آیا جهان ما یک سیاهچاله است؟ معمایی که خواب را از چشمان فیزیکدانان ربوده!
آیا این احتمال وجود دارد که تمام کیهانی که میشناسیم، درون یک سیاهچاله عظیمالجثه محبوس شده باشد؟ این پرسشی است که فیزیکدانان را به تکاپو انداخته و فرضیهای جدید را پیش روی آنها قرار داده است. طبق این فرضیه، انفجار بزرگ (Big Bang) که سرآغاز جهان هستی تلقی میشود، در واقع یک “جهش بزرگ” (Big Bounce) بوده است؛ جهشی ناشی از فشرده شدن و سپس بازگشت انفجاری مادهای که به درون یک سیاهچاله عظیم سقوط کرده است.
به عبارت دیگر، کل جهان قابل مشاهده ما میتواند در داخل یک سیاهچاله شکل گرفته در یک جهان بزرگتر باشد. این ایده، هسته اصلی مقالهای جدید به رهبری انریکه گزتانیاگا (Enrique Gaztañaga) در دانشگاه پورتسموث (University of Portsmouth) است.
به دام افتاده در افق رویداد
این پژوهش که اخیراً در مجلهی “Physical Review D” منتشر شده، به بررسی مجدد اتفاقاتی میپردازد که هنگام فروپاشی یک ابر گازی متراکم و فوقالعاده بزرگ تحت تأثیر نیروی گرانش خود رخ میدهد.
برخلاف دیدگاه سنتی که معتقد است این فروپاشی منجر به ایجاد یک نقطه بینهایت متراکم (معروف به تکینگی) میشود، این مطالعه پیشنهاد میکند که ماده در حال سقوط به جای رسیدن به تکینگی، به نقطهای خاص میرسد و سپس از خود “باز میجهد”.
این جهش، منجر به یک انبساط سریع میشود که شباهت زیادی به آنچه کیهانشناسان معتقدند پس از بیگ بنگ رخ داده، دارد. این بدان معناست که واقعیت ما میتواند در افق رویداد یک سیاهچاله به دام افتاده باشد.
این “مدل جهان سیاهچالهای” (Black Hole Universe model) میتواند به توضیح چندین مسئله کلیدی در درک فعلی و رایج کیهانشناسی، معروف به “مدل استاندارد”، کمک کند.
مدل استاندارد تنها در صورتی کار میکند که یک دوره تورم وجود داشته باشد؛ دورهای که در آن کل کیهان به سرعت در کسری از ثانیه پس از انفجار بزرگ منبسط شده است. همچنین برای توضیح اینکه چرا انبساط اخیر جهان به نظر میرسد شتاب گرفته، به “انرژی تاریک” نیاز دارد؛ مادهای مرموز که کیهان را از هم دور میکند.
به گفته گزتانیاگا: «ما نمیدانیم این دو مولفه واقعاً چه هستند. در مقابل، هر دو دوره انبساط سریع به طور طبیعی در مدل جهان سیاهچالهای به عنوان پیامدهای هندسه و دینامیک جهش ظاهر میشوند.»
یکی از دلایل جذابیت این مدل، سادگی آن است: این مدل انبساط کیهانی، تورم و انرژی تاریک را تنها با استفاده از گرانش و مکانیک کوانتومی توضیح میدهد – بدون هیچ فرضیه اضافی یا مواد ناشناخته.
البته مدل جهان سیاهچالهای نیز بدون مشکل نیست. به عنوان مثال، هنوز هیچ بینشی در مورد ماهیت ماده تاریک ارائه نمیدهد. ما میدانیم که این ماده نامرئی در سراسر جهان پراکنده شده است، زیرا میتوانیم ببینیم که چگونه کهکشانها را در کنار هم نگه میدارد، اما ستارهشناسان برای یافتن اینکه از چه چیزی ساخته شده، تلاش زیادی کردهاند.
گزتانیاگا میگوید: «این احتمال وجود دارد که برخی از اشکال ماده تاریک به بقایای مرحله فروپاشی جهان ما مرتبط باشند، اما برای بررسی این ایده به کار بیشتری نیاز است.»
اگر جهان در داخل یک سیاهچاله آغاز شده باشد، این بدان معناست که ما هنوز هم میتوانیم در داخل یکی از آنها باشیم، که خود آن نیز در داخل یک جهان بزرگتر و وسیعتر قرار دارد. حتی ممکن است برخی از سیاهچالههایی که در اطراف خود میبینیم، هر کدام جهانهای کوچک خود را داشته باشند، که خود شامل سیاهچالههای کوچکتر هستند.
گزتانیاگا در این باره میگوید: «شما میتوانید این را مانند یک ساختار تو در تو تصور کنید – سیاهچالهها درون سیاهچالهها، مانند عروسکهای روسی.»
البته این بدان معنا نیست که هر یک از تریلیونها سیاهچاله موجود در جهان ما، نسخه مینیاتوری کیهان را در داخل خود دارند، زیرا اندازه سیاهچاله تعیین میکند که این خلقت کوچک چقدر زمان برای توسعه خواهد داشت.
گزتانیاگا توضیح میدهد: «سیاهچالههای بزرگ (مانند سیاهچاله ما) به شکلگیری ساختارها – کهکشانها، ستارگان، سیارات – اجازه میدهند، در حالی که سیاهچالههای کوچکتر منجر به جهانهایی میشوند که خیلی سریع منبسط یا فرو میپاشند و فرصتی برای وقوع اتفاقات جالب وجود ندارد.»
وی در ادامه میافزاید: «این نکته مهم است، زیرا فروپاشی گرانشی سیاهچالههای کوچک بسیار بیشتری را نسبت به سیاهچالههای بزرگ پیشبینی میکند. این واقعیت که ما در یکی از موارد نادر و بسیار بزرگ زندگی میکنیم، ممکن است تصادفی نباشد – این تنها نوع جهان سیاهچالهای است که در آن ناظرانی مانند ما میتوانند وجود داشته باشند.»
ایده جهان سیاهچالهای زمانی شکل گرفت که گزتانیاگا و تیمش رویکرد جدیدی برای بررسی چگونگی آغاز جهان ما اتخاذ کردند.
او توضیح میدهد: «به جای اینکه فرض کنیم جهان با یک “انفجار” غیرقابل توضیح آغاز شده، ما رویکرد را معکوس میکنیم: ما با فروپاشی ماده به یک سیاهچاله شروع میکنیم.»
همه چیز به چیزی برمیگردد که به عنوان “اصل طرد پائولی” شناخته میشود. به طور خلاصه، این اصل بیان میکند که دو ذره یکسان دوست ندارند همزمان، در یک مکان، کار مشابهی را انجام دهند.
به همین دلیل، محدودیتی در مورد میزان تراکم ماده وجود دارد. قبل از این که ذرات نتوانند بدون نقض اصل طرد پائولی، بیشتر از این به هم نزدیک شوند.
این یکی از دلایلی است که ستارگانی مانند کوتولههای سفید، تحت وزن خود فرو نمیریزند.
گزتانیاگا میگوید: «در داخل یک سیاهچاله، اصل طرد پائولی همچنان اعمال میشود. این اصل از فروپاشی ماده به یک نقطه (یک تکینگی) جلوگیری میکند. در عوض، این اصل فروپاشی را کند میکند، آن را در چگالی بالا متوقف میکند و باعث یک جهش میشود و به طور کلی از تکینگی اجتناب میکند.»
سیاهچالههای باستانی
در حالی که ایده آغاز جهان با یک انفجار بزرگ، روی کاغذ عالی به نظر میرسد، کیهانشناسان تا زمانی که این ایده را آزمایش نکنند، نمیتوانند بفهمند که آیا این ایده درست است یا خیر.
خوشبختانه، این نظریه چندین پیشبینی در مورد اینکه جهان ما چگونه باید به نظر برسد، ارائه میدهد که ستارهشناسان میتوانند از آنها برای آزمایش این نظریه استفاده کنند.
گزتانیاگا در این مورد میگوید: «به عنوان مثال، این نظریه پیشبینی میکند که جهان کمی خمیده است – به طور مثبتی مانند یک کره خمیده است – نه دقیقاً مسطح.»
در حالی که بیشتر تلاشها برای اندازهگیری انحنای جهان نشان داده است که مسطح است، ممکن است یک خمیدگی ظریف وجود داشته باشد که آنها به اندازه کافی حساس نبودهاند که آن را اندازهگیری کنند. به همین دلیل است که فضاپیمای اقلیدس (Euclid) متعلق به آژانس فضایی اروپا (European Space Agency) در حال حاضر دقیقترین اندازهگیری انحنای کیهانی را انجام میدهد، اگرچه قرار نیست این ماموریت تا سال ۲۰۳۰ به پایان برسد.
گزتانیاگا در ادامه میگوید: «این نظریه همچنین وجود “سیاهچالههای باستانی” و “ستارگان نوترونی باستانی” را پیشبینی میکند – اجسامی که در مرحله فروپاشی شکل گرفتهاند، از طریق جهش جان سالم به در بردهاند و ممکن است هنوز هم در اطراف ما وجود داشته باشند.»
این اجسام میتوانستهاند بر چگونگی رشد کهکشانها و ستارگان در طول زمان تأثیر بگذارند. این امکان وجود دارد که بتوان اثر این بقایا را در دیدگاه فعلی خود از جهان تشخیص داد و کشف کرد که آیا واقعاً در داخل یک سیاهچاله زندگی میکنیم یا خیر.
