سیاهچالهها همیشه مورد توجه دانشمندان بوده‌اند، اما در مورد همزاد نادیده گرفته‌شده آن‌ها یعنی سفید چاله‌ها چه می‌دانیم؟ سیاهچالهها زمانی ایجاد می‌شوند که ستارگان به طور فاجعه‌آمیزی در یک ابرنواختر می‌میرند، اما سفیدچاله چیست؟
سفید چاله چیست؟
سفید چاله‌ها نواحی نظری در کیهان هستند که بر خلاف سیاهچالهها عمل میکنند؛ همانطور که هیچ چیز نمیتواند از سیاهچاله فرار کند، چیزی هم قادر نیست وارد یک سفید چاله شود. شواهد زیادی مبنی بر وجود سیاهچالهها یافت شده است، اما کیهانشناسان شواهدی که وجود سفیدچالهها را ثابت کند در دست ندارند. به سفیدچالهها «امکان غیر ممکن» هم گفته میشود.
آیا می‌دانید کرم چاله چیست و سفر در زمان از طریق آن چگونه است؟ کلیک کنید و این مطلب جذاب را حتما بخوانید.
مدت‌ها تصور می‌شد سفید چاله‌ها زاییده نظریه نسبیت عام اینشتین هستند که از همان معادلات فیزیکی سیاهچالهها به وجود آمده‌اند. با این حال اخیرا برخی از نظریه‌پردازان این سوال را مطرح کرده‌اند که آیا این گرداب‌های دوقلوی فضا-زمان ممکن است دو روی یک سکه باشند؟
برای خدمه یک سفینه فضایی که از دور تماشا میکنند، سفیدچاله دقیقا شبیه سیاهچاله است، جرم دارد و احتمالا می‌چرخد؛ همچنین حلقه‌ای از غبار و گاز در اطراف افق رویداد (مرز سیاهچاله) جمع شده است. اگر با دقت به نگاه کردن ادامه دهید، احتمالا شاهد رویدادی غیرممکن برای سیاهچاله باشید؛ چیزی شبیه آروغ زدن!
تفاوت بین سفیدچاله و سیاهچاله در چیست؟
«در لحظه‌ای که همه چیز آشکار میشود، می‌توانید بگویید این یک سفیدچاله است.» فیزیکدانان سفید چاله را وارونگی زمانی سیاهچاله توصیف میکنند؛ یعنی سفیدچاله شبیه ویدئویی معکوس‌شده از یک سیاهچاله است. افق رویداد در سیاهچاله یک کره بدون بازگشت بوده و همه چیز را در خود می‌بلعد، اما افق رویداد در سفید چاله مرزی است که هیچ جرم کیهانی امکان ورود به آن را ندارد و هیچ فضاپیمایی هرگز به لبه آن نخواهد رسید.
کارلو روولی (Carlo Rovelli)، از مرکز فیزیک تئوریک (CPT) فرانسه
اجرام داخل سفیدچاله می‌توانند از آن خارج شوند و با دنیای خارج ارتباط برقرار کنند، اما از آنجا که هیچ چیز امکان ورود به آن را ندارد، درون سفید چاله از گذشته کیهان جدا مانده است و هیچ رویداد خارجی بر بخش درونی آن اثر نمی‌گذارد.
جیمز باردین (James Bardeen)، از دانشگاه واشینگتن (University of Washington) آمریکا، می‌گوید: «داشتن یک تکینگی (Singularity) در گذشته که می‌تواند بر همه چیز در دنیای بیرون تاثیر بگذارد، آزاردهنده‌تر است.»
همزاد نظری سیاهچاله
در سال ۱۹۱۵ معادلات میدانی اینشتین مانند یک سونامی، جهان فیزیک را دچار تلاطم کرد. نظریه‌پردازان هنوز هم در حال بررسی و طبقه‌بندی بقایای این معادلات هستند. فراتر از توصیف نیروی گرانش، فرضیه‌های او تحولی در ماهیت واقعیت به ارمغان آورد.
سیاهچالهها به عنوان مشهورترین تکینگی‌ها، به حدی پیچ خورده‌اند که هیچ خروجی از آن‌ها وجود ندارد. جهان بیرونی می‌تواند بر بخش درونی افق یک سیاهچاله اثر بگذارد، اما آنچه درون سیاهچاله قرار دارد قادر به اثرگذاری بر محیط خارجی نیست.
وقتی مارتین دیوید کروسکال (Martin David Kruskal) ریاضیدان آمریکایی، در سال ۱۹۶۰ توصیف‌های کارل شواترزشیلد (Karl Schwarzschild) دانشمند آلمانی، را درباره سیاهچاله گسترش داد، نمی‌دانست نظریه جدید او حاوی انعکاسی از تکینگی سیاهچاله است و او اهمیت این موضوع را در آن زمان درک نمی‌کرد.
با گذشت زمان و با ورود سیاهچالهها به زبان عامیانه، نامی برای همزاد نظری آن‌ها انتخاب شد؛ «سفیدچاله». روولی می‌گوید: «درک سیاهچالهها ۴۰ سال طول کشید و مدت کوتاهی از توجه مردم بر سفید چاله‌ها می‌گذرد.»
