سیاهچاله‌ها چیستند و از چه زمانی کشف شدند؟

0

هنوز چند ماه از ارائه نظریه نسبیت عام توسط اینشتین نگذشته بود که یک فیزیکدان آلمانی به نام کارل شوارتزشیلد برای نخستین بار موفق به یافتن یکی از پاسخ‌های دقیق معادله میدان اینشتین درنسبیت عام شد. این پاسخ مربوط به یک جرم کروی ایستا بود. محاسبات شوارتزشیلد نشان می‌داد چنانچه چنین جرمی را تا حد مشخصی فشرده کنیم، چگالی جرم و درنتیجه میزان انحنای فضا-زمان اطراف آن (یا به عبارتی، شدت میدان گرانشی آن) به حدی زیاد می‌شود که حتی نور هم نمی‌تواند از س طح آن بگریزد، گویی چالهای بی‌انتها در فضا-زمان پدید آمده که چون نوری از آن به بیرون نمی‌آید، تاریک است.

به همین دلیل این پدیده «سیاهچاله» نام گرفت. این حد مشخص فشردگی که به افتخار کارل شوارتزشیلد اصطلاحا «شعاع شوارتزشیلد» نامیده میشود -مستقیما با میزان جرم هر جسم متناسب است. به عنوان مثال شعاع شوارتزشیلد خورشید تقریبا سه کیلومتر است. بنابراین برای تبدیل خورشید به یک سیاهچاله کافی است آن را به حدی فشرده کنیم که شعاع آن از ۷۰۰ هزار کیلومتر به حدود سه کیلومتر کاهش یابد. به همین ترتیب شعاع شوارتزشیلد برای کره زمین تنها ۹ میلیمتر است. یعنی اگر به طریقی بتوانیم کل کره زمین را به اندازه یک فندق فشرده کنیم، زمین به یک سیاهچاله تبدیل خواهد شد.

اما نکته مهم دیگری هم در مورد شعاع شوارتزشیلد وجود دارد. در واقع فیزیکدان‌ها دریافته‌اند که اگر جسمی را تا حد شعاع شوارتزشیلد آن فشرده کنیم، چگالی و درنتیجه شدت میدان گرانشی آن به حدی افزایش می‌یابد که عملا دیگر هیچ نیرویی در جهان قادر به جلوگیری از فروپاشی کامل جسم مزبور به واسطه گرانش متقابل مابین ذرات آن نخواهد بود و بنابراین این جسم به طور کامل فروپاشیده و تمامی جرم آن در یک نقطه متمرکز خواهد شد. از آنجایی که چگالی جرمی این نقطه بینهایت زیاد است فیزیکدان‌ها این نقطه را اصطلاحا «نقطه تکینگی» نامیده‌اند. بدین ترتیب پاسخ شوارتزشیلد معادله میدان اینشتین نشان داد که سیاهچاله‌های ایستا دو ویژگی مهم دارند؛ اول آنکه تمامی جرم هر سیاهچاله ایستا به صورت نقطه‌ای در مرکز آن متمرکز است و دوم اینکه اگر از فاصله مشخصی – یعنی شعاع شوارتزشیلد سیاهچاله – به نقطه مرکزی آن سیاهچاله نزدیک‌تر شویم دیگر حتی نور هم امکان فرار از چنگال میدان گرانشی قدرتمند سیاهچاله را نخواهد داشت و بنابراین تمامی رویدادهای واقع شده در درون این حوزه فضا-زمانی برای همیشه از نگاه ما پنهان خواهند ماند (برای همین هم فیزیکدان‌ها این حوزه را اصطلاحا افق رویداد» سیاهچاله نامیده اند).

پس از کارل شوارتزشیلد تحقیق بر ویژگیهای سیاهچاله هاهمچنان ادامه یافت. چیزی نگذشت که فیزیکدانها احتمال وجود نوع دیگری از سیاهچاله‌ها یعنی سیاهچاله‌های باردار الکتریکی را هم مطرح کردند.

سرانجام در اوایل دهه ۱۳۴۰/ ۱۹۶۰ یک ریاضیدان و فیزیکدان نیوزیلندی به نام «روی کر» با کمک معادلات میدان اینشتین از وجود نوع سومی از سیاهچاله‌ها یعنی سیاهچاله‌های چرخان هم پرده برداشت؛ سیاهچاله‌هایی که به مراتب عجیب‌تر و شگفت‌انگیزتر از سیاهچالههای ایستا هستند. بدین ترتیب طی دهه‌های اخیر فیزیکدانها با ابعاد حیرت‌انگیزی از سیاهچاله‌ها آشنا شدند که تا پیش از آن حتی در تخیل آن‌ها هم نمی‌گنجید.

امروزه می‌دانیم که بدون شک س یاهچاله‌ها را باید یکی از شگفت‌انگیزترین و اسرار آمیزترین پدیده‌های کیهان محسوب کرد. آن‌ها با میدان گرانشی خارق العاده خود چنان تأثیرات حیرت‌انگیز و باورنکردنی را در فضا-زمان پیرامون خود ایجاد می‌کنند که برخی از آن‌ها را تا پیش از این صرفا در افسانه‌ها و اسطوره‌ها شنیده بودیم. تبدیل بعد زمان به بعد مکان، نشان دادن وقایع آینده جهان مانند یک جام جهان نمای کیهانی و گشودن دریچه‌ای به سوی جهان‌های دیگر تنها چند نمونه از قابلیتهای عجیب وغریب سیاهچاله هاهستند. هرچند اکنون تنها چند دهه از آشنایی جدی بشربا سیاهچاله‌ها می‌گذرد – که این زمان نسبت به قدمت چندین هزار ساله دانش اخترشناسی بسیار کوتاه است – اما طی همین مدت نسبتا کوتاه، سیاهچاله‌ها به یکی از مهم‌ترین موضوعات پژوهشی در عرصه فیزیک و اخترفیزیک تبدیل شده‌اند. آری، این پدیده‌های اسرار آمیز با ویژگیهای حیرت‌انگیز خود، توان ذهنی بزرگ‌ترین فیزیکدان‌های جهان را همچنان به چالش می‌کشند.


   

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.