برای سالهای طولانی اگر از کیهانشناسان درباره احتمال وجود فیزیکی موجوداتی به نام «سفید چاله» میپرسیدی، پاسخ رایجشان این بود که اینها موجوداتی جذاب ولی ریاضیاتی هستند که جایی در کیهان ما ندارند. اما شاید این روایت در حال تغییر باشد.
هنوز هم عمده از کیهانشناسان درباره این اجسام غریب که به نوعی باید آنها را معکوس شده سیاهچالهها دانست، همین نظر را دارند. باب والد (Bob Wald) یکی از نظریهپردازان برجسته نسبیت درباره آنها معتقد است: «هیچ دلیلی وجود ندارد بخواهیم باور کنیم در هیچ جایی از جهان، موجوداتی وجود دارند که بتوان آنها را معادل سفید چاله دانست.»
احضار سفیدچاله
با این وجود برخی از کیهانشناسان در تلاش هستند که راهی پیدا کنند تا این موجودات را از صفحات کاغذ به دنیای واقعی بیاورند. کارول رولی (Carol Rovelli) یکی از این فیزیکدانها است که اخیرا در مقالهای که در شماره 15 دسامبر 2018 مجله نیوساینتیست منتشر کرده است، به تحقیقات گروه پژوهشی خود و برخی دیگر از همکارانش اشاره کرده است که شاید بتواند بر این موجودات جامه واقعیت بپوشاند.
او معتقد است انکار عمومی درباره وجود سفیدچالهها در دوران ما از سوی جامعه علمی مشابه انکاری است که در دهه 1970 و 1980 درباره وجود سیاهچالهها وجود داشت.
او در مقاله خود نوشتهای از استیون واینبرگ، فیزیکدان برجسته و برنده جایزه نوبل فیزیک از کتاب گرانش و نسبیت او را نقل کرده است :«سیاهچالهها موجوداتی فرضی هستند که و هیچ سیاهچالهای در میدان گرانشی هیچ جرمی در جهان وجود ندارد.»
مدت زیادی نگذشت که نظر جامعه کیهانشناسی درباره سیاهچالهها تغییر کرد. و راولی امیدوار است پژوهشهای او و همکارانش باعث شود چنین تغییر دیدی نسبت به سفید چالهها نیز اتفاق بیفتد.
مکانیک کوانتومی احیا کننده سفید چاله ها
رولی گمان میکند حوزه مکانیک کوانتومی، ممکن است درگاهی برای بررسی این موجودات ایجاد کند. از دید او این مسیر در صورت موفقیت میتواند به حل یکی از معماهای موجود در کیهانشناسی منجر شود؛ در قلب یک سیاهچاله چه میگذرد؟
بر اساس آنچه می دانیم، مواد موجود در اطراف سیاهچاله تحت تاثیر گرانش آن به دور آن به گردش در میآیند و در نهایت با عبور از افق رویداد سیاهچاله، به درون آن فرو میریزند. افق رویداد شعاعی از مرکز سیاهچاله است که وابسته به جرم آن است و نوعی مرز غیر قابل برگشت تصور میشود با عبور از افق رویداد راه برگشتی وجود ندارد و مسیری یک طرفه به سوی مرکز سیاهچاله پیش روی مواد قرار دارد. بر مبنای نظریه نسبیت، در مرکز سیاهچاله حداقل یک نقطه مرکزی وجود دارد که موادی که به درون آن فرو میریزند در ان انباشته میشوند. این نقطه را تکینگی (Singularity) مینامند. در این قطه چه اتفاقی میافتد؟ جواب ساده است. خبر نداریم و نمیدانیم. ابزارهای علمی ما از جمله نظریه نسبیت در چنین نقطهای دیگر به کار ما نمیآید. دیگر نمیتوان تاثیرات کوانتومی را نادیده گرفت و برای تفسیر شرایط باید به سراغ حوزهای به نام «گرانش کوانتومی» برویم. بر اساس تفسیری از این نظریه، سازوکارهای کوناتومی مانع از این میشود که چگالی بینهایتی در مرکز سیاهچاله ایجاد شود.
فضا زمان کوانتومی
رولی در توضیح این مساله مینویسد: «هیچ نقطه کوچکی از فضا – زمان وجود ندارد که بتواند چگالی بی نهایت داشته باشد. فضا از اجزای بسیار کوچکی تهیه شده است که اگرچه بسیار کوچک هستند اما ابعادی مشخص دارند و متناهی هستند. مواد فروریخته درون سیاهچاله میتوانند تا حد فوق العاده بالایی که ستاره پلانک نامیده میشود چگال شوند اما نه بیشتر از آن. بعد از آن چه اتفاقی میافتد، مواد شروع به سرریز کردن و نشت کردن میکنند. آنها به دلیل ماهیت سیاهچاله نمی توانند به سمت بالا و ورودی سیاهچاله برگردند، اما گرانش کوانتومی این اجازه را میدهد که فکر کنیم هندسه فضا زمان در اطراف این نقطه شروع به نشت کردن کند. به عبارت دیگر در امتداد این نقطه مرکزی فضا- زمان خمیده شده و در جایی دیگر از کیهان نه تنها مواد که خود فضا – زمان به بیرون سرریز میکند. این جایی است که سفید چاله مینامیمش.»
