سیاهچاله ها و سفیدچاله ها
دروازههای مرگ و نابودی، یا تونلهایی به دنیاهای دیگه؟
از ترسناکترین و ناشناختهترین نقاط جهانمون چقدر اطلاعات داریم؟
تو دل این غولهای همیشه گرسنه چی میگذره؟
اصلا چرا باید همچین هیولاهای توی دنیای ما وجود داشته باشن؟
تا آخر این ویدیو با من باشید تا زیر و بم یکی از عجیبترین
چیزایی که تو دنیای ما وجود داره رو با هم بررسی کنیم.
وجود سیاهچالهها اولین بار سال 1916 توی نسبیت عام اینشتین پیشبینی شد.
اینشتین با این نظریه اعلام کرد که گرانش در واقع یه خمیدگی
توی فضازمانه که توی این ویدیو بیشتر در بارهش توضیح دادم.
اما چه اتفاقی میفته وقتی که مقدار این خمیدگی خیلی خیلی زیاد میشه؟
در واقع اینشتین هیچ حرفی از چیزی به نام سیاهچاله نزد.
اصلا کلمهی سیاهچاله تا پنجاه سال بعدم وجود نداشت.
نظرات جالب اینشتین باعث شد یکی از بزرگترین فیزیکدانان همدورهش یعنی
Karl Schwarzschild به این موضوع علاقمند بشه و شروع به کار تو این زمینه کنه.
شوارتزشیلد یه مفهومی رو معرفی کرد به نام سرعت گریز که این حداقل سرعتیه که
یه جسم باید داشته باشه تا بتونه از دام گرانش یه جسم دیگه خلاص بشه.
مقدار سرعت گریز، بستگی داره به جرم و شعاع اون جسم،
یعنی از طریق این فرمول حساب میشه:
که G ثابت گرانشه، M جرم جسمه، r هم فاصله تا مرکز جسمه.
مثلا برای اجسامی که روی سطح زمینن، مقدار سرعت گریز تقریبا میشه 11.2 کیلومتر بر ثانیه.
یعنی هر جسمی که بخواد از گرانش زمین خلاص بشه و
از زمین فاصله بگیره، باید حداقل به سرعت 11.2 کیلومتر بر ثانیه برسه،
وگرنه یه مقدار میره بالا بعد دوباره برمیگرده به سمت زمین.
در مورد موشکهایی که به فضا میفرستیم هم این قانون وجود داره،
ولی موشک چون دائما سوخت میسوزونه و یه نیرویی برخلاف جاذبه
وارد میکنه، نیازی نداره که دقیقا به اون سرعت گریز برسه تا بتونه از جاذبهی زمین خلاص بشه.
حالا اگه به یه طریقی، مقدار شعاع خیلی خیلی کوچیک بشه و برعکس،
مقدار جرم خیلی بیشتر بشه، اندازهی این سرعت گریز
بیشتر و بیشتر میشه تا اینکه به یه جایی میرسه که دیگه اندازش از سرعت نور هم
بیشتر میشه، یعنی از سیصدهزار کیلومتر بر ثانیه هم رد میشه.
حالا این یعنی چی؟
یعنی دیگه هیچ چیز نمیتونه از سطح این جسم فرار کنه. حتی خود نور.
چون اگه چیزی بخواد این کارو انجام بده باید از سرعت نورم
سرعتش بیشتر بشه که میدونیم چنین چیزی ممکن نیست.
اینجا همون جاییه که مفهوم سیاهچاله متولد میشه.
یعنی جسمی که مقدار جرمش نسبت به شعاعش اونقدر زیاده که حتی نور هم نمیتونه
از سطحش فرار کنه، برای همین سیاه دیده میشه، هیچ نوری از سطحش منتشر نمیشه.
غیر از این، مادهی سازندهی چنین جسمی، دیگه نمیتونه
در برابر وزن خودش مقاومت کنه، یعنی نیروهای دافعهای که بین اتمها هست یا
نیروهای دافعهای که بین ذرات تشکیلدهندهی این اتمهاست،
دیگه نمیتونه وزن خود این اتمها رو تحمل کنه، در نتیجه این جسم
توی یه نقطهی خیلی خیلی کوچیک فرو میریزه تا
اینکه در نهایت یه گودال بیانتها توی فضازمان ایجاد میشه.
