تا به حال تصور کردهاید اگر یک سیاهچالهی فوقالعاده کوچک درست از میان بدن شما تونل بزند، چه بلایی بر سرتان میآید؟ فیزیکدانان سالها این سؤال را بیشتر شبیه یک شوخی علمی، یک خیال آخرالزمانی یا یک موضوع جذاب برای داستانهای علمی–تخیلی میدانستند. اما اکنون پاسخهایی دقیقتر، مبتنی بر محاسبات واقعی فیزیکی به دست آمده است؛ پاسخهایی که برخلاف تصور عمومی، نهتنها وحشتناک نیستند، بلکه تعجبآورانه کمخطر هم هستند—البته تا زمانی که جرم سیاهچاله در محدودهای خاص قرار گیرد.
روبرت شرر (Robert Scherrer)، فیزیکدان دانشگاه وندربیلت آمریکا، در پژوهشی جدید بررسی کرده است که اگر یک سیاهچالهٔ اولیه با جرم بسیار کم از بدن انسان عبور کند، چه نوع آسیبی ایجاد میشود. نتیجه؟ آسیب ناشی از این پدیده کمتر از برخورد یک گلولهٔ کالیبر ۲۲ است.
باورکردنی نیست، اما این محاسبات علمی است نه یک حدس تخیلی.
چرا اصلاً چنین سؤال عجیبی مطرح میشود؟
در سالهای اخیر، با ثبت امواج گرانشی حاصل از ادغام سیاهچالهها و همچنین تصویربرداری مستقیم از سایهٔ سیاهچاله، دوباره بحث سیاهچالههای اولیه (Primordial Black Holes) مطرح شده است. این اجرام فرضی میتوانند در نخستین لحظات پس از انفجار بزرگ شکل گرفته باشند؛ زمانی که نوسانات چگالی در جهان اولیه بسیار شدید بود.
این سیاهچالهها اگر وجود داشته باشند، ممکن است بخشی از مادهٔ تاریک را تشکیل دهند؛ مادهای که نمیبینیم اما اثر گرانشی آن را بهخوبی حس میکنیم.
چون اندازهٔ این سیاهچالهها میتواند بسیار کوچک باشد—به اندازهٔ یک اتم یا حتی کوچکتر—این سؤال بهطور طبیعی پیش میآید:
- احتمال برخورد چنین جرم کوچکی با بدن انسان چقدر است؟
- اگر برخورد کند، آیا ما را میکشد؟
- آیا بدن ما را میبلعد؟
- آیا مثل فیلمها و داستانها، بدن را میکشد و به درون خودش میکشد؟
شرر این پرسشها را جدی گرفت. او میگوید جرقهٔ اولیهٔ این پژوهش از یک داستان علمیتخیلی در دههٔ ۱۹۷۰ زده شد که در آن شخصیتی با عبور یک سیاهچاله از بدنش میمیرد. او میخواست بداند آیا چنین چیزی واقعاً ممکن است؟
جرمِ مرگبار: سیاهچالهای با ۱۴۰ میلیارد تن جرم
شرر محاسباتی دقیق انجام داد و مقدار جرمی را یافت که یک سیاهچاله باید داشته باشد تا هنگام عبور از بدن، آسیبی جدی وارد کند. این مقدار جرم حدود:
۱۴۰ کوادریلیون گرم = ۱۴۰ میلیارد تن
است. این عدد چهقدر بزرگ است؟
- تقریباً هفت برابر جرم سیارک Toutatis
- صدها هزار برابر جرم یک کوه بزرگ
- اما همهٔ این جرم در فضایی بسیار کوچک فشرده شده است
چگونه کوچک؟
قطر شوارتزشیلد آن حدود ۰٫۴ پیکومتر است.
برای مقایسه:
- قطر یک اتم هیدروژن ≈ ۱۰۶ پیکومتر
- یعنی این سیاهچاله:
۲۶۰ برابر کوچکتر از یک اتم هیدروژن است
پس چیزی با جرم یک سیارک، اما کوچکتر از یک میلیاردیم قطر موی انسان، میتواند از بدن شما رد شود بدون آنکه اصلاً دیده شود.
اگر این سیاهچاله از بدن عبور کند چه میشود؟
۱. برخورد مستقیم؟ تقریباً هیچ!
سیاهچالهٔ کوچک وقتی از بدن عبور میکند، تقریباً با هیچ چیزی برخورد نمیکند. اندازهاش آنقدر کوچک است که احتمال برخورد مستقیم با یک هستهٔ اتم یا الکترون بسیار ناچیز است.
بنابراین، برخلاف تصور، این جرم ناچیز:
- با بافتها
- با مولکولها
- با سلولها
تقریباً هیچ تماس فیزیکی مستقیمی ندارد.
۲. اما سرعتش مرگبار است
اگر چنین سیاهچالهای در فضا حرکت کند، معمولاً با سرعت حدود ۲۰۰ کیلومتر بر ثانیه حرکت میکند.
این سرعت:
- بسیار بیشتر از سرعت گلوله
- بسیار بیشتر از سرعت شهابسنگهایی که وارد جو میشوند
- بسیار بیشتر از سرعت صوت (≈ ۰٫۳ کیلومتر بر ثانیه)
است.
این یعنی سیاهچاله در بدن شما یک شوک موجی (shock wave) ایجاد میکند. این موج چیزی شبیه موج بالستیک گلوله است؛ موجی که بافتها را میدرد و از هم جدا میکند.
