سیاهچاله بزرگ به نام عالم؛ امروزه کیهان شناسان در آستانه پاسخ به این پرسش قدیمی فلاسفه قرار دارند: از کجا آمده ایم و به کجا میرویم؟!
حتی بسیاری از مردم عادی نیز با اصطلاح (انفجار بزرگ) آشنا هستند.
این اصطلاح در واقع تولد عالم را از یک گوی آتشین درحدود 15 میلیارد سال پیش، توصیف میکند. ولی حتی برخی از دانشمندان نیز از ایده های جدید کیهان شناسی که تولد جهان هستی را به سرانجام آن پیوند میزند، مطلع نیستند.
این ایده ها تعریف کاملی را ارائه میدهند که به یمن پیوند بین دو دستاورد عظیم فیزیک در قرن بیستم، یعنی نسبیت عام و نظریه کوانتومی حاصل شده است.
در این زمینه پژوهشگرانی چون جایانت نارکیلاز از هندوستان و جیم هارتل از کالیفرنیای آمریکا و نیز چندین متخصص شوروی کار کرده اند.
ولی کسی که بیش از همه نامش با این نظریه پیوند خورده استیفن هاوکینگ از دانشگاه کیمبریج انگلستان است.
استیون هاوکینگ چرا اینقدر معروف شد؟
هاوکینگ به عنوان نویسنده یکی از پرفروشترین کتاب های مربوط به ماهیت زمان شهرت دارد. (تاریخچه زمان) از انفجار بزرگ تا سیاهچاله، نوشته استیفن هاوکینگ.
ترجمه فارسی این کتاب توسط محمد رضا محجوب، از سوی شرکت سهامی انتشارات در بهار 1369 چاپ شده است. او به خاطر ابتلا به یک بیماری معلولیت زا که باعث شده تا همه عمرش را روی صندلی چرخ دار بگذراند مشهور است.
او به سختی میتوانست کلماتش را ادا کند و تنها با استفاده از یکی از دست هایش که کامپیوتر کوچکی را با آن هدایت میکند، میتوانست با دیگران ارتباط برقرار کند.
ولی مدت ها قبل از اینکه هاوکینگ در میان مردم چنین شهرتی را کسب کند، از سوی همقطاران دانشمندش به عنوان یکی از اصیل ترین و توانا ترین متفکران نسل خود شناخته شده بود.
طی 20 سال، مطالعات او در حل این معما متمرکز شده است که در یک تکینگی چه بر سر ماده می آید.
تکینگی نقطه ای است که چگالی آن بینهایت و حجمش صفراست، واین طبق نظریه نسبیت همان مرکز و کانون سیاهچاله یا نقطه آغاز عالم است.
درواقع، خود عالم با همان معادلاتی توصیف میشود که یک سیاهچاله را توصیف میکنند.
سیاهچاله منطقه است که در آن چنان تراکمی از ماده وجود دارد که نیروی گرانش قدرتمند حاصل از آن باعث میشود تا حتی نور هم نتواند از سطح آن بگریزد.
هیچ چیز از درون سیاهچاله نمیتواند بر جهان خارج اثر بگذارد ولی اجسام خارجی ممکن است به درون آن سقوط کنند.
چنین سیاهچاله ای زمانی به وجود می آید که ستاره ای بزرگتر از خورشید به پایان حیاتش برسد و به درون خود فرو ریزد و متراکم شود.
معادلات نسبیت عام نشان میدهند که هر ستاره ای که به سیاهچاله تبدیل میشود، درواقع، کاملا به یک تکینگی فرو میریزد یا به عبارت دیگر میرمبد.
دانشمندان به تکینگی ها و معادلاتی که شامل بینهایت ها باشند با سوءظن مینگرند.
معمولا آنها هر علامتی از وجود تکینگی و بینهایت را به عنوان نشانه ای از وجود اشکال و نادرستی در معادلات قلمداد میکنند.
ولی نسبیت عام همه آزمون ها را یکی پس از دیگری با موفقیت پشت سر میگذارد و از آنجا که تکینگی های پیش بینی شده در معادلات آن تنها در کانون سیاهچاله ها، یعنی جایی که هرگز نمیتوان دید، وجود دارند، این عقیده با اکراه پذیرفته شده است.
بیش از 50 سال پیش، هاوکینگ ثابت کرد که همان معادلاتی که تشکیل تکینگی از ستاره های در حال رمبش را الزامی می دانند، تولد جهان در حال انبساط را نیز از یک تکینگی لازم می شمارند.
تغییر جهت زمان:
میدانیم که جهان در حال انبساط است، زیرا مشاهده شده که کهکشان های دور دست با سرعتی متناسب با فاصله شان در حال دور شدن از ما هستند، این بدان معنا نیست که کهکشان ما در مرکز عالم قرار دارد، زیرا از هر نقطه ای در درون عالمی که به طور یکنواخت در حال انبساط باشد، چنین سرعت گریزی متناسب با فاصله از آن نقطه مشاهده می شود.
این کشف که به دهه 1920 بر می گردد، یکی از اجزای اصلی مفهوم (انفجار بزرگ) است. طبق این مفهوم جهان در حالت فوق العاده متراکم و فوق العاده داغی قرار داشته و حدود 15 میلیارد سال از آغاز انبساط آن می گذرد.
