چه چیزی در آخر سیاه چاله ها پنهان شده است؟
گروه هوش مصنوعی: سیاه چاله ها اجرام شگفت انگیزی هستند که مدت ها فکر دانشمندان را مشغول کرده اند و موضوع خیلی از پژوهش های علمی به شمار می روند. یکی از پرسش های مهم در مورد سیاه چاله ها این است که چه چیزی در آخر این اجرام اعجاب انگیز پنهان شده است.
به گزارش گروه هوش مصنوعی به نقل از ایسنا، سیاه چاله یک جرم فضایی با گرانش بسیار قوی است که حتی نور یا سایر امواج الکترومغناطیسی نمی توانند از آن فرار کنند. دلیل چنین جاذبه قوی این است که ماده در فضای کوچکی فشرده می شود. این اتفاق می تواند زمانی رخ دهد که یک ستاره درحال مرگ باشد و مرکز آن تحت گرانش قرار بگیرد.
سیاه چاله ها نامرئی هستند برای اینکه نور نمی تواند از آنها بیرون برود. دانشمندان از تلسکوپ های فضایی دارای تجهیزات ویژه برای کشف کردن سیاه چاله ها استفاده می نمایند. تجهیزات ویژه تشخیص می دهند که ستاره های موجود در نزدیکی یک سیاه چاله چگونه رفتاری متفاوت از سایر ستاره ها دارند.
سیاه چاله ها به عنوان منابع گرانشی شدید عمل می کنند که گرد و غبار و گاز اطراف و همین طور سیارات و حتی سایر سیاه چاله ها را به سمت خود می کشند. آنها اغلب به عنوان هیولاهای مخرب توصیف می شوند برای اینکه ستاره ها و هر چیزی که خیلی به آنها نزدیک شود، فرومی پاشد و نور نیز در آنها اسیر می شود. سیاه چاله ها در سراسر کیهان پراکنده شده اند و می توانند به فروپاشی ستاره ها و سیاره ها منجر شوند. بااینکه دانشمندان درک ما را در مورد سیاه چاله ها به تدریج و به طرز شایان توجهی بهبود بخشیده اند اما این اجرام هنوز مرموز باقی مانده اند برای اینکه نور نمی تواند از یک سیاه چاله فرار کند و بنابراین نمی توان آنها را مستقیما با تلسکوپ مشاهده کرد.
برای درک بهتر آن چه در پایان سیاه چاله وجود دارد، ابتدا لازم است دو بخش اساسی یک سیاه چاله را مورد بررسی قرار دهیم.
افق رویداد «افق رویداد»(Event Horizon)، نقطه بی بازگشت در یک سیاه چاله است. این یک نقطه مرزی برای مشخص کردن لبه بیرونی سیاه چاله است که فراتر از آن هیچ چیز حتی نور نمی تواند از کشش گرانشی فرار کند. به عبارت ساده، این یک مرز یک طرفه برای به دام انداختن نور سیاه چاله است که از محتویات درون آن محافظت می کند. همین طور افق رویداد، مرز بین جهان ما و تکینگی سیاه چاله را مشخص می کند.
افق رویداد به عنوان یک دروازه بان کیهانی موثر برای سیاه چاله عمل می کند که ما را از دیدن اسرار داخلی آن باز می دارد. درک کردن سیاه چاله ها و نحوه تعامل آنها با محیط اطرافشان خیلی مهم است.
تکینگی در پایان سیاه چاله، یک نقطه گرانش شدید وجود دارد که به عنوان «تکینگی»(singularity) شناخته می شود. تکینگی، ناحیه ای است که در آن تمام ماده و انرژی در یک نقطه بی نهایت کوچک فشرده می شوند و مشاهده مستقیم را نا ممکن می سازند. تکینگی در یک سیاه چاله، ناحیه بسیار متراکمی در مرکز آنست. گرانش بسیار قوی، فضا، زمان، انرژی و ماده را به حدی فشرده می سازد که حتی نور نیز نمی تواند از آن فرار کند. در تکینگی سیاه چاله ها، قوانین فیزیک احتمالاً شکسته می شوند.
اعتقاد بر این است که تکینگی ها نقاط بسیار کوچک با چگالی بی نهایت هستند اما اندازه دقیق آنها هنوز یک راز باقی مانده برای اینکه به علت نیروی گرانشی بسیار زیاد آنها، هیچ بررسی یا مشاهده ای امکان پذیر نیست. دانشمندان سخت تلاش می کنند تا درک بهتری را در مورد آن چه در تکینگی ها اتفاق می افتد، عرضه کنند و با توصیف بهتر آن چه در مرکز سیاه چاله رخ می دهد، یک نظریه کامل را ایجاد کنند.
