سفیدچاله چیست و چه تفاوتی با سیاهچاله دارد؟ + نحوه تشکیل آن

سفیدچاله ها مناطق نظری در جهان هستند که بر خلاف سیاهچاله ها عمل می کنند. همانطور که هیچ چیز نمی تواند از یک سیاهچاله فرار کند، هیچ چیز نمی تواند وارد یک سفیدچاله شود. در این مقاله با سفیدچاله بیشتر آشنا می شویم، نحوه تشکیل آن و تفاوت آن با سیاهچاله را بررسی می کنیم و به این سوال پاسخ می دهیم که آیا امکان یافتن سفیدچاله در جهان وجود دارد یا خیر.

سفیدچاله چیست؟

سفیدچاله ها اجرام نظری در جهان هستند که از حل معادلات میدان نظریه نسبیت عام اینشتین به دست می آیند. این معادلاتکارل شوارتزشیلداو آن را در سال 1916 حل کرد. شوارتزشیلد مردی بود که ریاضیاتی را نوشت که سیاهچاله های جهان را به عنوان اجسامی که روی خود فرو می ریزند توصیف می کرد. در این حالت سفیدچاله برعکس سیاهچاله است.

از سیاهچاله تا سفیدچاله

برای اولین بار در قرن هجدهم،جان میشلایده ای آمد و با این نام از سیاهچاله بیرون آمد.ستاره ها تاریک“به یاد آوردم. او متوجه شد که همانطور که همه توده های جهان دارای سرعت فرار هستند، یعنی اگر جسمی به صورت جرم روی زمین باشد، برای غلبه بر جاذبه آن باید با سرعت خاصی حرکت کند. که به آن سرعت فرار می گویند، بنابراین، اگر یک جرم بزرگ به حجم بسیار کوچک فشرده شود، سرعت فرار هر چیزی در آن به سرعت نور نزدیک می شود و از آنجایی که هیچ چیز نمی تواند سریعتر از نور حرکت کند، این فضای کوچک با متراکم است. جرم می تواند نور و ماده را جذب کند و این مفهوم سیاهچاله ای است که سال ها توسط معادلات اینشتین پیش بینی شده بود.

معادلات میدانی اینشتین، مانند سونامی، در سال 1915 وارد فیزیک شد و تغییرات ناشی از این سونامی آنقدر چشمگیر بود که دانشمندان هنوز در تلاش برای تجزیه و تحلیل آنها هستند. فراتر از تشریح نیروی گرانش، فرضیه هایی که از حل معادلات میدان حاصل شد، راهگشا بود. اکنون می دانیم که فضا-زمان به عنوان پس زمینه در هم پیچیده است، همه اشیاء را در هسته خود جای می دهد و وجود این اجرام فضا-زمان را مخدوش می کند که مانند بندپایان در فرش مخلوط می شود.

همانطور که گفتیم کارل شوارتزشیلد فیزیکدان اولین کسی بود که برای معادلات میدان انیشتین راه حل دقیقی ارائه کرد. در واقع، او محاسبه کرد که چگونه فضا-زمان به دور یک کره سنگین منحنی می شود. راه حل های او منجر به آنچه فیزیکدانان امروزی می گویند “منحصر به فرد بودنفرض کنید جرم توپ آنقدر زیاد است که فضازمان را تا یک نقطه بینهایت گسترش می دهد. یک تکه پارچه را فرض کنید که روی آن یک توپ می اندازیم. پارچه شکل منحنی به خود می گیرد. حال فرض کنید توپ آنقدر سنگین است که پارچه پایین می آید و تا بی نهایت کشیده می شود. ناحیه ای که این گسترش تا بی نهایت را احاطه کرده است، تکینگی نامیده می شود. تکینگی رابطه علی هر رویدادی را نقض می کند.

سیاه‌چاله‌ها معروف‌ترین تکینگی‌ها در جهان هستند، مناطقی از فضا که بیش از حد گسترده شده‌اند (تحریف یا منحرف شده‌اند) و اجازه نمی‌دهند هر چیزی فرار کند.

“همراه با تلاش های دیگر ریاضیدانان و فیزیکدانان برای حل معادلات اینشتین”مارتین دیوید کروسکالدر سال 1960، ریاضیدان توصیف شوارتزشیلد از سیاهچاله را گسترش داد و به پاسخ های خود به دوقلوی نظری سیاهچاله رسید: یک تکینگی جدید به نام سفیدچاله. البته درک این تکینگی ها کار آسانی نبود. حدود 40 سال طول کشید تا مردم با مفهوم سیاه چاله کنار بیایند. حالا نوبت نقطه مقابل سیاهچاله است.