این باعث میشه که تمام جرم سیاهچاله توی یه نقطهی بینهایت کوچیک فشرده بشه.
حجم این نقطه صفره اما چگالیش بینهایته، گرانشش هم بینهایته،
خمیدگی فضازمان هم توی این نقطه بینهایته.
به این نقطه توی مرکز سیاهچاله که حجمش صفره ولی چگالیش بینهایته،
میگن تکینگی یا Singularity (سینگیولاریتی).
تو نقطهی تکینگی، قوانین فیزیک کاملا بیمعنی میشن.
شوارتزشیلد متوجه شد که اطراف این تکینگی، یه مرز کروی وجود داره که
هر جسمی که از این مرز رد بشه دیگه به هیچ وجه نمیتونه به عقب برگرده.
این فاصله رو با اسم شعاع شوارتزشیلد میشناسیم،
یا اسمی که بیشتر استفاده میشه: افق رویداد.
برای درک بهتر افق رویداد همونطور که قبلا هم گفتم میتونیم به یه آبشار فکر کنیم.
وقتی که قایقسوار از یه حد مشخصی به لبهی آبشار نزدیکتر بشه،
دیگه نمیتونه به عقب برگرده، سقوط میکنه داخل آبشار.
در مورد سیاهچاله هم همینطوره، یعنی یه چیزی که از افق رویداد به سیاهچاله نزدیکتر بشه
دیگه نمیتونه به عقب برگرده، سقوط میکنه داخل یه گودال بیانتها توی فضازمان.
سال 1964 اولین سیاهچاله توی صورت فلکی قو یا Cygnus (سیگنوس) کشف شد.
اون زمان بین دانشمندا اختلاف بود که این واقعا یه سیاهچالهست
یا یه چیز دیگه، اما بعدا مشخص شد که دقیقا یه سیاهچالهست، اونم خیلی بزرگ.
سه سال بعد یعنی سال 1967 فیزیکدان آمریکایی جان ویلر
برای اولین بار از کلمهی Black Hole یا سیاهچاله برای این اجسام استفاده کرد.
کمکم سیاهچالهها بیشتر موردتوجه قرار گرفتن، از یه مفهوم تئوری
تبدیل شدن به چیزایی که توی دنیای واقعی هم وجود دارن.
الان میدونیم که سیاهچالهها اونقدرا هم که فکر میکردیم کمیاب نیستن،
فقط توی کهکشان راه شیری خودمون میلیونها سیاهچاله وجود داره.
یکی از چیزایی که باعث تولد سیاهچالههای جدید میشه مرگ ستارههای پرجرمه.
در مورد اینکه چطوری این اتفاق میفته توی این ویدیو
که دربارهی انواع ستارههاست بیشتر توضیح دادم.
اما به صورت خلاصه، وقتی ستارههای پرجرم سوختشون تموم میشه،
هستهشون ناپایدار میشه و داخل خودش فرو میریزه.
این باعث میشه که هستهی این ستارهها به شدت
متراکم میشه و تبدیل میشه به یه سیاهچاله.
غیر از این سیاهچالههایی که از مرگ ستارهها به وجود میان،
یه سری سیاهچالهی غولپیکر هم تو مرکز خیلی از کهکشانا
وجود داره که هنوز اطلاعات کافی نداریم از این که اینا چجوری به وجود میان.
سیاهچالهها همچنان ناشناخته و اسرارآمیز بودن و فقط شبیهسازیهای کامپیوتری
ازشون داشتیم، اما سال 2019 یه خبر مثل بمب تو دنیا ترکید:
اولین تصویر واقعی از یه سیاهچاله!
توی یه پروژهی بزرگ بینالمللی، با استفاده از چندتا تلسکوپ رادیویی بزرگ
تو آمریکای شمالی و جنوبی و اروپا، که معروفن به تلکسوپهای افق رویداد،
دانشمندا تونستن اولین عکس واقعی از یه سیاهچاله رو ضبط کنن.
