد . می توان گرانش این ناحیه را بی نهایت تصور کرد . در محدوده ی تکینگی بافت فضا – زمان بی نهایت خمیده است ؛ هرچند علم در این شرایط قادر به شرح درون تکینگی نیست . در این ناحیه تمام قوانین فیزیک از میان می روند ، البته کارهای شوارتز شیلد وضع نور را در اطراف این محدوده ممنوعه ی  آسمانی مشخص ساخته است .  

اگر انقباض ستاره آغاز شود جرم آن به طور فزاینده ای در منطقه ی کوچکی از فضا متمرکز می شود و اثر گرانش نیز به طور مشخص اظهار وجود می کند . زمانی که شعاع ستاره ی در حال رمبش به شعاع بحرانی یا شعاع شوارتز شیلد رسید از دیدگاه ما ناپدید می شود ، زیرا سرعت گریز آن از سرعت نور فراتر رفته است . با بهره گیری از کارهای اینشتین می فهمیم  که سرعت هیچ چیز نمی تواند از سرعت نور فراتر رود ، اگر این گونه شود قوانین نسبیت به زیر پا گذاشته شده است . در این حال سیاهچاله پدید آمده است . لبه ی بیرونی این حفره را افق رویداد می خوانیم ، چون شناختی از آن سوی افق رویداد نداریم پس امکان سفر به بیرون جهان در زمان حال امکان پذیر نیست و شاید هرگز هم امکان پذیر نباشد . فاصله ای در حدود 5/1 برابر شعاع افق رویداد منطقه ی کاذبی وجود دارد که به فوتون اسفر یا کره ی فوتون ها معروف است .

در این ناحیه گرانش سیاهچاله برای کشیدن نور به طرف خود کافی نیست و نور هنوز نیروی کافی برای گریز دارد . بیشتر فوتون هاب نور در این منطقه صید می شوند تا تقدیرشان برای همیشه در دست مدار سیاهچاله باشد .  فرض کنید شخصی داوطلب برای سفر به سیاهچاله های شوارتز شیلد پیدا شود ، او چه تجربه خواهد کرد ؟ او از میان فوتون اسفر می گذرد آیا او با نور وارد می شود ؟ در حال داوطلب ما روشنی را وداع گفته و وارد تاریکی محض شده است . او احساس می کند با سرعتی باورنکردنی می چرخد . به طور قریب الوقوع در افق رویداد فضانورد ما تابع نیروی جذر و مد در مقیاس نجومی است . او این احساس را خواهد داشت که پاهایش میلیاردها برابر از سرش سنگین تر خواهد بود در یک لحظه ی سریع و خیره کننده داوطلب ما در اتم ها متلاشی خواهد شد ، او با تکینگی برخورد خواهد کرد و باقیمانده فانی او به طور شتاب زده از وجود ساقط می شود و خورد می شود .

سیاهچاله با تکانه زوایه ای

 سیاهچاله های شوارتز شیلد شاید از این جهت جالب به نظر آیند که هرگز نمی توان آنها در طبیعت جستجو کرد . برای هر سیاهچاله ی کشف شده می توان اسپین را فرض کرد این موضوع می تواند شاهدی بر حل معادلات اینشتین باشد . معادلات اینشتین برای تکانه ی زاویه ای ( اسپین ) تا سال 1963 کشف نشده بود . روی پی کر که ریاضیدانی استرالیایی این راه حل ها را تصادفا" کشف کرد . این راه حل ها زمانی کشف شدند که برروی مشکلات دیگر کار می شد ؛ چرخش آنها سریع است درست مانند سیاهچاله های شوارتز شیلد البته با کمی تفاوت که آنها را جذاب تر می کند . اولین چیزی که یک مسافر سیاهچاله در خواهد یافت کشیده شدن به دور سیاهچاله و گردش آن است . در چرخش یک سیاهچاله یک مرز نامرئی وجود دارد که به حد ثابت معروف است . در حد ثابت هیچ چیز قادر به گریز نیست و به طرف سیاهچاله کشیده می شود ، مگر اینکه از نور سریع تر سفر کند که با قوانین نسبیت متناقض است . در واقع در حد ثابت یک شخص باید سرعتش فراتر از نیروی گریز سیاهچاله شود . منطقه ی بین حد ثابت و افق رویداد ارگوسفر نام دارد . جالب است که این نکته از لحاظ نظری درست است که ماده از ارگوسفر بگریزد ولی عملا" امکان پذیر نیست . ارگوسفر یک شکل غیر عادی دارد و این خاصیت در افق رویداد و قطب ها نیز حس می شود و معادل شعاع سیاهچاله های شوارتز شیلد وابسته به جرم آن کشش دارد .

