فرضیه‌ای جسورانه: سیاه‌چاله‌ها ممکن است ماده و زمان را از طریق سفیدچاله‌ها پس بفرستند

بر اساس یک مقاله‌ی جدید که کاملاً نظری است، این اجرام فرضی ممکن است از نوعی “بازگشت کوانتومی” در مرکز یک سیاهچاله ایجاد شوند و نه‌تنها ماده، بلکه خود زمان را از اعماق آن بیرون بریزند.

زمان، درواقع، جوهره‌ی اصلی مشکل سیاهچاله‌هاست. در نقطه‌ای از درون آن‌ها، جریان متوقف می‌شود و همراه با آن، هرگونه اطلاعاتی که حمل می‌کرد نیز از بین می‌رود. این امر یکی از قوانین اساسی فیزیک کوانتومی را نقض می‌کند و پژوهشگران این مطالعه‌ی جدید را وادار کرده است که در تعریف مفهوم زمان بازنگری کنند.

استفن گیلن، فیزیک‌دان دانشگاه شفیلد بریتانیا، می‌گوید:
“در حالی که به‌طور کلی زمان را امری نسبی و وابسته به ناظر می‌دانند، در پژوهش ما، زمان از انرژی تاریک اسرارآمیزی که سراسر جهان را در بر گرفته، مشتق می‌شود.”

او توضیح می‌دهد:
“ما پیشنهاد می‌کنیم که زمان با انرژی تاریکی که در همه‌جا حضور دارد و مسئول انبساط کنونی جهان است، اندازه‌گیری شود. این ایده‌ی محوری جدیدی است که به ما امکان می‌دهد پدیده‌های درون یک سیاهچاله را درک کنیم.”

سیاهچاله‌ها، عجیب‌ترین اجرام کیهانی

سیاهچاله‌ها از شگفت‌انگیزترین پدیده‌های جهان هستند. آن‌ها مناطقی از فضا-زمان‌اند که در آن، ماده به چنان چگالی فوق‌العاده‌ای می‌رسد که بهترین توصیف ریاضی برای آن‌ها یک تکینگی (نقطه‌ی یک‌بعدی با چگالی بی‌نهایت) است.

برخی از سیاهچاله‌ها از هسته‌های فروپاشیده‌ی ستارگان پرجرم در حال مرگ شکل می‌گیرند. زمانی که این ستارگان دیگر نتوانند فشار بیرونی حاصل از همجوشی هسته‌ای را حفظ کنند، تحت گرانش خود فرو می‌ریزند و ناحیه‌ای ایجاد می‌کنند که چنان چگال است که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن بگریزد. این بدان معناست که هر چیزی که بیش‌ازحد به سیاهچاله نزدیک شود، از افق رویداد آن عبور کرده و دیگر هرگز بازنمی‌گردد.

یا شاید هم برگردد؟ اگر سیاهچاله‌های سفید وجود داشته باشند، اوضاع فرق خواهد کرد.

سیاهچاله سفید چیست؟

همان‌طور که از نامش پیداست، یک سیاهچاله سفید دقیقاً برعکس یک سیاهچاله است: تکینگی‌ای که به‌جای بلعیدن ماده، آن را با شدت بیرون می‌ریزد.

تا به امروز، هیچ مدرکی مبنی بر وجود سیاهچاله‌های سفید در جهان یافت نشده است؛ اما گیلن و همکارش لوسیا مندز-پیدال از دانشگاه مادرید نشان داده‌اند که، حداقل روی کاغذ، یک سیاهچاله می‌تواند به سیاهچاله سفید تبدیل شود.

آن‌ها محاسبات خود را بر پایه‌ی یک مدل ریاضی از سیاهچاله به نام سیاهچاله‌ی تخت انجام دادند که در فضایی خاص به نام “فضای ضد دسیتر” توصیف می‌شود. این مدل نسخه‌ای ساده‌شده از یک سیاهچاله‌ی واقعی است که در فضایی با انحنای منفی تعریف شده و برخلاف فضای سه‌بعدی واقعی، فقط در دو بعد توصیف می‌شود.

مکانیک کوانتومی و سیاهچاله‌ها

سپس، آن‌ها مکانیک کوانتومی را برای بررسی تکینگی سیاهچاله به کار بردند.

گیلن توضیح می‌دهد:
“مدت‌هاست این پرسش مطرح بوده که آیا مکانیک کوانتومی می‌تواند درک ما از سیاهچاله‌ها را تغییر دهد و ماهیت واقعی آن‌ها را آشکار کند؟ در مکانیک کوانتومی، زمان هرگز متوقف نمی‌شود، زیرا سیستم‌ها به‌طور دائمی در حال تغییر و تحول‌اند.”

در نظریه‌ی نسبیت عام، میدان گرانشی اطراف تکینگی بی‌نهایت قوی است و تأثیرات آن، هم در چارچوب نسبیت و هم در فیزیک کوانتومی، به‌درستی درک نشده‌اند. اما با بازبینی برخی از فرضیات پایه‌ای، شاید بتوان راهی پیدا کرد که این تکینگی ناممکن را به چیزی قابل‌فهم‌تر تبدیل کرد.

گذر از سیاهچاله به سیاهچاله سفید

گیلن و مندز-پیدال دریافتند که به‌جای یک تکینگی، در مرکز سیاهچاله ناحیه‌ای وجود دارد که در آن، نوسانات کوانتومی شدیدی رخ می‌دهند؛ یعنی تغییراتی در انرژی فضا-زمان.

بر اساس مدل آن‌ها، سیاهچاله به سیاهچاله سفید تبدیل می‌شود، و تکینگی و افق‌های آن، به مناطقی تبدیل می‌شوند که در آن، نوسانات شدید کوانتومی وجود دارد. در اینجا، زمان نه‌تنها به پایان نمی‌رسد، بلکه دچار “بازگشت” می‌شود و اطلاعات را با خود حمل می‌کند.

آیا این ایده جدید است؟

این مفهوم کاملاً جدید نیست؛ پیش‌تر نیز دانشمندان این احتمال را مطرح کرده بودند که شاید در سوی دیگر سیاهچاله‌ها، نوعی “پژواک کوانتومی” وجود داشته باشد. اما بازنگری در خود مفهوم زمان می‌تواند دیدگاه تازه‌ای درباره‌ی معمای تکینگی‌ها ارائه دهد.

البته، همچنان پرسش‌های زیادی درباره‌ی سیاهچاله‌های سفید وجود دارد و دلایل محکمی در دست است که نشان می‌دهد شاید جهان قادر به تولید آن‌ها نباشد. این پژوهش صرفاً یک کار نظری است و هدف آن، اثبات وجود سیاهچاله‌های سفید نیست؛ بلکه تلاشی برای درک بهتر نحوه‌ی عملکرد سیاهچاله‌هاست.

افزون بر این، فیزیک‌دانان در پی آن هستند که دریابند چگونه دو چارچوب کاملاً متفاوت و به‌ظاهر ناسازگار – نسبیت عام و مکانیک کوانتومی – می‌توانند در کنار هم در یک جهان فیزیکی وجود داشته باشند. پژوهش‌هایی از این دست، گامی در مسیر حل این معمای پیچیده هستند.

و درنهایت… یک ایده‌ی جذاب!

“از نظر نظری، می‌توان ناظری فرضی را تصور کرد که از درون یک سیاهچاله عبور کند، از آنچه ما به‌عنوان تکینگی می‌شناسیم بگذرد و از طرف دیگر، درون یک سیاهچاله سفید ظاهر شود.”

این پژوهش در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شده است.