در جستجوی سفید چاله‌ها

فرادید | کیهان مملو از پدیده‌های عجیب و غریب است. برخی از این پدیده‌ها مانند سیاه‌چاله‌ها توجه همه را به خود جلب کرده‌اند. این حجم عظیم‌الجثه‌ و مرموز آنقدر گرسنه است که هر چیزی را می‌بلعد. اما همانطور که در فیلم‌های جنگ ستارگان هم مشاهده کردیم، روی دیگر تاریکیْ روشنایی است. سیاه‌چاله‌ها هم از این حکایت مبرا نیستند؛ سیاه‌چاله‌ها هم نقطه مقابل خودشان را دارند: سفید چاله‌ها.

به گزارش فرادید*، به عبارت ساده سفید چاله همان سیاه‌چاله در تبدیل معکوس زمان است. اگر می‌شد از مراحل تشکیل سیاه‌چاله فیلم‌برداری کرد و فیلم را از پایان به آغاز مشاهده کرد، شما یک سفید چاله را مشاهده می‌کردید. سیاه چاله در حالت کلی همه چیز را به سمت خود می‌کشد و آن را می‌بلعد؛ اما سفید چاله دقیقا بالعکس آن عمل می‌کند: یعنی همه چیز را به بیرون پرتاب می‌کند و در واقع اجازه نمی‌دهد که چیزی داخلش شود.

سفید چاله در نظریه نسبت عام گنجانده شده است. به زبان ریاضی، هم سفید چاله و هم سیاه چاله در معادلات دهه 1910 میلادی انیشتین جای می‌گیرند. آن معادلات توضیح می‌دهند که چگونه جرم می‌تواند با ساخت فضا در تعامل باشد. هر شی دارای جرم بر روی محیط پیرامون خود اثر گرانشی به جای می‌گذارد - هر چه جرم بیشتر باشد، اثر گرانشی آن نیز بیشتر خواهد بود.

قوانین نسبیت عام همانند اکثر قوانین فیزیک می‌تواند به لحاظ فنی هم به سمت جلو و هم به سمت عقب حرکت کند. جف فیلیپینی، پژوهشگر دانشگاه ایلینوی آمریکا می‌گوید: «اگر جاهایی که ماده/انرژی می‌تواند داخل شود اما نمی‌تواند خارج شود در معادله جای می‌گیرد (سیاه چاله)، بنابراین جاهایی که ماده/انرژی می‌تواند خارج شود اما نمی‌تواند وارد شود (سفید چاله) نیز در معادله جای می‌گیرد. از نظر ریاضی، به این ایده هیچ ایرادی وارد نیست - اما این مسئله بدان معنا نیست که سفید چاله‌ها واقعی هستند.»

در حال حاضر اینگونه تصور می‌شود که سفید چاله‌ها برخلاف سیاه‌چاله‌ها پدیده‌های فرضی هستند که جایی در دنیای واقعی ندارند. پروفسور استیون گیدینگز، استاد دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا، می‌افزاید: «هنوز هیچ مدرکی برای اثبات سفید چاله در بخش قابل رصد کیهان در دست نیست. سفید چاله‌ها در حال حاضر فقط پیش‌بینی‌های نظری بر اساس تقارنِ تبدیل معکوس زمانِ قوانین طبیعت هستند. تبدیل معکوس زمان یک پیش‌بینی علمی دیگر نیز می‌تواند داشته باشد: اینکه اگر یک فنجان قهوه بر روی زمین پرتاب و خرد شد، بنابراین عکس آن نیز می‌تواند صحت داشته باشد؛ پس یعنی ممکن است که قطعات خرد شده یک فنجان هوا از روی زمین جمع شده و به سمت بالا بیایند تا یک فنجان سالم را تشکیل دهند. اما ما پدیده‌ها را از این زاویه نمی‌بینیم. سفید چاله‌ها هم چنین شرایطی دارند.»