در همین رابطه بخوانید: تفاوت نظریه کوپرنیک و کپلر چیست؟
این را نیز حتما بخوانید: پادماده چیست؟
در همین رابطه بخوانید: اتساع زمان گرانشی چیست؟
نحوه شکل‌گیری سفیدچاله به چه صورت است؟
اگرچه نسبیت عام به طور نظری وجود سفیدچالهها را توصیف می‌کند، اما در حقیقت هیچ کس نمی‌داند که این اجرام چگونه شکل می‌گیرند. اگر عملکرد سفید چاله‌ها برعکس سیاهچالهها باشد، باید گفت نحوه شکل گیری سفید چاله درست برعکس تشکیل سیاهچاله است، اما چنین چیزی امکان‌پذیر نیست!
سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای طی فروپاشی ستاره‌های بزرگ در یک انفجار ابرنواختری در پایان چرخه زندگیشان به‌وجود می‌آیند. رخ دادن چنین پدیده‌ای به صورت عکس برای تشکیل یک سفید چاله از نظر فیزیکی امکان‌پذیر و قابل توجیه نیست.
حتی اگر سفیدچاله در فضا تشکیل شوند، احتمالا برای مدت طولانی دوام نمی‌آورد. هال هاگارد (Hal Haggard)، فیزیکدان نظری کالج بارد (Bard College) آمریکا، می‌گوید: «به نظر من وجود یک سفیدچاله با عمر طولانی بسیار بعید است.»
چرا سفیدچالهها ممکن است وجود داشته باشند؟
مدت‌ها دانشمندان تصور می‌کردند که سفید چاله‌ها عاقبتی مشابه کرم‌چاله‌ها دارند؛ یعنی اگرچه با نظریه نسبیت عام اینشتین سازگارند، اما وجود آن‌ها غیر ممکن است. در سال‌های اخیر برخی فیزیکدانان سفیدچالهها را در تلاش برای حفظ همتایان تیره‌ترشان از مرگ نامطلوب نجات داده‌اند.
از دهه ۱۹۷۰ که استیون هاوکینگ، فیزیکدان و کیهان‌شناس بریتانیایی، متوجه شد از سیاهچالهها انرژی خارج میشود، تا به امروز فیزیکدانان می‌خواهند بدانند چگونه این اجرام مچاله شده و از بین می‌روند. اگر سیاهچالهها در نهایت تبخیر شوند، این سوال پیش می‌آید که چه بر سر موادی که سیاهچاله بلعیده است می‌آید؟ طبق نسبیت عام، این اجرام نمی‌توانند از سیاهچاله خارج شوند و با توجه به مکانیک کوانتوم امکان حذف شدن آن‌ها نیز وجود ندارد.
تاکنون هیچ سفیدچاله‌ای به صورت مستقیم و یا غیر مستقیم مورد مشاهده قرار نگرفته است و وجود آن‌ها تنها با روابط پیچیده ریاضی توضیح داده میشود، اما فیزیکدانان بسیاری نیز هستند که در وجود سفیدچالهها به یقین رسیده‌اند. این فیزیکدانان که عموما در شاخه فیزیک کوانتوم حلقوی مطالعات خود را دنبال میکنند، با استفاده از مباحث تئوری به تبیین سفیدچالهها می‌پردازند. بر این اساس، تکینگی گرانشی یک سیاهچاله می‌تواند تا کمترین حالت خود به سمت پایین فشرده و به صورت یک سفید چاله در مکان اولیه ظاهر شود.
مرگ سیاهچاله و تولد سفیدچاله
روولی می‌گوید: «سیاهچاله چگونه می‌میرد؟ نمی‌دانیم. سفید چاله چگونه تشکیل میشود؟ شاید مرگ سیاهچاله تولد یک سفید چاله باشد. این پاسخ مناسب وخوبی است، اما باید معادلات نظریه نسبیت عام را برای تبدیل یکی به دیگری نقض کنید.»
طبق سناریوی او و همتایانش در توصیف این امر، یک سیاهچاله آن‌قدر کوچک میشود که دیگر از قوانین ستاره پیروی نمی‌کند. در سطح ذره‌ها، یک بی‌نظمی کوانتومی رخ می‌دهد و سیاهچاله تبدیل به سفید چاله میشود. در این نظریه روزی پس از فروپاشی ستاره‌ها و از بین رفتن سیاهچالهها، سفید چاله‌ها بر جهان مسلط خواهند شد.
در آن زمان هر ناظری می‌تواند به راحتی این اجرام را به عنوان ذره‌هایی نسبتا بزرگ تشخیص دهد، اما رسیدن به چنین روزی تریلیون‌ها برابر سن کنونی جهان زمان خواهد برد.
سفیدچاله‌های نهایی
برای فیزیکدانان، انفجار ماده و انرژی بیگ‌بنگ رفتاری شبیه به سفید چاله‌های بالقوه دارد. کیهانشناسان این نظریه را «جهش بزرگ» (Big Bounce) می‌نامند و برخی به دنبال مشخصه‌های سفید چاله‌ها در اولین نورهای قابل مشاهده کیهان هستند. جهان شاید خود را به تمام اشکالی که از نظر نسبیت عام امکان‌پذیر است نمایش ندهد، اما هاگارد فیزیکدان آمریکایی عقیده دارد باید این راه را تا آخر برای پیدا کردن پاسخ مناسب ادامه داد.