این اولین بار بود که به چهرهی واقعی این هیولاها نگاه میکردیم!
این سیاهچاله در اصل، سیاهچالهی مرکز یه کهکشان به نام
M87 بود که حدود 55 میلیون سال نوری از زمین فاصله داشت.
اندازهی این سیاهچاله که جزو سیاهچالههای خیلی بزرگ بود،
با اون هالهی اطرافش تقریبا به بزرگی کل منظومهی شمسی ما بود.
این هالهی نورانی که اطرافش دیده میشه، گازهای درخشانی هستن که
به خاطر کشیده شدن داخل سیاهچاله، حسابی داغ و نورانی شدن.
قسمت تاریک وسطش هم که خود سیاهچالهست.
الان تلسکوپهای افق رویداد، دارن سعی میکنن اولین تصویر
رو از سیاهچالهی مرکز کهکشان خودمون بگیرن،
ولی خب چون این سیاهچاله سایزش از سیاهچالهی M87 خیلی کوچیکتره،
احتمالا زمان زیادی طول بکشه تا بتونن این کارو انجام بدن.
اینجا جواب یکی از سوالاتی که در مورد سیاهچالهها زیاد پرسیده میشه هم داده شده:
اگه نور هم نمیتونه از سطح سیاهچالهها فرار کنه،
پس چطوری میتونیم یه سیاهچاله رو با تلسکوپ رصد کنیم؟
جوابش اینه که با تاثیراتی که سیاهچاله روی محیط اطرافش میذاره.
مثلا ما وقتی که رفتار عجیب و چرخش شدید ستارهها
تو مرکز کهکشان خودمون رو دیدیم، متوجه شدیم که باید یه جسم
با گرانش خیلی خیلی شدید اونجا وجود باشه که باعث میشه ستارهها اینطور دورش بچرخن.
درسته که نتونستیم هیچ سیاهچالهای اونجا ببینیم اما با اثراتی که از خودش
به جا گذاشته، تونستیم تشخیص بدیم که باید چنین چیزی اونجا وجود داشته باشه.
سوال بعدی: اگه سیاهچالهها هرچیزی که بهشون نزدیک میشه
میبلعن، پس تا ابد رشد میکنن؟ هیچوقت نابود نمیشن؟
خب اینکه وقتی یه چیزی وارد سیاهچاله میشه دقیقا چه بلایی سرش میاد،
فکر میکنم هنوز یه رازه، اما میتونیم حدس بزنیم که هر چیزی که
وارد سیاهچاله میشه، جرمش به جرم سیاهچاله اضافه میشه.
پس سیاهچالهها همینطور که ستارههای اطرافشونو میبلعن، بزرگ و بزرگتر میشن.
اما طبق نظر استیون هاوکینگ، این بزرگ شدن دائمی نیست.
سیاهچالهها بر اثر یه نوع تابش خاص به نام تابش هاوکینگ
کمکم جرم خودشونو از دست میدن و اصطلاحا تبخیر میشن.
هرچند سرعت این تبخیر اونقدر کمه که برای تبخیر کامل
یه سیاهچاله به یه زمانی بیشتر از عمر جهان نیازه.
یکی دیگه از بحثای جالب تو این زمینه، بحث آروغ زدن سیاهچالههاست!
شبیه آدمایی که با حرص و ولع شدید غذا میخورن و بین غذا خوردنشونم آروغ میزنن،
سیاهچالهها هم بعضی وقتا از بین گازهای شدیدی که با حرص به سمت خودشون میکشن،
یه مقداریشو میخورنو باقیشو به بیرون از خودشون
پرتاب میکنن که اصطلاحا بهش گفته میشه آروغ سیاهچاله.
اما سیاهچالهها چه اثری روی گذر زمان دارن؟
باز طبق نسبیت عام، گرانش عظیم سیاهچاله
باعث میشه که زمان، نزدیک سیاهچاله به شدت کند بشه.