کافی است تصور کنیم که این انبساط معکوس شود. آن وقت روشن میشود که مدت ها پیش کهکشان ها به یکدیگر نزدیکتر بودند، وحتی مدت ها پیش از آن همه ستاره های کل کهکشان ها باید در یک توده آتشین به هم پیوسته باشند.
ولی هیچ کس به طور جدی این نظر را مطرح نکرد که عقبگرد انبساط عالم میتواند به یک تکینگی منتهی شود، تا اینکه هاوکینگ ثابت کرد که با تغییر جهت زمان در معادلاتی که توصیف کننده فرو ریزش ستاره ها و تشکیل تکینگی هستند، معادلاتی به دست می آیند که مستلزم انبساط عالم از یک تکینگی هستند.
بر خلاف تکینگی سیاهچاله ها، تکینگی موجود در آغاز پیدایش عالم به یک معنی قابل مشاهده است. ولی از آنجا که این نقطه از حیث زمان 15 میلیارد سال با ما فاصله دارد، فیزیک دان ها چندان نگران این نقیصه در معادلاتشان نبودند، ولی چیزبدتری در انتظارشان بود.
سیاهچاله ها:
در سالهای دهه 1970 هاوکینگ به مطالعه خود سیاهچاله ها پرداخت. او دریافت که بین توصیف سیاهچاله بر حسب نسبیت عام اینشتین با توصیف آن بر حسب ترمودینامیک و نظریه کوانتومی رابطه عمیقی وجود دارد. با این کار او عظیم ترین پیشرفت های علم فیزیک در قرن 20 را با بزرگترین دستاورد های فیزیک قرن 19 پیوند زد.
حاصل کار نمایان شدن تکینگی های درون سیاهچاله ها در برابر جهان خارج از آن بود.
قضیه از این قرار است:
هر سیاهچاله لبه تیزی دارد که افق رویداد خوانده می شود. هر چیزی که در داخل افق رویداد قرار داشته باشد، در دامش اسیر است و هرگز نمی تواند فرار کند.
هر ذره ای که در خارج از این افق قرار دارد اگر سرعت کافی داشته باشد از چنگ نیروی جاذبه سیاهچاله فرار میکند.
مساحت سطح سیاهچاله ها یعنی مساحت افق رویداد، نشان گر اندازه سیاهچاله است و البته با مقدار جرمی که در درون آن سیاهچاله موجود است، رابطه دارد طرح نظریه کوانتومی در این قضیه به خاطر خاصیتی است به نام (عدم قطعیت) که قلب جهان کوانتومی است.
در این جهان، عدم قطعیت معنای بسیار دقیقی دارد.
فیزیک کوانتومی به مطالعه ذراتی چون الکترون می پردازد که مقیاسی کوچکتر از اتم دارند. در چنین مقیاسی، هیچ چیز قطعی نیست. به عنوان مثال، یک ذره کوانتومی نمیتواند به طور همزمان هم مختصات دقیق معین و هم اندازه حرکت دقیق معین داشته باشد.
به زبان ساده تر یک ذره یا میداند در کجا قرار دارد و یا اینکه به کجا میرود، ولی دانستن هردو اینها به طور همزمان ممکن نیست.
لبه عالم:
هاوکینگ میگوید که 4 بعد عالم سه بعد فضایی و یک بعد زمانی مثل سطح دو بعدی زمین هستند. سطح زمین بسته است به این معنی که هیچ لبه ای وجود ندارد که از آن بی افتیم یعنی سطح زمین مرز ندارد گر چه از نظر مساحت محدود است.
جهان از کجا آمده و به کجا میرود؟!؟
آنچه گفته شد مبتنی است بر نحوانبار شدن انرژی در یک میدان گرانشی. از آنجا که جرم انرژی یک ذره همیشه مثبت است، انرژی میدان جاذبه همواره منفی است.
به این ترتیب جهان ما ممکن است به منزله حباب کوچکی در فضا_ زمان متولد شده باشد.
به این ترتیب کیهان شناسان تعریف کاملی از اینکه جهان ما از کجا می آید و به کجا می رود ارائه می دهند. در واقع ما درون یک سیاهچاله غول آسا زندگی میکنیم که شامل کل کائنات می شود.
این جهان که از میان عدم مطلق متولد شده، به عنوان یک افت و خیز کوانتومی خلابه مدت 15 میلیارد سال در حال انبساط بوده ولی آهنگ این انبساط دائما رو به کاهش است.
احتمالا در آینده ای دور که به 10 ها میلیارد سال نمیرسد نیروی جاذبه به طور اجتناب ناپذیری این انبساط را متوقف و سپس آن را معکوس خواهد کرد.
در این مدت تاثیرات این روند بر ستاره ها، سیارات، وهر شکلی از حیات پیرامون ما کمتر از آن خواهد بود که موجب نگرانی باشد. ولی نهایتا همه کهکشان ها به یکدیگر خواهند پیوست.
ستارگان با یکدیگر تصادم خواهند کرد، و به صورت توده بی شکل نامنظمی در خواهند آمد، و سرانجام عالم از میان خواهد رفت و مانند هر نوسان دیگری از خلا نابود خواهد شد کسانی هم که از فانی بودن جهان دلتنگ میشوند، اگر بدانند که جهان های دیگری نیز باید در لایتناهی فضا_زمان وجود داشته باشند که بعضی قبل از ما بوده اند، بعضی بعد از ما می آیند، و بعضی هم به یک معنا در کنار ما به حیات خود ادامه میدهند، مایه آرامش خاطرشان خواهد بود.