ارواح مرموز کیهانی که «سفیدچاله‌» نامیده شدند

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از اسپیس، به نظر می‌رسد سیاه‌چاله‌ها همه توجه‌ها را به خود جلب می‌کنند اما همتایان آنها موسوم به «سفیدچاله‌ها»(White holes) چطور؟ آیا آنها وجود دارند و اگر پاسخ مثبت است، کجا هستند؟

برای درک ماهیت سفیدچاله‌ها، ابتدا باید سیاه‌چاله‌های بسیار آشناتر را بررسی کنیم. سیاه‌چاله‌ها نواحی فروپاشی گرانشی کامل هستند که در آنها گرانش بر همه نیروهای دیگر کیهان غلبه کرده و توده‌ای از مواد را تا یک نقطه بی‌نهایت کوچک به نام «تکینگی»(Singularity) فشرده کرده است. اطراف تکینگی، افق رویدادی است که یک مرز فیزیکی و جامد نیست، بلکه صرفا مرزی در اطراف تکینگی محسوب می‌شود که در آن گرانش به قدری قوی است که هیچ چیز حتی نور نمی‌تواند فرار کند.

ما می‌دانیم که جهان چگونه سیاه‌چاله‌ها را تشکیل می‌دهد. هنگامی که یک ستاره بزرگ می‌میرد، وزن بسیار زیاد آن روی هسته می‌افتد و باعث ایجاد یک سیاه‌چاله می‌شود. هر ماده یا تشعشعی که بیش از اندازه به سیاهچاله نزدیک باشد، به دام گرانش قوی می‌افتد و در زیر افق رویداد به سوی سرنوشت نهایی کشیده می‌شود. ما از طریق نظریه نسبیت عام اینشتین، فرآیند تشکیل سیاه‌چاله‌ها و نحوه تعامل آنها با محیط خود را درک می‌کنیم.

اگر بخواهیم فیلمی را از روند تشکیل شدن یک سیاه‌چاله بگیریم و آن را به صورت معکوس اجرا کنیم، جرمی را می‌یابیم که تشعشع و ذرات را ساطع می‌کند. این جرم در نهایت منفجر می‌شود و یک ستاره بزرگ را پشت سر می‌گذارد که همان سفیدچاله است و براساس نظریه نسبیت عام، یک سناریوی کاملا خوب به شمار می‌رود.

سفیدچاله‌ها می‌توانند حتی عجیب‌تر از سیاه‌چاله‌ها باشند. آنها نیز مانند سیاه‌چاله‌ها، تکینگی را در مرکز خود و افق رویداد را در مرزهای خود دارند. همچنین، آنها اجرام بزرگ و گرانشی هستند اما هر ماده‌ای که به یک سفیدچاله وارد می‌شود، بلافاصله با سرعتی بیشتر از نور به بیرون پرتاب می‌شود و درخشش سفید شدیدی را پدید می‌آورد. هر چیزی که بیرون از یک سفیدچاله است، هرگز نمی‌تواند به داخل آن نفوذ کند زیرا برای عبور کردن از افق رویداد باید سریع‌تر از نور حرکت کند.

اما اگر سفیدچاله‌ها براساس نظریه نسبیت عام مجاز است، پس چرا ما به وجود آنها در جهان واقعی مشکوک نیستیم؟ پاسخ این است که نسبیت عام تنها نظریه پیرامون کیهان نیست. شاخه‌های دیگری از فیزیک نیز وجود دارند که اطلاعاتی را در مورد عملکرد درونی جهان به ما می‌گویند.

در ترمودینامیک، مفهوم «آنتروپی»(Entropie) وجود دارد که به طور کلی معیاری پیرامون بی‌نظمی در یک سیستم است. قانون دوم ترمودینامیک به ما می‌گوید که آنتروپی سیستم‌های بسته فقط می‌تواند بالا برود. به عبارت دیگر، بی‌نظمی همیشه افزایش می‌یابد. سیستم‌های بسیار منظم مانند حیات می‌توانند روی زمین ایجاد شوند اما آنها به قیمت افزایش آنتروپی در خورشید به دست می‌آیند.

ما نمی‌توانیم به سادگی فرآیند تشکیل سیاه‌چاله را به صورت معکوس اجرا کنیم و یک سفیدچاله به‌ دست بیاوریم زیرا این امر باعث کاهش آنتروپی می‌شود. ستاره‌ها به طور معجزه‌آسا در اثر انفجارهای کیهانی بزرگ ظاهر نمی‌شوند. بنابراین، اگرچه نسبیت عام در مورد واقعیت سفیدچاله‌ها ناشناس است اما ترمودینامیک به این مفهوم یک «نه» محکم می‌گوید.

تنها راه برای تشکیل شدن یک سفیدچاله این است که فرآیند عجیبی در جهان اولیه وجود داشته باشد که وجود یک سفیدچاله را در تار و پود خود فضا-زمان ایجاد کند. بدین ترتیب، فرآیند تشکیل سفیدچاله می‌تواند مشکل کاهش آنتروپی را دور بزند. سفیدچاله به سادگی وجود دارد و از ابتدا وجود داشته است.

مشکل اینجاست که سفیدچاله‌ها به طور خارق‌العاده‌ای ناپایدار خواهند بود. آنها هنوز هم جاذبه دارند و مواد را به سمت خود می‌کشند اما هیچ چیز نمی‌تواند از افق رویداد عبور کند. به محض اینکه هر چیزی، حتی یک فوتون به سفیدچاله نزدیک شود، محکوم به فناست. اگر یک ذره به افق رویداد نزدیک شود، نمی‌تواند از آن عبور کند و انرژی سیستم سر به فلک می‌کشد. این ذره در نهایت آن قدر انرژی خواهد داشت که باعث فروپاشی سفیدچاله و تبدیل شدن آن به سیاهچاله شود و به وجود آن پایان دهد.

همان اندازه که سفیدچاله‌ها سرگرم‌کننده و جذاب هستند، به نظر نمی‌رسد که ویژگی‌های جهان واقعی باشند. گویی آنها فقط ارواحی در ریاضیات نسبیت عام هستند.