فرض کنید من توی یه فاصلهی دور از سیاهچاله وایسادم،
اما شما دارید به سمت سیاهچاله حرکت میکنید.
هرچی شما به سیاهچاله نزدیکتر بشید، از نظر من که دارم تماشا میکنم،
حرکت شما کندتر و کندتر میشه.
تا جایی که وقتی شما به افق رویداد سیاهچاله برسید،
از نظر من دیگه هیچ حرکتی نمیکنید، یعنی انگار زمان برای شما متوقف شده.
من هرچقدر که منتظر بمونم نمیتونم سقوط شما داخل سیاهچاله رو ببینم.
اما برای خود شما، زمان همونطور عادی میگذره، در عوض شما هم اگه بتونید برگردید
عقب رو نگاه کنید، دنیا رو با یه سرعت وحشتناکی میبینید که داره میگذره.
مثلا تمام عمر من رو میتونید توی یه چشم به هم زدن
ببینید که پیر میشم و میمیرم و از بین میرم.
البته موضوعی که هست اینه که شما هیچوقت نمیتونید
اینقدر به یه سیاهچاله نزدیک بشید.
چون غیر از دمای خیلی زیادی که نزدیک سیاهچاله وجود داره،
اختلاف گرانش حتی توی فاصلههای خیلی کم به حدی زیاده
که بدن شما فورا کش میاد و به صورت یه رشتهی نازک کشیده میشه به داخل سیاهچاله.
به این اتفاق، اصطلاحا میگن اسپاگتی شدن.
پس به نظر میاد تا زمانی که کاری به کار این هیولاهای گرسنه
نداشته باشیم و نزدیکشون نشیم، اونا هم کاری با ما ندارن.
اما این طرز فکر شاید زیادم درست نباشه.
اگه بدون اینکه ما بفهمیم، یه سیاهچاله به کرهی زمین نزدیک بشه و ببلعتش چی؟
برای اینکه همچین اتفاقی بیفته، این سیاهچاله باید
خیلی به زمین نزدیک شده باشه که احتمالش خیلی کمه.
حتی اگه خورشید خودمون با همین جرمی که داره
تبدیل به یه سیاهچاله بشه بازم زمین به چرخیدن دورش ادامه میده،
هرچند دیگه خبری از زندگی نیست چون خبری از نور خورشید نیست.
پس در کل زیاد لازم نیست نگران نابودی زمین با یه سیاهچاله باشیم.
اما اگه سیاهچاله به یه طریقی روی خود زمین ایجاد بشه چی؟
این همون چیزی بود که اون اوایل شروع به کار سرن باعث نگرانی یه عده شده بود.
در مورد آزمایشگاههای سرن قبلا یه ویدیو منتشر کردم که از این لینک میتونید ببینیدش.
زمانی که سرن شروع به کار کرد، یه عدهای این موضوع رو مطرح کردن که
آزمایشاتی که تو سرن انجام میشه میتونه سیاهچالههای کوچیکی ایجاد کنه که
زمین رو میبلعن و باعث نابودی ما میشن.
حتی کلی هم شکایت کردن و کارشون به دادگاه کشید،
ولی خب به نظر میاد که نتونستن جلوی فعالیت سرن رو بگیرن.
دانشمندایی که موافق این آزمایشات بودن نظرشون این بود که
برخوردهایی که انجام میشه، شبیه همون برخوردهاییه که دائما توی طبیعت
داره اتفاق میفته ولی هنوز باعث نابودی زمین نشده، یعنی در کل بیخطره،
اما طرف مقابل اصرار داشتن روی خطرناک بودن این آزمایشات.
نظر دانشمندا اینه که حتی اگه این برخوردها باعث ایجاد سیاهچالههای ریز
بشه، این سیاهچالهها خیلی ناپایدارن، فورا از بین میرن، از طرفی هم مقدار جرمی که
میتونن از زمین بخورن خیلی خیلی کمه.
بهرحال هنوزم بحث سر این موضوع زیاده و هیچکدوم از دو طرف قانع نشدن.
یکی از عجیبترینها و ناشناختهترین موضوعات در مورد سیاهچالهها،
