سفید چاله چیست؟

سفید چاله‌ها توجیه‌های احتمالی قوانین نسبیت عام هستند. این قوانین می‌گویند اگر سیاه‌ چاله‌ها در جهان هستی وجود داشته باشند، باید سفید چاله‌ها نیز در این جهان وجود خارجی داشته باشند. در واقع سفید چاله عکس عمل سیاه چاله‌ها را انجام می‌دهند. انتظار می‌رود این چاله‌ها جاذبه داشته باشند، اما هر شیئی که به سمت سفید چاله جذب شود هیچ گاه به آن نخواهد رسید.

از لحاظ تئوری اگر شما با یک فضاپیما به یک سفید چاله نزدیک شوید، مورد اصابت انرژی زیادی قرار خواهید گرفت و فضاپیمای شما منفجر خواهد شد. حتی اگر فضاپیمای شما تاب تحمل این انرژی را داشته باشد، نور مانند هوا که باعث کند شدن حرکت شما در زمین می‌شود، حرکت شما به سمت سفید چاله را کند خواهد کرد.

حتی اگر فضاپیمای شما بسیار مقاوم باشد، فضا-زمان به طرز عجیبی به دور سفید چاله پیچیده شده و نزدیک شدن به آن را همانند حرکت به سمت نوک قله خواهد کرد. هر چه به بالا نزدیک‌تر می‌شوید به انرژی بیشتری نیاز داشته و حرکت شما کندتر می‌شود. اما مشکل اینجا است که مجموع تمام انرژی‌ها در جهان برای فتح قله توسط شما، کافی نیست.

اما ممکن است این سوال پیش بیاید که سفید چاله این مقدار انرژی خود را تنها می‌تواند از فضا-زمان گرفته باشد، پس چگونه ممکن است انرژی آن بیشتر از منبع‌اش باشد؟ این مورد باعث شده دانشمندان وجود سفید چاله‌ها را ناممکن بدانند اما عده‌ای نیز معتقد هستند که سفید چاله‌ها وجود دارند اما تعریف و فلسفه‌ی وجودی آن‌ها همانند آن چه که در نسبیت عام ذکر شده نیست.

همانند سیاه چاله‌ها، سفید چاله‌ها نیز در اثر پدیده‌ای با نام تکینگی گرانشی بوجود می‌آيند. این پدیده در جایی اتفاق می‌افتد که نیروی جاذبه در فضا-زمان به مقدار بی‌نهایت می‌رسد. ذکر مقدار بی‌نهایت در فیزیک و در اکثر مواقع نشان از پدیده‌ای غیرقابل توجیه دارد. به این دلیل است که مکانیک کوانتوم و نسبیت نمی‌توانند اطلاعات بیشتری در مورد پدیده‌ی تکینگی گرانشی ارائه کنند.

نامزدهای احتمالی

بسیاری از پدیده‌ها که اسرارآمیز و غیر قابل توجیه بوده‌اند را غالبا به سفید چاله‌ها نسبت داده‌ایم. انفجارهای اشعه‌ی گاما، اخترهای تپنده دارای سرعت بالا در چرخش و حتی سیاه چاله‌هایی که به آخر عمر خود رسیده‌اند نیز به عنوان نامزدهای احتمالی سفید چاله مورد بررسی قرار گرفته‌اند. اما تا به حال هیچ سفید چاله‌ای در دنیای واقعی مشاهده نشده و حتی وجود آن‌ها در دنیای تئوری نیز در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. در حال حاضر به نظر می‌رسد سفید چاله‌ها به عنوان توجیه استفاده می‌شوند تا زمانی برسد که شرح بهتری برای وقایع یافته و آن‌ها را کنار بگذاریم.

برای مثال می‌توان به پدیده‌ی بیگ بنگ یا مه بانگ اشاره کرد. تا زمانی که از اندازه‌ی جهان اطلاعی نداشتیم، اعتقاد بر این بود که کهکشان‌ها از سفید چاله‌ای بسیار بزرگ بوجود آمده‌اند. حالا ما می‌دانیم جهان ما به احتمال زیاد اندازه‌ی نامحدودی دارد و این یافته‌ی ما به نوعی تشکیل جهان از سفید چاله را نفی می‌کند.