اثر اسپاگتی
«اثر اسپاگتی»(Spaghettification) زمانی رخ می دهد که یک جرم نجومی مانند یک ستاره یا سیاره به افق رویداد یک سیاه چاله خیلی نزدیک شود. با نزدیک شدن به تکینگی سیاه چاله، گرانش شدید جرم را به سمت خود می کشد و آنرا مانند رشته های بلند و نازک اسپاگتی در هم می شکند.
نیروی گرانشی شدید سیاه چاله ها موجب ایجاد اثرات جزر و مدی می شود که اثر اسپاگتی را به همراه دارند. به عنوان مثال، هنگامی که یک جرم درحال سقوط کردن به داخل سیاه چاله است، در راستای سقوط کشیده می شود اما در راستای عمود فشرده می شود. در نتیجه، جرم بصورت بلند و نازک تغییر شکل می دهد و مانند رشته های اسپاگتی کشیده می شود.
سیاه چاله ها آن قدر قوی هستند تا هر چیزی همچون گاز، غبار، سیاره ها، ستاره ها یا حتی یک مسافر فضایی فرضی را که خیلی به آنها نزدیک شود، به سمت خود بکشند و بر آن تاثیر بگذارند. تأثیر دقیق یک سیاه چاله به جرم آن بستگی دارد که می تواند بطور شایان توجهی متفاوت باشد. سیاه چاله ها می توانند مینیاتوری یا کلان جرم باشند و جرم آنها ممکنست از ده ها تا میلیاردها برابر جرم خورشید ما متغیر باشد. بااینکه گرانش سیاه چاله به خودی خود عجیب نیست اما وقتی یک جرم خیلی به آن نزدیک شود، همه چیز تغییر می کند؛ به این مفهوم که جرم آن قدر به سیاه چاله نزدیک شده است که دیگر نمی تواند یک مدار پایدار را در اطراف این جرم بزرگ حفظ کند.
چیزی که سیاه چاله ها و قدرت گرانشی آنها را متمایز می کند، چگالی شدید آنهاست. بااینکه اجرامی به اندازه تعدادی از سیاه چاله ها وجود دارند اما چگالی آنها یکسان نیست. تعدادی از سیاه چاله ها کلان جرم هستند اما این جرم در ناحیه کوچک تری متمرکز شده است و چگالی بالایی را بوجود می آورد که حداکثر نیروی گرانش سیاه چاله را با اجازه دادن به اجرام برای نزدیک شدن به آن بالا می برد.
هنگامی که یک جرم خیلی به سیاه چاله نزدیک شود، نیروهای جزر و مدی را تجربه می کند. به علت چگالی شدید یک سیاه چاله، اجرامی که در مجاورت آن قرار دارند، گرانش شدید و در نتیجه نیروهای جزر و مدی شدید را تجربه خواهند کرد که حتی می توانند به فروپاشی جرم منجر شوند.
با نزدیک شدن یک جرم به افق رویداد سیاه چاله، اثرات همچنان تشدید می شوند. این نقطه بی بازگشت یا مرزی که سیاه چاله را احاطه کرده است، اجازه نمی دهد هیچ چیز حتی نور از آن بیرون برود. برای هر جرمی که در سیاه چاله سقوط می کند، قسمت نزدیک تر به سیاه چاله، کشش گرانشی قوی تری را نسبت به قسمت دورتر احساس خواهد نمود. این تفاوت در کشش گرانشی، با نزدیک تر شدن جرم به افق رویداد افزایش خواهد یافت. تفاوت در کشش گرانشی، به سیاه چاله ها منحصر نیست اما چگالی شدید آنها یک اثر شدید را بوجود می آورد. این اثر اساسا با نزدیک تر شدن جرم به سیاه چاله افزایش خواهد یافت و به آن یک شکل بلند و نازک می دهد.
نظریه «نسبیت عام» می گوید ماده و انرژی که به سیاه چاله وارد می شوند، تا نقطه ای با چگالی بی نهایت در تکینگی فرومی پاشند. این بدان معناست که هر چیزی همچون نور وقتی به سیاه چاله وارد می شود، نمی تواند از آن فرار کند و همین ویژگی، تکینگی را عملا به نقطه ای بدون بازگشت تبدیل می کند.
تکینگی ها نقاط بسیار کوچک با چگالی بی نهایت هستند اما اندازه دقیق آنها هنوز یک راز باقی مانده برای اینکه به علت نیروی گرانشی بسیار زیاد آنها، هیچ بررسی یا مشاهده ای امکان پذیر نیست. در هر حال، مفهوم آن چه در پایان سیاه چاله نهفته است، هنوز موضوع بحث های شدید بین فیزیک دانان به حساب می آید و هیچ توافق روشنی در مورد این که تکینگی واقعا چه چیزی را نشان می دهد، وجود ندارد. تعدادی از نظریه ها نشان می دهند که تکینگی ممکنست یک وجود فیزیکی واقعی نباشد، بلکه جلوه ای از درک ناقص ما در مورد قوانین فیزیک در مقیاس های بسیار کوچک باشد.