فیلیپینی در همین ارتباط می‌گوید: «فرآیندهای وارونه از لحاظ زمانی - مانند عقب‌گردِ گوی‌های بیلیارد برای تشکیل مثلث، تبدیل پوسته‌های خرد شده‌ی تخم‌مرغ برای تشکیل پوسته سالم، تشکیل فنجان سالم از قطعات خرد شده و سفید چاله‌ها - هیچ یک از قوانین فیزیک را نقض نمی‌کنند، اما ما به طور طبیعی قادر به مشاهده چنین وقایعی نیستیم.»

سیاه چاله‌ها زمانی شکل می‌گیرند که سوخت هسته‌ایِ ستاره‌های بسیار بزرگ به پایان رسیده و آن‌ها دیگر نمی‌توانند مانع فروپاشی زیر وزن خودشان باشند؛ این ستاره‌های در حال نابودی به نقطه‌ای با چگالی بی‌نهایت می‌رسند که به آن "تکینگی گرانشی" (Singularity) گفته می‌شود. میدان گرانشی این نقطه آنقدر زیاد است که هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند از آن خارج شود.


یکی از اصلی‌ترین نقاط ضعف سفید چاله‌ها در مقابل سیاه چاله‌ها این است که هیچ فرآیند مشخصی برای تشکیل سفید چاله وجود ندارد. فیلیپینی می‌گوید: «شواهدی دال بر وجود سیاه چاله‌ها وجود دارد و ما می‌دانیم که چگونه تشکیل می‌شوند؛ از این رو آن‌ها با معادلات ما سازگاری داشته و در کیهان نیز حضور دارند. اما تا این جای کار هیچ فرآیندی را نمی‌شناسم که منجر به تشکیل سفید چاله شود.»

برخی از دانشمندان فرضیاتی را مطرح کرده‌اند که بر اساس آن می‌توان معادله‌ای برای ایجاد سفید چاله‌ها از طریق فرآیندهای نامتعارف و عجیب متصور شد. یکی از آن نظریات تونل‌زنی کوانتومی (Quantum Tunneling) است: پدیده‌ای عجیب که به ماده اجازه می‌دهد در مقیاس‌های ریز کوانتومی به شکل عجیبی رفتار کند. این فرآیند به شکل بالقوه‌ای به سیاه چاله‌ها اجازه می‌دهد تا به سفید چاله تبدیل شود.

اجازه دهید تا یک مثال بزنیم. فرض کنید که داخل یک دره گیر افتاده‌اید و از انرژی کافی برای بالا آمدن از شیب تند دره برخوردار نیستید. در این حالت، همان‌جا خواهید ماند تا یک عابر به دادتان برسد! این قضیه اما در کوانتوم فیزیک صحت ندارد. در عوض، این امکان وجود دارد که از دل یکی از کوه‌ها به دره‌ی مجاور تونل بزنید. هال هاگارد، پژوهشگر بارد کالج ایالات متحده و از حامیان ایده سفید چاله می‌گوید: «ایده ما این بود که شاید بتوان به کمک یک تعریف مکانیک کوانتومی از گرانشی، بین راه‌حل‌های مختلف معادلات نسبیت عام تونل زد... شاید بتوانید به کمک نظریه مکانیک کوانتوم از یک سیاه چاله آغاز کنید و از آنجا به سمت سفید چاله تونل بزنید. البته این فرآیندهای تونل زنی به ندرت رخ می‌دهند و کسی درک درستی از میزان محتمل بودن آن‌ها ندارد. شاید این پدیده آنقدر نادر باشد که هرگز رخ ندهد.»


سفید چاله‌ها شاید در نتیجه تشکیل سیاه چاله در بخش دیگر جهان (یا شاید جهانی دیگر در جهان‌های موازی) شکل گیرد. در چنین سناریویی، سفید چاله و سیاه چاله احتمالا توسط یک تونل در امتداد فضا و زمان به یکدیگر متصل شوند: کرم چاله؛ ماده به داخل سیاه چاله خواهد افتاد و پس از گذر از کرم چاله، در جایی دیگر از سفید چاله به بیرون پرتاب شود.