محدودیت‌های تئوری

سفید چاله نوعی خاص از تکینگی است که به آن تکینگی برهنه می‌گویند. تکینگی‌هایی مانند سیاه چاله را نمی‌توان به صورت مستقیم مشاهده کرد چرا که سرعت فرار (سرعت لازم برای فرار و رهایی از جاذبه سیاه چاله) بیشتر از سرعت نور است، پس هیچ شیئی نمی‌تواند از جاذبه‌ی آن رهایی یابد چرا که سرعت بالاتر از سرعت نور امکان‌پذیر نیست. این تکینگی توسط افق رویداد یا event horizon محافظت می‌شود. افق رویداد سطحی است که ما را از سیاه چاله جدا می‌کند. از لحاظ ریاضی زمانی که تکینگی داشته باشیم، فضا-زمان می‌شکند. برای رفع این مشکل مفهوم افق رویدادمعرفی شده است.

یک تکینگی برهنه هیچ افق رویداد ندارد. بنابر قوانین بنیادی نسبیت عام، جهان ما اجازه‌ی به وقوع پیوستن تکینگی برهنه را نمی‌دهد. این ایده به فرضیه‌ی حذف یا سانسور کهکشانی معروف شده است. با این حال شبیه‌سازی‌های عددی و تئوری‌های جاذبه کوانتوم کنونی، نشان از احتمال وجود تکینگی‌های برهنه دارند.

اگر از دید مکانیک کوانتوم درصدد تشریح سیاه چاله‌ها باشید، شاهد وقوع پدیده‌ای شک برانگیز خواهید بود. اگر به یک سیاه چاله از قسمت عقب یا جلو نگاه کنید، آن سیاه‌ چاله یک سیاه چاله باقی مانده و رفتار یکسانی از خود به نمایش خواهد گذاشت در حالی که نسبیت عام نظر دیگری در این خصوص دارد. هر چند این بزرگ‌ترین اختلاف بین مکانیک کوانتوم و نسبیت عام نیست اما اختلافی درخور توجه است.

مهم‌ترین محدودیت وجودی سفید چاله‌ها انتروپی است که معیاری برای نظم یک سیستم است. بنابر قوانین ترمودینامیکی، انتروپی کل جهان همواره در حال افزایش است. هر چند یک سیستم محلی می‌تواند انتروپی را کاهش دهد اما برآیند آن کار افزایش انتروپی خواهد بود. برای مثال یک فریزر می‌تواند آب را به یخ تبدیل کرده و انتروپی آن را کاهش دهد اما خود این دستگاه در حین این کار گرمایی را در فضای اطراف آزاد می‌کند که باعث افزایش انتروپی می‌شود.

سفید چاله‌ها باعث کاهش انتروپی می‌شوند و این ویژگی‌ آن‌ها یکی از بزرگ‌ترین موانع در راه اثبات وجودشان است. ما در جهان خود از قوانین ترمودینامیکی پیروی می‌کنیم. هر چند گاهی اوقات شاهد اتفاقات عجیب هستیم اما هیچ گاه مدرک اثبات شده‌ای برای نفی این قوانین وجود نداشته است.

آینده‌ی سفید چاله‌ها

سفید چاله‌ها بسیاری را به ذوق آورده‌اند و در دنیای اطراف ما حس وجود یک تعادل را القا می کنند، به این دلیل محققان به تحقیق در مورد این پدیده ادامه خواهند داد. برای مثال وجود سیاه چاله‌ها در ابتدا تنها در حد یک نظریه بود که اثبات آن نیز بسیار سخت به نظر می‌رسید، اما ادامه‌ی تحقیقات در مورد آن‌ها به اثبات وجودشان منتهی شد. در حال حاضر هیچ مدرک محکمی برای وجود این چاله‌ها در فضا وجود ندارد اما ممکن است در فضای وسیع اطراف ما جایی برای سفید چاله‌ها نیز باشد.