برای مدت طولانی تصور می شد که سفیدچاله ها صرفاً نتیجه حل معادلات نسبیت عام هستند. با حل معادلات نسبیت عام متوجه وجود ساختارهایی در جهان به نام سفیدچاله ها می شویم و انتظار داریم آنها را در جهان ببینیم. دانشمندان فرض کردند که همان معادلاتی که وجود سیاهچاله ها را پیش بینی می کند باید برای سفیدچاله ها نیز استفاده شود.

فرض کنید یک سفینه فضایی در حال حرکت در فضا است. برای خدمه فضاپیما که یک سفیدچاله را از فاصله دور مشاهده می کند، سفیدچاله دقیقاً شبیه سیاهچاله خواهد بود. یعنی جرم و ساختار خاصی در فضا خواهد داشت. همچنین ممکن است یک حلقه چرخان از گاز و غبار در اطراف افق رویداد (مرز جداکننده سفیدچاله/سیاهچاله و فضای بیرونی) وجود داشته باشد. اما چیزی که سفیدچاله را با سیاهچاله متمایز می کند این است که خدمه فضاپیما احتمالا با تماشای آن متوجه می شوند که سفیدچاله برخلاف سیاهچاله چیزی را نمی بلعد بلکه همه چیز را به بیرون پرتاب می کند!

فیزیکدانان آن را سفیدچاله می نامندبازگشت به زمانآنها یک سیاهچاله را توصیف می کنند. در حالی که سیاهچاله یک افق رویداد بدون بازگشت است که هیچ چیز نمی تواند از آن بیرون بیاید، افق رویداد یک سفیدچاله رفتار مخالف دارد و حدی بدون پذیرش است. یعنی هیچ چیز نمی تواند به آن نزدیک شود و وارد آن شود. هیچ فضاپیما حتی به افق رویداد سفیدچاله نزدیک نمی شود.

سفیدچاله همچنین هر چیزی را که در ساختارش بود را بیرون می‌کند. بنابراین، اجسام درون جرم کیهانی می توانند خارج شده و با جهان خارج تعامل داشته باشند. اما از آنجایی که هیچ چیز نمی تواند وارد آن شود، می توان فضای داخلی سفیدچاله را دنیایی منحصر به فرد دانست که هیچ شناختی از دنیای بیرون و گذشته ندارد.

تفاوت بین سفیدچاله و سیاهچاله چیست؟

وقتی وارد یک سیاهچاله می شوید، یک میدان گرانشی قوی وجود دارد که اشیا را به درون آن می کشد. یک غشای یک طرفه به نام افق رویداد، مرزهای این میدان گرانشی را از جهان خارج جدا می کند. زمانی که از افق رویداد عبور کنیم، اسیر این جاذبه قدرتمند می شویم و هرگز نمی توانیم از آن فرار کنیم. گرانش ما را می بلعد و سرنوشت و آینده ما در مرکز سیاهچاله مشخص خواهد شد.

اما رفتار سفیدچاله دقیقا برعکس سیاهچاله است. سفیدچاله را می توان منطقه ای با رفتار ضد گرانشی در نظر گرفت که باعث می شود ماده تا بی نهایت پرتاب شود. افق رویداد در اینجا منطقه ای است که ماده را به بیرون پرتاب می کند و نمی توان به فراتر از آن به سفیدچاله نزدیک شد.

بنابراین در سیاهچاله ما را به داخل می کشانند، اما در سفیدچاله از آن رانده می شویم و اجازه ورود به آن را نداریم.

شواهدی از وجود سفیدچاله ها

اکنون که در مورد سفیدچاله ها می دانیم، شاید بخواهیم بدانیم که آیا شواهدی دال بر وجود سیاهچاله وجود دارد؟ پاسخ منفی است. اگرچه شواهدی وجود دارد که به طور غیرمستقیم وجود سفیدچاله ها را در جهان نشان می دهد، اما تاکنون چیزی پیدا نشده است که بتوانیم مستقیماً به دوست داشتن سیاهچاله اشاره کنیم و بگوییم این یک سفیدچاله است.

