اگر به سیاهچاله سقوط کنیم چه می‌شود؟

باشگاه خبرنگاران جوان: تقریبا یک قرن است که اخترفیزیکدانان با این سؤال دست و پنجه نرم می‌کنند که اگر فردی در یک سیاهچاله بیفتد چه اتفاقی برای او خواهد افتاد. اگر «سیاه‌چاله» را در اینترنت جستجو کنید، حداقل یکی از نتایج برتر ادعا می‌کند که اگر فردی در یکی از آن‌ها بیفتد، مثلا فلان اتفاق خاص برایش رخ خواهد داد؛ اما برای صرفه جویی در وقت و مطالعه بی‌حاصل، پاسخ کوتاه، صادقانه اما شاید کم هیجان‌انگیزتر این است که هیچکس واقعا نمی‌داند. دانشمندان در مورد آنچه ممکن است اتفاق بیفتد، ایده‌های قابل قبولی دارند؛ با این حال برای درک آن‌ها، ابتدا باید برخی از مفاهیم اساسی در مورد سیاهچاله‌ها را درک کنید.

سیاهچاله‌ها چه هستند و چه چیزی آن‌ها را تا این حد عجیب می‌کند؟

اگر قلمی که در دست گرفته‌اید را به هوا پرتاب کنید، به سرعت پایین می‌آید اما مکان‌هایی در کیهان وجود دارد که این کشش تقریبا بی‌نهایت قوی‌تر از زمین است، آنقدر قوی که حتی نور هم نمی‌تواند از چنگ آن فرار کند: سیاهچاله‌ها را ببینید، این اجرام فضایی بسیار متراکم هستند، جایی که نیروی گرانش آنقدر قوی است که مطلقا هیچ چیز نمی‌تواند در برابر کشش آن مقاومت کند.

اگر خیلی به سیاهچاله نزدیک شویم، چه اتفاقی می‌افتد؟

در حال حاضر، زمین هر قسمتی از بدن شما که به سطح آن نزدیک‌تر است را کمی بیشتر به سمت خود می‌کشد. شما نمی‌توانید اثرات آن کشش که نیروی جزر و مدی نامیده می‌شود را احساس یا مشاهده کنید، زیرا نسبت به اندازه جهان، زمین آنقدرها هم بزرگ نیست. بنابراین، نیروی گرانش در برگشت آنقدر قوی نیست؛ اما از آنجایی که سیاهچاله‌ها بسیار سنگین‌تر هستند، نیروی جزر و مدی در آنجا بسیار قوی‌تر از روی زمین است. به گفته اخترشناسان اگر فضانوردی ابتدا به سمت پایین سیاه‌چاله بیفتد، کشش روی پاها بسیار قوی‌تر از کشش سر است، بنابراین در جهتی که می‌افتید، کشیده می‌شوید. اصطلاح واقعی اخترفیزیک برای این فرآیند بسیار ساده است: اسپاگت کردن.

پس از اسپاگت‌سازی، هر چیزی که وارد سیاه‌چاله شده است از جمله ستارگان، غبار، سیارات یا فضانوردان بداقبال، از یک مانع نامرئی به نام افق رویداد یا نقطه بی‌بازگشت عبور کرده است. 

رازهای سیاهچاله

گذشته از افق رویداد، چیزی وجود دارد که به عنوان تکینگی شناخته می‌شود: یک نقطه بی نهایت متراکم که در آن فضا و زمان به شکلی که ما می شناسیم در هم می‌پیچند و دیگر وجود ندارند. آن‌ها مناطق بسیار کوچکی در فضا-زمان هستند که مقدار تقریبا نامتناهی جرم در آن‌ها متمرکز می‌شود. به گفته آوی لوب، مدیر ابتکار سیاهچاله در دانشگاه هاروارد، در این شرایط، معادلاتی که اینشتین برای گرانش ایجاد کرد، شکسته می‌شود.

 تکینگی توسط مکانیک کوانتومی توضیح داده می‌شود. مشکل این است که نحوه رفتار ذرات در مکانیک کوانتومی با رفتار اجسام در نظریه نسبیت عام اینشتین بسیار متفاوت است، بنابراین، درون سیاهچاله یک تناقض است: مکانی که گرانش در آن بسیار قوی است، اما در عین حال تنها از طریق مکانیک کوانتومی قابل درک است. دانشمندان یک قرن است که به دنبال «نظریه همه چیز» هستند. در حال حاضر سیاهچاله‌ها نمایانگر بزرگترین پرسش‌های فیزیک هستند.

