سیاهچاله، زمان پوچ

احتمالا می‌دانید که یکی از اسرارآمیزترین، مرموز ترین و هیجان انگیزترین پدیده ها در آسمان سیاه چاله ها هستند. برای اینکه بیشتر متوجه بشویم که سیاهچاله چیست، از کجا آمده و چرا ما داریم راجع به آن حرف میزنیم یا چه استفاده ای می خواهیم از مفهوم سیاهچاله کنیم باید برگردیم به 1905،  زمانی که انیشتین قانون نسبیت خاص  را ارائه داد. تا قبل از سال 1905 قانون گرانش گره خورده بود با نابغه ای به نام آیزاک نیوتن که کشف کرده بود که نیروی گرانش برای هر جرمی وجود دارد. اما زمانی که در سال 1905 انیشتن قانون معروفش به نام E=mc²  را در قالب قانون نسبیت خاص ارائه داد همترازی و هم ارزی ماده و انرژی را اثبات کرد و این همترازی مدیون نیروی گرانش بود. او ثابت کرد که هیچ جرمی نمیتواند بالاتر از سرعت نور حرکت کند و این اثبات کاملاً بر مبنای مفاهیم نیروی گرانش بود. او در ادامه سعی داشت که چگونگی رفتار اجرام در فضا و مدارات فضایی غیر یکنواخت را هم به واسطه نیروی گرانش توضیح بدهد که در نهایت در حدود سال 1916 تلاش هایش به ثمر نشست و موفق شد نظریه نسبیت عام را ارائه بدهد. نسبیت خاص میخواست بگوید که ماده و انرژی هم ارز با هم هستند یعنی در این جهان هیچ ماده‌ای از بین نمیرود، هیچ انرژی ای از بین نمیرود بلکه به همدیگر قابل تبدیل شدن هستند. نسبیت عام چه می گوید؟ نسبیت عام بیشتر میخواهد مفهوم زمان را برای ما دگرگون کند. در نسبیت عام با این موضوع مواجه میشویم که تمام جهان روی بستری از فضا-زمان قرار دارد مثل تار و پود، مثل  خانه های شطرنج. چیزی که کشف شد، این بود که زمان یک پدیده‌ی قطعی، مطلق، صاف و خطی نیست بلکه به دلیل اینکه بستر فضا زمان میتواند کشدار بشود، زمان را هم میتواند متفاوت بکند. این کش و قوس  آمدن بستر فضازمان، ای تار و پودی که جهان را در بر گرفته، که حتی من و شما را هم همین الان هرجا که نشستید در برگرفته، به واسطه وجود اجرام و گرانشی که این اجرام دارند هست که خمیده و کش و قوس دار میشود. برای اینکه بهتر درک بکنیم اینکه بستر فضا زمان میتواند خمیده باشد یا جمع بشود یا کشدار بشود به چه معناست،  می خواهم یک مثال را با همدیگر بررسی کنیم. من و یک نفر دیگر یک پارچه را با همدیگر در دستمان گرفتیم و آن را انقدر کشیدیم که این پارچه کاملاً به موازات زمین قرار گرفته و صاف صاف است. می خواهیم آن را به عنوان بستر فضا زمان یا همان تار و پود جهان در نظر بگیریم. حالا فرض کنید که یک توپ را وسط این پارچه می اندازیم. پارچه دور تا دور این توپ دارای کشیدگی میشود و انگار که یک چاله را درست میکند و بستر فضا زمان را خمیده میکند. اگر من یک توپ کوچکتر دیگر را هم بندازم روی این پارچه، ناخودآگاه به سمت آن توپ بزرگتر کشیده میشود. این همان اتفاقی است که باعث میشود زمین به دور خورشید بچرخد. به واسطه این نیروی گرانش.

پس بستر فضا زمان میتواند به واسطه اجرامی که نیروی گرانش دارند خمیده بشود. جرمی که در بستر فضا زمان قرار میگیرد این بستر فضازمان، این تار و پود جهان را خمیده می کند و اجرام دیگری که گرانش کمتری دارند را به سمت خود میکشد.غیرمطلق بودن زمان و نسبی بودن زمان را چطور میتوانیم با نسبیت عام به شکل یک مثال توضیح بدهیم؟ فرض کنید که زمین گرانشی دارد به اندازه ایکس و یک سیاره دیگر گرانشی دارد به اندازه ایکس ضربدر دو، یعنی دو برابر زمین.  اگر دوتا برادر دوقلو روی کره زمین باشند و یکی از آنها توسط سفینه فضایی به آن سیاره دیگر با دو برابر گرانش برود زمان برای او به خاطر گرانش بالاتر خیلی کندتر حرکت میکند. در حدی که وقتی به زمین برمی گردد برادر دوقلویش روی زمین دو برابر عمر کرده است و او خیلی جوان تر مانده است. این مثال غیر مطلق بودن زمان و وابستگی زمان به میزان گرانش را نشان میدهد.

