داستان سیاه‌چاله ـ 5

بیش از سه سال از انتشار قسمت قبلی داستان سیاه‌چاله‌ها گذشت! و عجیب آن‌که نتوانستم به سراغ آن بیایم. اکنون اینجایم تا ادامه و پایان آن را با هم مرور کنیم.

همانطور که گفتیم پس از یک قرن و اندی از زمانی که جان میچل و لاپلاس صحبت از وجود ستارگان تاریک کردند، دیگر اثری از پرداختن به چنین اجرامی در بین مردم نبود تا زمان حضور اینشتین.

اینشتین یکی از معروف‌ترین نام‌هایی است که در قرن بیستم مورد شناخت مردم جهان قرار گرفت. او با نوآوری‌هایی که در بخشی از فیزیک انجام داد، تصور انسان‌ها را از فضا، زمان و گرانش متحول کرد.

اینشتین در سال 1905م نظریه نسبیت خاص را ارائه داد و ده سال بعد هم نظریه نسبیت عام را. آن‌چه که مربوط به داستان سیاه‌چاله می‌شود در نسبیت عام نهفته بود.

نسبیت عام تلاش می‌کند که با توجه به نحوه قرارگیری ماده در فضا، هندسهء فضازمان را توصیف کند. اینشتین برای این کار از معادلات ریاضی پیچیده‌ای استفاده کرد؛ که البته گریزی از آن‌ها نداشت.

اینشتین می‌گفت برای آن‌که بتوانیم وضعیت هندسی فضا و تأثیر نیروی گرانش اجسام مختلف را بررسی کنیم کافی است معادلات نسبیت عام را برای محیط و اجسام موردنظرمان حل کنیم. بدین صورت می‌توانیم نحوه هندسهء فضازمان به همراه تأثیرات گرانشی که بین اجسام هست را به صورت دقیق مشخص کنیم.

برای نمونه براساس نسبیت عام، پدیده‌ای که ما به نام گرانش (جاذبه) می‌شناسیم؛ همان چیزی که نیوتن آن‌را کشف و فرمول‌بندی کرده بود، یک پدیده‌ء هندسی است! یعنی چه؟ یعنی جاذبه‌ای که زمین به اجسام اطراف خودش وارد می‌کند به علت خمیدگی‌ای است که زمین در فضای اطراف خودش ایجاد می‌کند. به همین ترتیب، جاذبه‌ای که خورشید در اطراف خودش ایجاد می‌کند، برخاسته از تغییراتی (خمیدگی) است که در فضای اطراف خودش ایجاد می‌کند. این خمیدگی باعث می‌شود که اجسام در یک فضازمان خمیده به سمت خورشید یا زمین یا هر جسم دیگر، جذب شوند، یا به دور آن بگردند.

پس از آن‌که او چنین نظریهء انقلابی‌ای را ارائه کرد، افراد مختلف در تلاش بودند تا بتوانند آن معادلات را برای حالت‌های مختلف حل کنند. حالت‌هایی که برخی از آن‌ها فرضی بودند و حالت‌هایی هم که کاملا طبیعی و واقعی بودند. این حالت دوم راهی بود برای آزمودن نظریه نسبیت عام.

به عنوان نمونه، یکی از معروف‌ترین رصدهایی که براساس حل معادلات نسبیت عام انجام شد، رصدی بود که ادینگتون در سال 1919م انجام داد. در یک خورشید گرفتگی که در آمریکای جنوبی اتفاق افتاد، او به همراه گروهش توانستند میزان انحراف مکان ظاهری ستارگانی که نورشان از نزدیکی خورشید عبور می‌کردند تا به چشم ما برسند را، همانطور که نسبیت عام پیش‌بینی کرده بود مشاهده کنند.

اما برگردیم به همان زمانی که نسبیت عام معرفی شد. چند ماه پس از آن‌که اینشتین نظریه‌اش را ارائه کرد، ریاضی‌دانی به نام کارل شوارتزشیلد معادلات را برای حالت‌های خاصی حل کرد. از بین نتیجه‌هایی که او به دست آورد، یکی‌شان به داستان ما مربوط می‌شد: یعنی به سیاه‌چاله!

در واقع براساس جواب‌هایی که شوارتزشیلد به دست آورد، مشخص شد که مکان‌ها یا اجرامی می‌توانند وجود داشته باشند که به علت فشردگی بسیار شدید ماده در آن‌ها، هندسهء فضازمان به قدری تغییر کرده یا به عبارتی به قدری روی خودش پیچیده است که دیگر نمی‌توان آن را یک فضای معمولی درنظر گرفت.

جواب‌ها نشان می‌داد که ممکن است نقطه یا اجسامی باشند که از شدت بالای فشردگی ماده در آن‌ها، فضازمان برروی خودش کاملا خمیده شده و نور با حرکت در این فضای خمیده دوباره به منبع خودش بازمی‌گردد. به عبارتی اگر چنین اجسام شگفتی وجود داشته باشند، به علت خمیدگی شدید و پیچش بسیار زیادی که فضای اطرافشان دارد، دیگر نور از آن‌ها خارج نمی‌شود و دیده نخواهد شد.

نمی‌دانم که وقتی چنین احتمال‌هایی از حل معادلات نسبیت عام توسط او به دست آمد، ذهنش به سراغ ایده‌ای که جان میچل گفته بود، رفت یا خیر. اما چیزی که هست همان زمان هم ریاضی‌دانان (آن دهه‌های اول پس از اعلام نسبیت عام ریاضی‌دانان بیش از فیزیکدانان به آن علاقه‌مند بودند!) در شگفت بودند از وجود احتمالی چنین اجسامی.

حتی خیلی از آن‌ها به همراه برخی از فیزیکدانان نمی‌توانستند قبول کنند که چنین جواب‌هایی از معادلات نسبیت عام، یک نمونه واقعی و طبیعی می‌تواند داشته باشند. خیلی‌ها تلاش کردند که بگویند این‌ها فقط نتیجه‌های ریاضی هستند و پیامد فیزیکی و طبیعی ندارند.

اما دهه‌های بعد یعنی میانهء قرن بیستم، اتفاقاتی در دنیای نجوم افتاد که ذهن همه را درگیر خودش کرد…

ادامه در قسمت بعد.

محمد همایونی
دوشنبه 18 مهر 1401