بسیاری از فرضیه‌های کنونی به گفته دانیل جافریس، استاد گرانش کوانتومی در هاروارد، از نظر ریاضی امکان‌پذیر هستند. اما این بدان معنا نیست که همه آن راه حل‌ها واقعا اتفاق می‌افتند. بنابراین به یاد داشته باشید: هر چیزی که فراتر از این نقطه بخوانید، ممکن است، اما لزوما درست نیست.

اگر وارد یک سیاهچاله شویم، آیا واقعا این پایان کار ماست؟

در فرم فیزیکی فعلی شما، بله. به معنای عمیق‌تر، هرچند، شاید نه. به لطف استیون هاوکینگ، ما می‌دانیم که سیاهچاله‌ها تشعشعات ساطع می‌کنند و باعث می‌شوند که به آرامی کوچک شوند تا زمانی که ناپدید شوند.

اما اگر سیاهچاله‌ها در نهایت ناپدید شوند، یک اصل مکانیک کوانتومی را نقض می‌کنند و آن این است: چیزی که ذرات یک فضانورد را از ذرات یک ستاره متمایز می‌کند، هرگز ناپدید نمی‌شود. اگر سیاه‌چاله‌ها سرانجام ناپدید شوند، اطلاعاتی که آن‌ها در طول میلیاردها سال زندگی بلعیده‌اند، به کجا می‌رود؟

دانیل جافریس و برخی دیگر معتقدند که اطلاعات از طریق آنچه به عنوان تشعشعات هاوکینگ شناخته می‌شود، می‌گریزند. در نزدیکی افق رویداد (آن نقطه نامرئی بدون بازگشت پس از اسپاگت‌سازی)، همه چیز بسیار سریع در حال حرکت و درجه حرارت و سطوح تشعشع بالا است. در آنجا، جرم به اساسی‌ترین حالت خود تجزیه می‌شود: ذرات کوانتومی. این ذرات فقط به صورت جفت وجود دارند، آن‌ها در سطح کوانتومی درهم هستند.

چه ایده های دیگری برای توضیح آنچه ممکن است در سیاهچاله اتفاق بیفتد وجود دارد؟

برخی از دانشمندان معتقدند که واقعیت سه بعدی که تنها راهی نیست که کیهان اطلاعات را ذخیره می‌کند. بر اساس نظریه آن‌ها، اگر چیزی در سیاهچاله بیفتد، هم می‌تواند در تکینگی (جایی که فضا و زمان تخریب می‌شود) منحرف شود و هم به عنوان تابش در افق رویداد بماند. از این منظر، افق رویداد یک سیاهچاله در واقع یک پوسته است، یک صفحه دو بعدی از کیهان که اطلاعات ظاهرا سه بعدی را ذخیره می‌کند.

دانشمندان برای توضیح این موضوع از تشبیه هولوگرام استفاده می کنند: هولوگرام‌ها نمایش سه بعدی اطلاعاتی هستند که فقط در دو بعد وجود دارند و در مقیاس بزرگ‌تر، این نظریه می‌تواند به این معنا باشد که ممکن است در «درون» چیزی وجود نداشته باشد: به عبارت دیگر، کل جهان می‌تواند یک هولوگرام باشد. این یک مفهوم آزاردهنده است، اما موارد عجیب‌تر هم وجود دارد؛

تئوری دیگری می‌گوید که در انتهای هر سیاهچاله ممکن است یک سفیدچاله وجود داشته باشد، جایی که هرگز نمی‌توانید وارد آن شوید و فقط از آن خارج می‌شوید. در یک سفیدچاله، زمان به عقب می‌چرخد و جرم نیست، دقیقا برعکس آن خواهد بود. این مکانی است که تخم‌ها ممکن است شکسته شوند، چیزی که دانشمندان هرگز در هیچ کجای کیهان ندیده‌اند اما در تئوری، می‌تواند به طور بالقوه اتفاق بیفتد.

برای برخی، هم نظریه سفیدچاله‌ها و هم اصل هولوگرافی برخی از ایده‌های اصلی انیشتین را نقض می‌کنند، مشکلی که راه‌حل‌های دیگر سیاه‌چاله‌ها مانند کرم‌چاله‌ها، مشترک است. 

پس آیا ما هرگز این را کشف خواهیم کرد؟

اخترفیزیکدانان در پاسخ به این سوال، می‌خندند و به این نکته اشاره می‌کنند که ممکن است هرگز نفهمیم یا ممکن است زمان زیادی طول بکشد. آوی لوب از هاروارد چنین پاسخ داد: «ما در صد سال نتوانستیم مکانیک کوانتومی و گرانش را یکی کنیم، بنابراین با تعمیم به آینده، فکر می‌کنم حداقل صدها سال طول می‌کشد».