سیاهچاله های کر

 هر چند سیاهچاله ها چهره ی خارجی خوبی به نمایش نمی گذارند اما در افق رویداد تقریبا" تعبیر عدم چرخش متفاوت است . تکینگی فرمی از حلقه را به خود می گیرد دانشمندان به این امر پی برده اند که تکینگی زمان مانند است اما در سیاهچاله های شوارتز شیلد دقیقا" عکس این موضوع است یعنی حلقه ی تکینگی فضا مانند است . این بدان معنا است که اشیائی که داخل افق رویداد روی سطح صاف استوا در تکینگی نابود می شوند ، قسمتی از راه حل های کر این امر را به نمایش می گذارد که منطقه ی مرز با حلقه ی تکینگی جایی است که دانشمندان اغلب برای نمایش آن از نمودار فضا زمان برای جهان گرافیکی عجیب نسبیت عام از آن استفاده می کنند .

 در این منطقه فضا – زمان منفی یا معکوس است و به عقیده تعداد زیادی از دانشمندان در این مکان گرانش رانشی حکمفرما است ، یعنی به جای اینکه جسمی در سطح صفحه ی پلاستیکی موجب فرورفتگی شود باعث بالازدگی می شود . دیگر تئوری ها ادعا می کنند که در این منطقه اجسام شعاع منفی دارند . متأسفانه هیچ یک از تئوری های فیزیک قادر به جستجوی چنین مفهومی نیست .

عریانی تکینگی

 یکی از خاصترین  رول های  غیرعادی سیاهچاله ها امکان تکامل برهنگی تکینگی است . چرخش یک سیاهچاله باید چرخشی باشد که هیچ گاه سریعتر از کاهش شعاعش نباشد . هر جیز بخواهد مقدار تکانه زاویه ای برای گذر از سیاهچاله داشته باشد باید سرعت آن از سرعت نور فراتر رود و اگر این گونه نشود در نقطه ای از افق رویداد از نگاه ها پنهان می شود و در نزدیکی تکینگی تنها می ماتد . غیاب افق رویداد به معناب سفر به فضای بیرونی تکینگی است . شاید به توان به این صورت گفت که نمی توانیم از عریانی تکینگی خارج شویم . بیشتر دانشمندان به این امر تمایل دارند . در این ناحیه از جهان قوانین طبیعت کاربرد ندارد و قوانین خاص بر روی یکدیگر و جهان تأثیر می گذارند .

جهان های موازی

 از تمام خواص عجیب و غریب سیاهچاله ها هیچ یک عجیب تر از حل معادلات اینشتین نیست ؛ این معادلات به ما می گویند  که این چاله ها در فضا – زمان می توانند همچون پلی به دیگر جهان ها عمل کنند . این گفته می تواند سوژه ی خوبی برای داستان های علمی تخیلی باشد . قضیه ی جهان های موازی به صورتی است که می گوید جهان های کاملا" مجزایی از جهان ما وجود دارد . . در میان بسیاری از تفکرها همچون طبیعت این جهان ها ، این عقیده وجود دارد که اگر ما در این جهان ها ساکن شویم آنگاه زندگی مان اندکی تفاوت خواهد کرد . هر چند امکان دارد نسخه های موازی برای جهان  وجود داشته باشند و یا نباشند . این نظریه غیر عاقلانه به نظر نمی آید زمانی که با معادلات ناشناس مکانیک کوانتوم ارتباط برقرار می کند . هر چند که هستی این جهان ها در زمان حال صرفا" تعبیری تئوریکال است .

