انسان از سه قرن پیش به سیاهچاله ها می اندیشید/ تولد نور از میان هیچ!

​

اولف لئونهارت استاد فیزیک نظری دانشگاه سنت اندروز در مصاحبه با نشریه ایندیپندنت درباره سیاهچاله ها، تابشهای هاوکینگی و تولد نور از میان هیچ اطلاعات متنوعی ارائه کرده است.

اولف لئونهارت از دانشگاه سنت آندروز معتقد است معماهایی که درباره سیاهچاله ها وجود دارند، به این زودی ها پاسخی نخواهند داشت زیرا شرایط آزمایشگاهی مناسب برای شبیه سازی این معماها وجود ندارد.

● ایندیپندنت: اولین افرادی که درباره سیاهچاله ها اندیشیده اند چه کسانی بودند؟

▪ اولف لئونهارت: در قرن ۱۸ میلادی "پیر-سیمون لاپلاس" ریاضیدانی بود که برای اولین بار درباره تاثیرات گسترده اجرام کیهانی که بر روی محیط اطرافی خود نیروی گرانشی وارد می کنند به صحبت پرداخت. وی فرضیه سرعت گریز، سرعت مورد نیاز برای اجرام کیهانی تا بتوانند بر نیروهای گرانشی اطراف غلبه کرده و از ستاره ها یا سیاره ها دور شوند را مورد مطالعه قرار داد.

به گفته وی نیروی کشش گرانشی در صورتی که توسط جرمی بسیار متراکم به وجود آید می تواند بسیار شدید باشد، قدرتی که حتی نور هم توان فرار از آن را ندارد و این ستاره های تاریک مدلهای اولیه سیاهچاله ها بودند.

با آغاز قرن بیستم و انتشار نظریه نسبیت عمومی آلبرت انیشتین دانشمندان دریافتند حرکت اجسام در سرعتی بالاتر از سرعت نور امکانپذیر نیست.

از دیگر افراد تاثیرگذار در نظریه سیاهچاله ها رابرت اوپنهایمر آمریکایی است که بیشتر به خاطر نقشی که در هدایت پروژه منهتن داشت به شهرت رسیده است، پروژه ای که در نهایت به ساخته شدن اولین بمب اتمی جهان منجر شد، قبل از ورود به حوزه علوم نظامی در زمینه کیهان شناسی مطالعه می کرد و دریافته بود در صورتی که ستاره ها به شدت سنگین شده و به پایان عمر خود برسند، منفجر شده و سیاهچاله ها را به وجود می آورند.

● سیاهچاله ها واقعا سیاه هستند؟

▪ خوب بر اساس نظریه فیزیکدان نظری مشهور استفان هاوکینگ، نه واقعا. در دهه ۱۹۷۰ وی دریافت که سیاهچاله ها تحت شرایط خاصی از خود پرتوهایی می تابانند.

استدلال وی بسیار پیچیده است اما به طور کلی وی معتقد است هرچه یک سیاهچاله کوچکتر می شود، داغتر نیز می شود. سیاهچاله های داغ عمر کوتاهی دارند و قبل از ناپدید شدن پرتوهایی را به اطراف ساطع می کنند.

مکانیک کوانتوم نشان داده است که ذراتی از ماده و ضد ماده در سرتاسر جهان به صورت ثابت در حال به وجود آمدن و نابود شدن هستند و به دلیل اینکه حضور همزمان هر دو ذره تاثیر آنها را خنثی می کند، این رویداد هیچ تاثیری بر جهان ندارد.

با این همه در یک سیاهچاله یکی از این دو ذره به شکل پرتو مجال فرار پیدا کرده و دیگری توسط نیروهای قدرتمند گرانشی سیاهچاله به دام می افتند. پدیده ای به نام تابشهای هاوکینگی.

بخشی از سیاهچاله که این رویداد در آن رخ می دهد افق رویداد نام دارد، بخشی که به شدت مورد توجه دانشمندان قرار دارد زیرا این نقطه ای است که در آن مکانیک کوانتوم که بر روی ذرات بسیار کوچک تاثیر دارد با نسبیت عمومی که بر سرعت نور متمرکز است برخورد می کند.

● آیا تا به حال این پدیده به اثبات رسیده است؟

▪ خیر. فرضیه هاوکینگ بسیار نظری بود زیرا امکان شبیه سازی سرعت نور و جرم مورد نیاز برای بازسازی این پدیده در آزمایشگاه ها وجود ندارد. اما به تازگی "دانیلیه فاچیو" از دانشگاه هریوت-وات در ادینبرگ و "فرانچسکو بلجیورنو" از دانشگاه میلان روشی را برای شبیه سازی شرایط سیاهچاله ها در محیط آزمایشگاهی به وجود آورده اند.

آنها پالسهای کوتاه پرتوهای فروسرخ با طول موج هزار و ۵۵ نانومتر را بر روی قطعه ای شیشه ای متمرکز کردند. به خاطر قدرت بالای این پرتوها ویژگی های شیشه موقتا تغییر کرد. به صورت خاص می توان به تغییر و افزایش یافتن ضریب شکست نور در شیشه اشاره کرد.

در نتیجه نقطه محرکی از ضریب شکست بسیار بالا که به تپه ای فیزیکی شباهت داشته، به وجود آمد که عملکردی مانند افق رویداد داشته است. نور از بخش پشتی وارد این تپه شده و با بالا رفتن از آن سرعتش کاهش پیدا کرده و قدرت عبور از میان آن را ندارد.

آزمایش این دو دانشمند نشان می دهد چنین محیطهایی که در آن ذرات جدید نوری به وجود می آیند با ویژگی های تابشهای هاوکینگی همخوانی دارند.

● این کشف جدید چه قطعه ای به پازل علم سیاهچاله ها خواهد افزود؟

▪ این تاثیرگذارترین آزمایشی بوده که در آن تابشهای سیاهچاله ای به اثبات رسیده اند، شکلی از نور که از هیچ تابیده می شود.

با این حال همه آمادگی پذیرفتن بازتاب این آزمایش را ندارند زیرا آزمایشهای بسیاری باید انجام گیرد تا پاسخ نهایی معمای سیاهچاله ها و تابشهایشان تعیین شود.

آدام هلفر از دانشگاه میسوری معتقد است عبارت تابشهای هاوکینگی بهترین گزینه برای سیاهچاله هایی خاص با میدان گرانشی عظیم به شمار می رود و میان این دو تشابه هایی وجود دارد، اما آزمایشهای لابراتواری به همان اندازه که جالب توجه هستند، از قدرت یافتن پاسخ معماهای بزرگی که در زمینه سیاهچاله ها وجود دارد را نخواهند داشت.