گرچه کرم چاله‌ها پاسخی معتبر برای معادلات انیشتین محسوب می‌شوند اما توضیحشان بسیار دشوار است. هاگارد معتقد است که حین توضیح کرم چاله باید تمام تلاشمان را کنیم تا دیوانه به نظر نرسیم.

کرم چاله‌ها از این نظر که وجودشان به لحاظ ریاضی مانعی ندارد، با سفید چاله‌ها شباهت دارند. با این حال از نحوه شکل‌گیری آن‌ها نیز هیچ اطلاعی در دست نداریم. هاگارد می‌گوید: «موانع پیش روی وجود کرم‌چاله‌ها بیشتر از موانع پیش روی سفید چاله‌ها است. برای تشکیل کرم چاله به ماده‌ای بسیار عجیب نیاز هست که تاکنون کشف نشده؛ بنابراین کرم‌چاله‌ها به کلی پدیده‌ی عجیبی هستند.»

گرچه نمی‌توانیم مستقیما سیاه‌چاله‌ها را مشاهده کنیم، اما می‌توانم با رصد انفجار اشعه ایکس از مواد فوق گرم و همچنین بررسی حرکت موزون گازها پیرامون یک فضای خالی، آن‌ها را شناسایی کنیم. دانشمندان از روی این اتفاق درمی‌یابند که جرمی عظیم و نامرئی در آن اطراف وجود دارد که در حال بلعیدن پیرامون خودش است. این پدیده در مورد مرکز کهکشان خودمان نیز صحت دارد زیرا یک سیاه‌چاله بسیار بزرگ و اَبَر پُرجرم به نام کمان ای* (Sagittarius A*) در آنجا قرار گرفته است. اما سفید چاله‌ها به شکل کاملا واضحی قابل مشاهده هستند. آن‌ها حیات را در فضا به وجود می‌آورند و پس از تخلیه مقادیری زیادی انرژی در فضا ناپدید می‌شوند.

انفجار انرژی ناگهانی پدیده‌ای عجیب در کیهان نیست. انرژی‌دارترین پدیده کیهانی زمانی رخ می‌دهد که شاهد انفجار یا فوران پرتو گاما (GRB) هستیم؛ انفجار پرتو گاما طی اتفاقاتی قدرتمند مانند برخورد ستاره‌ها، مرگ ستاره ابرنواختر یا حتی ادغام دو سیاه‌چاله رخ می‌دهد که بسته به مدت و ویژگی‌‎های دیگر شامل دو دسته هستند و هر کدام به شکل متفاوتی تشکیل می‌شوند. دانشمندان بر این باورند که انفجار سال 2006 نمونه‌ای از انفجار پرتو گاما بوده است و آن را GRB 060614 نامیدند؛ چنین به نظر می‌رسید که آن انفجار هیچ منبعی نداشته است.

دو دانشمند در سال 2011 پیشنهاد دادند که آن اتفاق احتمالا نخستین مدرک وجود سفید چاله بوده باشد. الون رتر، یکی از آن دو دانشمند، می‌گوید: «آخرین مشاهدات نشان می‌دهد که نوع سومی از انفجار پرتوی گاما وجود دارد که GRB 060614 نخستین نمونه آن است. این نوع انفجار پرتوی گاما طولانی، نزدیک و فاقد تشعشعات ابرنواختری است.» رِتر (Retter) و همکارانش معتقدند که بیگ بنگ (انفجار بزرگ) نیز احتمالا یک سفید چاله بوده است. رتر می‌گوید: «بسیاری از متخصص‌ فيزيك‌ نجومى‌ می‌گویند که سفید چاله نمی‌تواند وجود داشته باشد اما ما، و گروهی دیگر از پژوهشگران، ایمان داریم که آن‌ها باید وجود داشته باشند. بیگ بنگ، نقطه تکینگی در آغاز کیهان، خود پیشتر یک سفید چاله عظیم بوده که تمام یا بیشتر جرمش را به کیهان داده است.»