 آینده در نمودار فضا – زمان  در نوک نمودار قرار گرفته است . تمام حرکت ها در فضا باید سیری در 45 درجه ی خط زمان که عمودی است داشته باشد . مسیرهایی که کجی آنها بزرگتر از 45 درجه است فضا مانند هستند که سریعتر از مسافرت نور است همانطور در منطقه ی زیر خط 45 درجه سایه ای خاکستری و نشانی ممنوع پرتو افکنده است . پروفسور راجر پن رُز از دانشگاه آکسفرد نوع پیشرفته ای از نمودار فضا – زمان را ترسیم کرده است که برای یافتن راه حل های معادلات سیاهچاله ها بسیار مفید است . این نمودار به سرعت اتصال سیاهچاله ها را با جهان های موازی نشان می دهد . تصویر شش نمودار پن روز برای سیاهچاله های شوارتز شیلد است . در نگاه اول از نمودار شکل پنج به نظر پیچیده تر می آید . اما واقعا" این طور نیست . فقط در آن تمام راه های میان فضا باید کجی شان کمتر از 45 درجه از محور قائم باشد . تکینگی سیاهچاله بر دندانه های کوسه شکل دلالت می کند که در زاویه 90 درجه واقع می شود پس فضا مانند است . افق رویداد یک راه طبیعی است که با خمیدگی های تیز به نمایش در آمده است . در این نمودار راه سفر به سیاهچاله با خط خمیده به نمایش در آمده است که از میان افق رویداد گذشته است دو چیز غیر طبیعی در این نمودار خودنمایی می کند ؛ اول آنکه یک تکینگی اضافی در گذشته وجود دارد ( در قسمت زیرین نمودار ) و دیگر آنکه جهانی اضافی در سمت چپ آن به چشم می خورد .

 تکینگی اضافی واقع در نمودار همچون گذشته فضا مانند است ، این تکینگی معروف به سفید چاله است . به صورت ساده تر می توان گفت که کاربرد سفید چاله مخالف کاربرد سیاهچاله است . در واقع سیاهچاله هر چیز که نزدیکش می آید آن را فرامی گیرد ولی سفید چاله ماده را دفع می کند . تعدادی از فیزیکدانان به این نظریه پایبند هستند که سیاهچاله در باز شده ای به سوی دیگر جهان ها است . و یا اینکه ماده ی جذب شده در جهان ما در جایی دیگر بیرون ریخته می شود و آن دارای هیچ ارزشی نیست . هر چند که ستاره شناسان هرگز یک سفید چاله را مشاهده نکرده اند و در وجودشان شک و تردید وجود دارد .