حالا برویم سراغ سیاهچاله. نسبیت عام پیش بینی های عجیب و غریب و خیلی وقت ها غیرقابل باوری را با خودش به همراه داشت. یکی از این پیش‌بینی‌ها نقطه ای از فضا زمان هست که گرانش به سمت بینهایت میل می‌کند و در نتیجه آنجا بستر فضا زمان انقدر خمیده میشود که در واقع گذر زمان به صفر میل پیدا میکند و عملاً زمان دیگر هیچ حرکتی نمیکند و مفهوم زمان از بین میرود. اولین دانشمندی که چنین چیزی را کشف کرد کارل شوارتزشیلد آلمانی بود و این وضعیت هم به تکینگی معروف شد. ابتدا این تکینگی فقط در حد یک مفهوم تئوری بود که فقط میشد از طریق فرمول ها به آن رسید اما واقعیت عینی برایش وجود نداشت تا وقتی که بالاخره دانشمندی به نام اوپنهایمر ثابت کرد که  تکینگی میتواند به راحتی ثابت بشود و به واسطه ی از بین رفتن یک ستاره نوترونی بوجود بیاید. در واقع شرایط خاصی که در بستر فضا زمان به وجود میاید و به اسم تکینگی میشناسیم همان قلب سیاه چاله است. نقطه ای تاریک تر از هر چیزی که فکرش را بکنید و بسیار پر گرانش تر از هر چیزی که بتوانید تصور کنید. جایی که گرانش فوق العاده زیاد است جوری که حتی به نور هم اجازه فرار نمیدهد. البته این در زمانی مطرح و محاسبه شد که هنوز تکنولوژی  برای مشاهده و رصد فضا به اندازه الان پیشرفته نبود و سیاه چاله را اصلاً نمی توانستیم به طور مستقیم مشاهده بکنیم اما همین الان که من دارم این اپیزود را ضبط می کنم یک روز گذشته از زمانی که سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری توانسته توسط تلسکوپ های افق رویداد ثبت بشود و از آن عکس برداری شود. سیاهچاله، پدیده‌ای است که اول روی فرمول ثابت شد. و بعد توانستیم در کهکشان کشف کنیم، رصد کنیم و مشاهده کنیم.

سیاه چاله چه ویژگی هایی دارد؟ سیاهچاله کره ای است به شدت تاریک و به شدت سرد. به شکلی که هیچ گرمایی از خودش ندارد. سیاه‌چاله ۲ ناحیه اصلی دارد:

یکی به اسم افق رویداد و یکی هم قلب سیاه چاله یا همان تکینگی. افق رویداد به عنوان مرز بی‌بازگشت سیاهچاله نام برده میشود. ناحیه ای با شعاع مشخص در ورودی سیاهچاله که در صورت رسیدن به آن دیگر نمیشود از دام سیاهچاله فرار کرد.و تکنیگی نقطه‌ای است به شدت در فضا-زمان فرو رفته که هنوز دقیق معلوم نیست فرورفتگی به کجا یا چه سرنوشتی ختم میشود. البته نکته‌ای که در اینجا باید بدانیم این است که معادلات نسبیت توان ارائه توصیف کامل از تکینگی را ندارد و رفتار فضا زمان در این نقطه هنوز برای ما کاملا مشخص نیست اما گمان هایی برای آن سوی تکینگی وجود دارد. دانشمندان باور دارند که ممکن است سیاهچاله ها همه آن چیزی که بلعیدند را در جهان دیگر از طریق پدیده ای موسوم به سفیدچاله منتشر کند. یعنی از طرف سیاهچاله می‌بلعد و از طرف سفیدچاله منتشر می‌کند. یعنی ممکن است سیاه‌چاله‌ها دروازه ای به جهان های دیگر باشند. بعضی هم مثل خود انیشتین و همکارش ناتان روزن معتقد بودند که سیاهچاله ها میتوانند دهانه ورودی تونلی معروف به کرم چاله ها باشند. آنچه به آن مطمئنیم این است که نقاطی در این جهان وجود دارند که به واسطه گرانش زیاد زمان به صفر میرسد و مفهوم خودش را اصلا از دست میدهد. گذشته، حال و آینده روی یک نقطه قرار می گیرد. یک نقطه ازلی و ابدی. 

این اپیزود را اینجا بشنوید.