انفجار بزرگ یا مه‌بانگ (Big Bang) تقریبا همان چیزی است که ما از یک سفید چاله تصور می‌کنیم. جلوه‌های از GRB 060614 نیز همین مسئله را به ما نشان داد. هر دو ایده البته به شدت فرضی هستند. هاگارد می‌گوید: «آیا بیگ بنگ یک سفید چاله بود؟ من نمی‌توانم این را بپذیرم... جهش مِه‌رُمب (Big Crunch) به مه‌بانگ (Big Bang) شبیه جهش سیاه چاله به سفید چاله است، اما مطمئن نیستم که ارتباطی بین فیزیک این دو موقعیت وجود داشته باشد.»

پدیده مرتبط دیگر با سفید چاله‌ها "انفجار رادیویی سریع" (FRBs) است. این امواج به شکل عجیبی از طول عمر کوتاهی برخوردار هستند ولی انرژی زیادی را از منشأ نامشخص به کهکشان ما می‌آورند. البته شواهدی در دست است که نشان می‌دهد انفجار رادیویی سریع به طور متناوب رخ می‌دهد؛ بنابراین نمی‌توان آن را با سفید چاله‌ها مرتبط دانست.

به کمک رصدخانه‌ها می‌توان وجود این پدیده‌های فرضی را تایید کرد. رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری که به اختصار لایگو (LIGO) نامیده می‌شود، قوی‌ترین شکارچی سیاه چاله بر روی کره زمین است. امواج گرانشی با قوی‌ترین پدیده‌های تولید کننده انرژی در سراسر کیهان (سیاه چاله‌ها، ستاره‌های نوترونی و ستاره‌های در حال مرگ) در ارتباط هستند. لایگو تاکنون توانسته انواع سیاه چاله‌ها را شناسایی و برخورد بین آن‌ها را کشف کند. این رصدخانه همچنین توانسته سفید چاله‌ها را نیز شناسایی کند. گرچه در حال حاضر هیچ برنامه‌ای برای رصد مستقیم آن‌ها وجود ندارد.

انفجار رادیویی سریع (FRBs) از مرموزترین سیگنال‌های جهان است

ایگور نویکوف معتقد است که سفید چاله‌ها بر اساس نظریه نسبت عام انیشتین می‌توانند وجود داشته باشند. وی می‌گوید: «ما باید به دنبال ساختار میدان‌های مغناطیسی در نزدیکی مراکز کهکشان‌ها بگردیم. اگر ساختار میدان‌های مغناطیسی به طور تک قطبی‌های مغناطیسی [پدیده مغناطیسی که فقط دارای یک قطب است] بسیار بزرگ باشند، پس با یک کرم چاله طرف هستیم.» به نظر می‌رسد که کرم‌چاله‌ها - به ویژه سفید چاله‌هایشان - پرتوافشانی‌های خودشان را داشته باشند.

گرچه پژوهش‌های پیرامون سفید چاله‌ها همچنان به صورت نظری دنبال می‌شود و مفاهیم آن کاملا فرضی است، اما نباید فراموش کرد که این موارد روزی در مورد خود سیاه چاله صدق می‌کرد. هاگارد می‌گوید: «زمانی که دانشمندان با توجه به نظریه نسبیت عام انیشتین از سیاه چاله‌ها حرف می‌زدند، بسیاری می‌گفتند که مگر چنین چیزی ممکن است! اما امروز مشخص شده که آن‌ها اشتباه می‌کردند. سیاه‌چاله‌ها وجود دارند و شواهد زیادی برای اثبات آن وجود دارد. به نظرم باید با خوش‌بینی به سفید چاله‌ها نگاه کرد. ریاضیدانان نمی‌گویند که آن‌ها نمی‌توانند وجود نداشته باشند. بنابراین باید منتظر ماند.»

منبع: All About Space
ترجمه: وبسایت فرادید