بدین ترتیب میتوان سفیدچاله را به نوعی نمایش معکوسی از سیاهچاله دانست. از دید کسی که بیرون یک سفید چاله ایستاده است تفاوت چندانی میان سیاهچاله و سفیدچاله نیست. این موجود هم جرمی مشابه سیاهچاله دارد و بدین ترتیب مواد را به سوی خود جذب می کند. همانطور که در اطراف سیاهچاله افق رویدادی وجود دارد که بعد از آن دیگر امکان خروج وجود ندارد و مواد تنها به سمت مرکز آن حرکت میکنند، در اطراف سفیدچاله هم افق رویدادی وجود دارد که بعد از آن تنها مواد میتوانند به سمت بیرون حرکت کرده و هیچ جرمی نمیتواند ا زبیرون به درون آن گذر کند.
آیا باید سفید چاله ها را جدی گرفت؟
این موجودات غریب حاصل حل معادلات نسبیتی هستند با این وجود کسی وجود آن ها را جدیتر از یک بازی ریاضیاتی نمیگرفت ( و هنوز هم نمیگیرد). در دهه 1930 فیزیکدانی به نام جان لایتون سینگ نشان داد که اندک تنظیمی در این معادلات این امکان را فراهم خواهد آورد که هندسه درونی یک سیاهچاله به سمت بیرون امتداد پیدا کرده و سفیدچالهها را به وجود آورد. انجام این تنظیمات درون مکانیک کوآنتومی مجاز و امکان پذیر است.
اما اگر این موجودات واقعا وجود دارند کجا باید به دنبال آنها گشت؟ آیا معدل تصوری که از آنها داریم در انتهای یک سیاهچاله، کرمچالهای وجود دارد که به جایی دیگر از فضا زمان پیوند خورده و در سوی دیگر به مرکز یک سفیدچاله متصل شده است؟
به سیاهچاله فرصت دهید تا سفید شود
پاسخ راولی منفی است :«ما نیازی نداریم که چنین گمانهزنیهای عجیبی برای وجود سفیدچالهها تحقق پیدا کند. ما می توانیم سفید چاله را دقیقاً در همان جایی پیدا کنیم که سیاهچاله وجود دارد اما در آینده آن. چرا که بر اساس ماهیت عجیب فضا زمان میتوان از نظریه انیشتین نتیجه گرفت که نقطه مقابل مرکز یک سیاهچاله همان نقطه اما در آینده است. اگرچه تصور این مساله دشوار است اما نتیجه آن ساده است. هر چاله دو مرحله زندگی دارد. در مرحله اول زندگی چاله، سیاه است و مواد را به درون خود سراریز میکند. در مرحله دوم زندگی خود، چاله، سفید میشود و مواد را به بیرون میریزد.
سفیدچاله ها بهانه ای برای نگاه به شگفتی عالم
این نظریه برای اینکه مورد تایید و اقبال بیشتری قرار بگیرد باید بتواند به سوالهای متعددی از جمله مدت زمان و مراحل تغییر فاز میان این دو چاله پاسخ دهد. مرحله بعدی این است که اگر این نظریه درست باشد، کجا باید به دنبال سفیدچالهها بگردیم. حتی اگر همه چیز در این نظریه خوب پیش برود، هرچقدر سیاهچاله بزرگتر باشد مدت زمانی که طول میکشد تابه سفید چاله بدل شود، نیز طولانیتر میشود بنابراین اگر بپذیریم در ابتدای شکل گیری کیهان تعداد زیادی ریز سیاهچاله نیز شکل گرفتند شاید آنها اکنون در حال تبدیل به سفید چاله بوده یا به آن تبدیل شدهاند.
باید این موضوع را بار دیگر یادآوری کرد که این تلاشی علمی در حاشیه جریان اصلی فعلی کیهانشناسی است. برای اینکه چنین نظریهای درباره چنین موجوداتی به باوری در جریان اصلی بدل شود باید بارها مورد بررسی و بازبینی قرار بگیرد و در برابر نقدهای متعددی از خود دفاع کند.
اما شاید نکتهای در این داستان که جذابیتش دست کمی از جذابیت داستان سیاهچالهها و سفیدچالهها ندارد ماهیت شگفتانگیز دنیا و تلاشهای ما برای درک ماهیت آن است. دانشمندان در این مسیر بارها و بارها به درهای بسته برخورد خواهند کرد و نظریاتشان رد و اصلاح میشود اما گاهی اوقات وقتی یکی از این دیدگاهها درست از آب درمیآید و از محک آزمون سربلند میآید، چشماندازی خیرهکننده رو به جهان ما میگشاید.
عالی بود، ممنون
تو یکی از آخرین شمارههای دانستنیها یک مقاله بسیار جالب راجع به سفیدچالهها نوشته شده بود که از خوندنش واقعا لذت بردم. این مطلب شما هم من رو یاد اون مقاله انداخت و داغ نابودی اون دانستنیهای پربار رو دوباره برام تازه کرد.
ممنون از شما و سایر دوستانی که هنوز مطالب دست اول علمی (و نه ترجمههای بیسروته) رو منتشر می کنین.
ممنون از مطلب فوق العاده تون!
ولی یه مسئله ای که ذهن منو درگیر کرد این بود که توی مبحث کرم چاله ها می گن کرم چاله از سه تا ناحیه تشکیل شده. سیاهچاله، تنه و سفید چاله. تو این بحث می گن که سیاهچاله راه ورودی یک ماده هست و از تنه عبور می کنه و به سفید چاله می رسه و بعد از سفید چاله خارج می شه، و گفته می شه که این کرم چاله ها راهی هستن برای سفر در زمان و سفر تو کیهان تو فاصله های زیاد. این یعنی سیاهچاله ها رو می تونیم ببینیم ولی برای پیدا کردن سفید چاله ها باید بریم سمتی که آخر این تونل هست. اما توی مطلب نوشته شده گفته شده بود که سفید چاله ها رو می تونیم کنار سیاهچاله ها ببینیم. اینا با هم یکم تو تناقضن خب!