متأسفانه، هر آنچه تاکنون در مورد وجود این اجسام کیهانی کشف شده است، محدود به محاسبات روی کاغذ است و چیزی فراتر از آن نیست. با این حال، برخی بر این باورند که اگر منطقه ای از کیهان پیدا می شد که مواد با سرعت بالا به بیرون پرتاب می شوند، سفیدچاله کشف می شد. دانشمندان دوست دارندراجر پنروزآنها نظریه ای را ارائه می کنند که سفیدچاله، مانند خروجی سیاهچاله، در دنیای دیگری وجود دارد. بنابراین، موادی که توسط سیاهچاله در جهان ما بلعیده می شوند، توسط سفیدچاله به دنیای دیگری رانده می شوند. آیا می توانیم ابتدا وجود یک جهان دیگر را اثبات کنیم و سپس به دنبال یک جفت سیاهچاله در آنجا بگردیم؟

مکانیک کوانتومی چه می گوید؟

مکانیک کوانتومی نظریه معروف دیگری در دنیای فیزیک است که رفتار جهان را در مقیاس کوچک توصیف می کند. وقتی صحبت از سیاهچاله ها می شود، این نظریه می تواند وجود و رفتار سیاهچاله ها را با کمک پدیده ای به نام تابش هاوکینگ توصیف کند. بر اساس این نظریه وجود اثرات کوانتومی در نزدیکی افق رویداد سیاهچاله باعث گسیل تابش از سیاهچاله ها می شود. یعنی سیاهچاله در این نظریه یک جسم سیاه ایده آل در نظر گرفته می شود و ذرات روی مرزهای سیاهچاله – افق رویداد آن – دارای تابش هستند که دمای سیاهچاله را نشان می دهد. در این نظریه دمای سیاهچاله با جرم آن رابطه معکوس دارد. طبق تشعشعات هاوکینگ، هرچه سیاهچاله کوچکتر باشد، روشن تر است.

اگرچه این تابش هنوز به طور مستقیم مشاهده نشده است، اما نظریه تابش هاوکینگ پذیرفته شده است.

حال تصویر این فرآیند را در نظر بگیرید. با اعمال معکوس زمانی این فرآیند، برخی از دانشمندان بر این باورند که سفیدچاله ها می توانند ماده و نور را مانند یک فرآیند فیزیکی به شکل تابش هاوکینگ جذب کنند!

می دانیم که ممکن است کمی گیج کننده به نظر برسد، اما به خاطر داشته باشید که رفتار کلی یک سیاهچاله این است که هر چیزی را که از افق رویدادش عبور می کند، ببلعد. علاوه بر این، برخی معتقدند که ذرات موجود در مرز سیاهچاله نیز تشعشعات ساطع می کنند. داستان سفیدچاله ها کاملا برعکس است.

سفیدچاله ها تمام ماده را بیرون می کنند و هیچ ماده ای اجازه ورود ندارد. در حالی که ذرات در افق رویداد به جای تابش طبق قانون هاوکینگ، ماده و نور را در مرزها جذب می کنند. این با رفتار کلی یک سفیدچاله مغایرتی ندارد.

کشف نکردن یک سفیدچاله ممکن است به نفع ما باشد!

در حالی که نسبیت عام سفیدچاله ها را در معادلات خود توصیف می کند، هنوز هیچ کس نمی داند چگونه این اجرام می توانند در جهان شکل بگیرند. سیاهچاله زمانی تشکیل می شود که ستاره ای با جرم چندین برابر خورشید به پایان عمر خود می رسد و به اندازه بسیار کوچکی فرو می ریزد. اما برای سفیدچاله ها هنوز سناریویی برای تولد آنها وجود ندارد. اگر سفیدچاله تصویر آینه ای از یک سیاهچاله باشد، آیا باید این روند را معکوس کنیم تا یک سفیدچاله تشکیل شود؟ تصویر چنین عملیاتی در واقعیت غیرممکن است!

حتی اگر سفیدچاله به شکلی شکل گرفته باشد که ما از آن اطلاعی نداریم، احتمالاً بزرگ نخواهد بود و مدت زیادی دوام نخواهد آورد. زیرا بمباران مواد آن باعث هرج و مرج در کهکشان می شود و تعادل دینامیکی آن را به هم می زند.

بنابراین برخی معتقدند پیدا نشدن سفیدچاله می تواند به عدم وجود آن مرتبط باشد و شاید این به نفع کیهان باشد. چون از تعادل او جلوگیری شد.

نتیجه

سفیدچاله ها اجرام نظری هستند که با حل معادلات میدان انیشتین می توان وجود آنها را روی کاغذ ثابت کرد. این معادلات ابتدا توسط شخصی به نام کارل شوارتزشیلد حل شد. سفیدچاله ها را می توان همزاد نظری سیاهچاله ها در نظر گرفت. یعنی سیاهچاله ها هر چیزی را که از افق رویدادشان می گذرد به درون می کشند و می بلعند، اما داستان سفیدچاله ها برعکس است. در واقع هیچ ماده ای نمی تواند از افق رویداد سفیدچاله عبور کرده و به آن نزدیک شود. تاکنون هیچ سفیدچاله ای در کیهان یافت نشده و هیچ مدرکی دال بر وجود آن مشاهده نشده است.