در سال ۲۰۱۹، دانشمندان نخستین عکس را از یک سیاه چاله گرفتند.
بیشتر بخوانید:
ثبت نخستین تصویر از یک سیاه چاله فضایی توسط ستاره شناسان
در این عکس، حلقه بزرگی از نور در اطراف یک فضای خالی سیاه قرار گرفته است و می درخشد. آن چه دیده می شود، قرص برافزایشی است که از نور میلیاردها خورشید تشکیل شده اما چیزی در قلب سیاه چاله دیده نمی شود و یکی از بزرگترین اسرار علم مدرن در همین جا وجود دارد.
بااینکه ما امروز یک عکس از سیاه چاله داریم اما باید به این پرسش خارق العاده پاسخ بدهیم که در پایان سیاه چاله چیست.
وجود یک سیاه چاله بطور معمول تنها بوسیله تأثیراتی که گرانش آن بر محیط مجاور دارد، استنباط می شود. از میان تمام اجرام موجود در فضا، سیاه چاله ها شاید مرموزترین نمونه باشند. در سطح اولیه، ما می دانیم سیاه چاله ها اساسا نور مجاور را جذب می کنند که آنها را در بیشتر موارد نامرئی می سازد. این بدان معناست که وجود یک سیاه چاله بطور معمول تنها بوسیله تأثیراتی که گرانش آن بر محیط مجاور دارد، استنباط می شود.
«جان میچل»(John Michell) دانشمند انگلیسی، برای نخستین بار این ساختارهای باورنکردنی را در سال ۱۷۸۳ نظریه پردازی کرد اما این مفهوم در آن زمان آن قدر عجیب بود که نادیده گرفته شد تا این که «آلبرت اینشتین»(Albert Einstein) بیش از یک قرن بعد، پژوهش های خودرا شروع کرد. حتی در آن زمان نیز زیاد به این مفهوم پرداخته نشد؛ تا اینکه در دهه ۱۹۶۰ نام سیاه چاله به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفت.
امروز هم سیاه چاله ها هنوز برای ذهن های مدرن چندان معنا ندارند و وقتی می پرسیم در مرکز یا تکینگی هایشان چیست، حتی مطمئن ترین معادلات ما در هم می ریزند. این مورد به اندازه ای پیچیده است که حتی مفاهیم مرکز یا انتهای یک سیاه چاله را نمی توان به مفهوم واقعی کلمه در نظر گرفت. نسبیت عام به ما می گوید جرم زیادی درون سیاه چاله ها متمرکز شده است که در حقیقت فضا-زمان را بی نهایت تاب می دهد تا یک حفره لایتناهی را در بافت فضا ایجاد کنند. بدین سبب بر طبق تفکر فعلی، در حقیقت هیچ گاه نمی توان به انتهای سیاه چاله رسید. در هر حال، این به هیچ وجه یک پرونده بسته نیست و دانش ما همیشه درحال تغییر کردن است.
چیزی که در قلب یک سیاه چاله قرار دارد، پیچیده تر از گفتن عبارت «این یک تکینگی است» به حساب می آید. بر طبق یکی از رویکردها، وقتی فضا-زمان را در نظر می گیریم، باید بپرسیم که با چه نوع تکینگی سروکار داریم و این تکینگی مکانی است یا زمانی. تکینگی های فضایی یا «فضا مانند» متفاوت از همتایان زمانی یا «زمان مانند» خود عمل می کنند. در یک تکینگی فضایی، ماده بمحض رسیدن به افق رویداد به دام می افتد و در این نقطه به مفهوم واقعی کلمه، آینده ای از نظر زمانی ندارد و دیگر وجود ندارد. در یک تکینگی زمانی، بااینکه افق-ماده بعد از رویداد باردیگر به دام می افتد اما حضور آن در زمان ادامه خواهد یافت و بدین ترتیب، ماده همچنان تا حدودی وجود دارد.
جریان اصلی تر به سمت سیاه چاله ها منحرف می شود که دارای تکینگی فضایی هستند. این مورد برای دهه ها به همین صورت مطرح می شد اما بتازگی پرسش هایی مطرح شده اند. از یک سو، تکینگی های زمانی ممکنست خیلی از مشکلات پیرامون سیاه چاله ها را حل کنند و آنها را از مناطق مرده که ما بطور کلیشه ای تصور می نماییم، به چیزی بسیار زنده تر و شاید حتی به یک نیروی خلاق تبدیل کنند. خود تکینگی های زمانی نیز احتمالاً بسیار بیشتر قابل مشاهده خواهند بود اما هم اکنون ما می دانیم که سیاه چاله ها این طور نیستند. شاید این مورد فقط مربوط به زمان باشد اما تا رسیدن به پاسخ، تحقیقات ادامه خواهند داشت.