 پن رز در نمودار دیگری سیاهچاله های کر نمایش می دهد . چرخش یک سیاهچاله چند شکل جالب و جذاب به نمایش می گذارد ، همچنین تکینگی حلقه ای یا همان حلقه ی تکینگی در منطقه ی فضا زمان منفی قرار دارد . این محل منطقه ای است که در آن سفر به گذشته امکان پذیر می شود . حلقه ی تکینگی بر گردی دندانه های تیز که برای نمایش یک قسمت که برای عفو از عدم چرخش منسوبش دلالت می کنند . این موضوع باید آشکار شود که تکینگی عمودی است ( زمان مانند ) این بدان معنا است که هر شخص می تواند با سرعتی کمتر است سرعت نور از آن بگریزد . منطقه ای که محصوری منفی دارد جایی است که فقط می تواند در تکینگی باشد . گرفتن این مطلب بسیار ساده است ، این منطقه سدی نرمال بین گذشته و آینده است . یک مسافر این منطقه می تواند در مکانی در گذشته یا آینده قرار گیرد این یک راه طبیعی از افق رویداد نمی باشد . فقط آنسوی منطقه حلقه ی زمان مانند  دروغ است منطقه ای فضا منفی است . هرچند این گونه از حفره ها که مطالبی به این گونه با درکی مشکل دارند همتایی ندارند . یکی از دو راهی که تمایل به جلوگیری از سفر مسافر ما دارد این است که سفر به این جهان دیگر هرگز ممکن نمی باشد . هرچند هدف از این نمودار دیددار با جهان دیگری است . نمودار پن روز در زمینه سیاهچاله های کر  چهار جهان ( سه جهان موازی به همراه جهان خودمان ) را به نمایش می گذارد البته این نمودار این امکان را دارد که تا بی نهایت در قالب جهان های گذشته و آینده گسترش یابد .

 برای مثال یک مسافر در سیاهچاله های کر می تواند این امکان را دارد تا به دو صورت به سفر بپردازد که در نمودار به نمایش در آمده است هرچند که راه دو به جهان دیگر می رود .

آیا سیاهچاله ها واقعا" وجود دارند ؟

 اگر یک سیاهچاله با طبیعت خود همه ی ماده ی اطرافش را جذب می کند چطور ممکن است یکی از آنها را بیابیم و شاید بخواهیم در زمان کوتاهی در آن فرو افتیم؟ ستاره شناسان مدارکی را برای متقاعد کردن هر شخص در رابطه با این اجسام یافته اند این اطلاعات در طول 15 سال اخیر توسط تلسکوپ های اشعه ی ایکس به دست آورده اند . یک سیاهچاله ماده ی ستاره های نزدیک به مدارش را به سرعت به طرف خود می کشد این ماده به دور سیاهچاله همچون آب وان به درون لوله فاضلآب راه می یابد البته این ماده همچون گردابی می شود که معروف به دیسک تراکمی یا افزایشی است .

 ماده ای که از اجرام اختری می آید تا اینکه در سیاهچاله فرو افتد مقصد پایانی اش افق رویداد است . این ماده افزایش سرعت پیدا می کند افزایش حرارت این ماده آغاز می شود در این شرایط فوتون های انرژی الکترومغناطیسی آزاد می شود . آنتن های فضایی انرژی شدید اشعه ی ایکس ساتع شده از این اجرام را دریافت می کنند . ستاره شناسان در آسمان منابع قدرتمند اشعه ی ایکس را جستجو می کنند تا مکان یک منبع خاص را تعیین کنند ، اگر این منبع قسمتی از یک سیستم دوتایی باشد آنها می توانند جرم این همدم نامرئی را مشخص کنند . این کار شبه وار آنالیزی بصری و یا مؤلفه ای بصری از سیستم های دوتایی است . اگر منبع اشعه ی ایکس ردیابی شده دارای حداقل 2تا 3 برابر جرم خورشید باشد مطمئنا" در می یابند که سیاهچاله ای را نشانه رفته اند .

 در کل سیاهچاله ها  عضو اولین کشفیات بودند اما نه در خارج فضا بلکه از نتایج حل معادلات درخشان دکتر اینشتین در نسبیت بود . در تاریخ بیشتر دانش ما از این اجسام رمز آلود باقیمانده ی تئوری های فیزیک است . تغییر شکل ساختار فضا – زمان علتی چون این این اجرام رمز آلود دارند . ما هنور جای کاوش برای مثال های گفته شده مثل تئوری جهان های موازی وعریانی تکینگی و ..... داریم . ستاره شناسان و فیزیکدانان به این مسئله باور دارند که این اجسام از مرگ ستارگان غول پیکر پای به عرصه ی وجود می گذارند . این تئوری می تواند تجربه ای برای کشف های جدید و توضیح وجود سیاهچاله ها باشد .

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40