با این حال شرر نشان داد که شدت این موج کمتر از موج ناشی از یک گلولهٔ کالیبر ۲۲ است.
یعنی:
بدترین اثر سیاهچاله، کمتر از شلیک یک گلولهٔ کوچک است.
۳. نیروی کشندی و «اسپاگتی شدن» بدن
یکی از مشهورترین آثار سیاهچالهها «اسپاگتی شدن» یا Spaghettification است؛ یعنی وقتی جسمی نزدیک سیاهچاله میشود، گرانش بخش نزدیک بدن شدیدتر از بخش دور بدن است و این اختلاف، جسم را میکشد و میکِشد تا مثل اسپاگتی باریک و کشیده شود.
اما آیا چنین چیزی در بدن انسان رخ میدهد؟
برای آنکه نیروی کشندی سیاهچاله بتواند بخشهایی از بافت انسان—حتی حساسترین بخش مثل بافت مغز—را بدرد، جرم سیاهچاله باید حداقل:
۷ کوینتیلیون گرم = ۷ تریلیون تن
باشد.
این جرم برابر با:
جرم سیارک Iris
است.
یعنی برای آنکه کشش گرانشی آن خطرناک باشد، باید جرمش چندین برابر بیشتر از جرم لازم برای ایجاد شوک بالستیک باشد.
و جالبتر اینکه:
حتی اگر گرانشش خطرناک باشد، شوک بالستیک ناشی از سرعت آن احتمالاً پیش از گرانش، آسیب اصلی را وارد میکند.
پس گرانش سیاهچاله در این مقیاس ضعیفتر از نیروهای مولکولی بافت بدن است. یادمان نرود که ما روی زمینی زندگی میکنیم که جرمش ۶ سپتلیون تن است—با این حال بدن ما پاره نمیشود.
۴. آیا سیاهچاله بدن را میبلعد؟
این تصور که سیاهچاله بدن انسان را مثل یک گرداب مکیده و نابود میکند، کاملاً نادرست است. چنین سیاهچالهٔ کوچکی:
- تقریباً با هیچ مادهای برخورد نمیکند.
- حتی اگر مادّه جذب کند، جرمش آنقدر کم است که بدن را نمیبلعد.
- مدت زمان تعاملش با بدن چند میلیونیم ثانیه است.
- فرصت ندارد چیزی را بخورد!
در واقع:
این سیاهچاله فقط وارد میشود، یک موج شوک ایجاد میکند و از طرف دیگر بدن خارج میشود.
به همین سادگی.
۵. این برخورد چقدر محتمل است؟
دلگیر نشوید. از نظر شرر، احتمال برخورد یک سیاهچالهٔ اولیه با یک انسان تقریباً:
یک بار در هر ۱۰^۱۸ سال
است.
بله، ۱ کوینتیلیون سال.
این مقدار:
- ۷۲ میلیون برابر طول عمر فعلی جهان (۱۳٫۸ میلیارد سال)
- میلیاردها برابر عمر انواع تمدنهای ممکن
- حتی فراتر از طول عمر احتمالی خود جهان
است.
یعنی:
احتمال برخورد تقریباً صفر است.
به بیان سادهتر، شرر میگوید:
- شاید این سیاهچالهها اصلاً وجود نداشته باشند.
- حتی اگر وجود داشته باشند، تراکمشان بسیار کم است.
- حتی اگر از نزدیکی ما عبور کنند، احتمال برخوردشان با بدن انسان بسیار ناچیز است.
پس اگر یک سیاهچالهٔ کوچک از بدن من رد شود
با جمعبندی پژوهش:
- اگر جرمش خیلی کم باشد:
اصلاً متوجهش نمیشوید. - اگر جرم متوسط باشد:
یک شوک موجی ایجاد میکند و آسیبی کمتر از یک گلولهٔ کوچک وارد میکند. - اگر جرم بسیار زیاد باشد:
تیدال فورس (کشش گرانشی) اثر میگذارد، اما در این حالت قبل از هر چیز موج بالستیک ناشی از سرعت بالا، بدن را شدیداً زخمی میکند. - اگر خیلی خیلی بزرگ باشد:
دیگر یک سیاهچالهٔ اولیه نیست—یک جرم نجومی است، و آنوقت دیگر نیازی به بحث دربارهٔ زندهبودن شما نیست.
آیا این موضوع باید ما را نگران کند؟
نه.
نه حالا، نه ۱۰ هزار سال بعد، نه حتی یک میلیون سال دیگر.
حتی اگر تمدن انسان صدها میلیارد سال دوام بیاورد، باز هم احتمال برخورد با یک سیاهچالهٔ اولیه تقریباً صفر است.
به قول شرر:
«سیاهچالههای اولیه از نظر تئوری ممکناند، اما شاید اصلاً وجود نداشته باشند.
اگر به اندازهٔ یک سیارک باشند، مثل شلیک گلوله عمل میکنند و میتوانند بکشند.
اما اگر کوچکتر باشند، میتوانند از بدن عبور کنند بدون اینکه حتی متوجه شوید.
با این حال تراکم آنها آنقدر کم است که این اتفاق عملاً هرگز رخ نخواهد داد.»
پس:
خوش بخوابید! سیاهچالهٔ کوچکی قرار نیست امشب از بدنتان عبور کند.