از طرفی، برخی معتقدند که ممکنست تمرکز زیاد روی تکینگی ها در شروع کار اشتباه باشد و شاید چیز دیگری وجود داشته باشد که در اعماق سیاه چاله پنهان شده است. برخی تا آنجا پیش می روند که می گویند کل نظریه ما در مورد سیاه چاله ها ممکنست اشتباه باشد. ما می دانیم که این اجرام دقیقا با بیشتر نظریه های فعلی ما در مورد زندگی، جهان و سایر موضوعات مطابقت ندارند اما یک فرضیه که توسط فیزیک دانان «پاول مازور»(Pawel Mazur) و «امیل موتولا»(Emil Mottola) ارائه شده است، نشان داده است این مورد به این علت است که سیاه چاله ها در حقیقت سیاه چاله به آن مفهومی نیستند که ما هم اکنون درک می نماییم. در عوض، مازور و موتولا معتقدند که آنها یک جرم فضایی بزرگ دیگر به نام «گرت اختر»(Gravastar) هستند.
در یک گرت اختر، ماده از افق رویداد و فراتر از دید ما می گذرد اما از آنجا به درون نمی افتد، بلکه توسط انرژی تاریک دفع می شود و در اطراف هسته گرت اختر قرار می گیرد. یک گرت اختر از دور دقیقا مشابه سیاه چاله به نظر می آید اما چیز متفاوتی درون آن وجود دارد و شاید مانند سیاه چاله یک اختتام در آن برای رسیدن وجود داشته باشد. بجای تکینگی های بی پایان، گرت اخترها مخازنی از انرژی تاریک را در خود جای داده اند. بنابراین، انرژی تاریک اغلب به عنوان پاسخی برای پرسش های پاسخ ناپذیر مطرح می شود برای اینکه آن نیز برای ما یک راز باقی مانده است.
در یک گرت اختر، ماده از افق رویداد و فراتر از دید ما می گذرد اما از آنجا به درون نمی افتد، بلکه توسط انرژی تاریک دفع می شود و در اطراف هسته گرت اختر قرار می گیرد. بااینکه ماده برای ما دیگر گم شده است اما برای جهان هنوز وجود دارد. نکته مهم این است که تا به امروز، این نظریه به صورت گسترده مورد حمایت قرار نگرفته اما همچنان یک احتمال جذاب است و به این نکته اشاره می کند که شاید روزی به اکتشافاتی در مورد سیاه چاله ها دست یابیم که درک ما را در مورد فیزیک کاملا تغییر دهند.
تعدادی از دانشمندان نظریه های کاملا متفاوتی را در مورد نحوه عملکرد خود جهان ارائه می کنند تا توضیح دهند که چگونه یک سیاه چاله می تواند در آن وجود داشته باشد. «گرانش کوانتومی حلقه ای»(Loop Quantum Gravity) یکی از این نظریه هاست و تلاش می کند با بیان اینکه جهان در حقیقت از حلقه های کوچک در فضا-زمان تولید شده است، یک نظریه در مورد گرانش کوانتومی بسازد.
نظریه «گرانش کوانتومی حلقه ای» می گوید که جهان در حقیقت از حلقه های کوچک در فضا-زمان تولید شده است. اگر این درست باشد، نتایج بسیار دیگری نیز وجود دارد اما برای سیاه چاله ها به این معناست که در پایان آنها چیزی به نام «ستاره پلانک»(Planck Star) یا «ستاره تاریک»(Dark Star) وجود دارد. وجود یک ستاره پلانک تقریباً نا ممکن است اما این مدل می گوید که ستاره پلانک می تواند انرژی دیگر را دفع کند و به همین دلیل، یک نقطه پایان را برای همه چیز در یک سیاه چاله نشان داده است.
یکی از اشکالات بالقوه این رویکرد این است که مشخص شده سیاه چاله ها در این سناریو باید بعد از مدت کوتاهی منفجر شوند اما مطمئن نیستیم که این اتفاق رخ می دهد. ایده هایی که ارائه می شوند، دائما درحال تکامل یافتن هستند اما ماهیت واقعی یک سیاه چاله همچنان مبهم است.
تا آن زمان، آن چه دقیقا در پایان سیاه چاله ها پنهان شده است، برای ما یک راز باقی می ماند و بر طبق دانش و فناوری فعلی ممکنست هیچ گاه نتوانیم به اندازه کافی به یکی از آنها نزدیک شویم تا کاملا آنرا درک نماییم. رمز و راز سیاه چاله ها همچنان پایدار می باشد.
مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب