اخبار داخلی دانش و فناوری آیا درون سیاهچاله‌ها اثری از حیات وجود دارد؟

هموطن , دوشنبه 8 اسفند 1384

آیا درون سیاهچاله‌ها اثری از حیات وجود دارد؟

کیهان کنونی همراه با سیاره زمین با همه ساکنان آن هم اکنون در درون یکی از فضاهای 5 بعدی و در دل یک سیاهچاله عظیم قرار دارد.

فیزیکدانان در بررسی‌های نظری درباره سیاهچاله‌ها به راز حیرت‌انگیزی دست یافته و متوجه شده‌اند که در یک فضای 5 بعدی در دل این اجرام اسرار آمیز امکان بقای حیات به مراتب بیشتر از بخشهایی از سیاهچاله است که در آن قوانین جهان 4 بعدی حکمفرما است.
ادعای شگفت‌انگیزتر این فیزیکدانان آن است که کیهان کنونی همراه با سیاره زمین با همه ساکنان آن هم اکنون در درون یکی از همین فضاهای 5 بعدی و در دل یک سیاهچاله عظیم قرار دارد.
سیاهچاله‌ها بقایای ستارگان بسیار عظیمی هستند که در پایان عمر خود و زمانی که فعل و انفعالات هسته‌ای که تنور هستی ستاره را روشن نگاه می‌دارد رو به خاموشی می‌گذارد تحت تاثیر نیروی عظیم جاذبه ناشی از جرم بسیار زیاد ستاره شروع به انقباض می‌کنند و این انقباض تا آنجا ادامه پیدا می‌کند که کل ماده و انرژی تشکیل‌دهنده ستاره در یک نقطه موسوم به نقطه تکینکی متمرکز شده و از ستاره عظیم اثری جز یک میدان نامرئی جاذبه با قدرت فوق‌العاده زیاد باقی نمی‌ماند. هر جسمی که در تیر رس این میدان جاذبه قرار گیرد به درون سیاهچاله بلعیده و نابود می‌شود.
در فضای 4 بعدی در داخل سیاهچاله نیروهای جزرومدی که در فواصل کوتاه دچار تغییرات گسترده می‌شوند به جسمی که به دام سیاهچاله افتاده فشار می‌آورند و اجزا آن را از یکدیگر می‌گسلند و آن را پاره پاره می‌کنند، اما به اعتقاد برخی از فیزیکدانان در فضای ‪5 بعدی درون سیاهچاله شدت نیروهای جزرو مدی ناچیز است و هرآنچه که در این فضا در درون سیاهچاله جای گیرد به بقای خود ادامه می‌دهد.
براساس یک مدل ریاضی که در نشریه علمی "جنرال رلتیویتی‌اند گراویتیشن" ‪ ) General Relativity and Gravitation‬نسبیت عام و گرانش) به چاپ رسیده کیهانی که سیاره زمین بخشی از آن به شمار می‌آید در درون یک چنین فضای 5 بعدی در دل یک سیاهچاله جای دارد.
این نکته برای کیهانشناسان امری عجیب و غیرعادی نیست. علت این امر آن است که از دید فیزیک جدید کیهان دارای ابعادی بیش از 4 بعد آشنا (سه بعد مکان و یک بعد زمان) است. بعد پنجم صرفا یک امر فانتزی نیست. فیزیکدانان از دهه ‪ 1920 تاکنون در تلاش بوده‌اند تا بعد پنجمی را به ابعاد چهارگانه فیزیک نسبیت اینشتین اضافه کنند.
در دهه ‪ 1920 برای نخستین بار 2 فیزیکدان به نام‌های تئودور کالوزا و اسکار

	" به اعتقاد شماری از فیزیکدانان هرچند جنبه‌های فیزیکی کیهان 5 ‬بعدی حائز اهمیت است، اما جنبه‌های ریاضی آن بخصوص جنبه موسوم به "تغییرناپذیرها" ‪ invariants‬از اهمیت بالاتری برخوردار است... "

کلاین پیشنهاد کردند که می‌توان نظریه نسبیت اینشتین را که درباره ماهیت زمان و مکان بحث می‌کند با افزودن یک بعد پنجم با نظریه الکترومغناطیس متحد ساخت. روایت 5 بعدی از نظریه نسبیت از مواجهه با آزمون‌های تجربی سربلند بیرون می‌آید و همه شواهدی که روایت 4 بعدی را مورد تایید قرار می‌دهند در مورد آن نیز صادق است.
روایت 4 بعدی از نسبیت در موارد متعددی مورد آزمایش قرار گرفته است. از جمله این موارد استفاده از "عدسی‌های کیهانی" است. عدسی‌های کیهانی عبارت از ستارگان بسیار بزرگ یا کهکشان‌هایی هستند که میدان جاذبه عظیم آنها نوری را که از یک ستاره دور دست به زمین می‌رسد، درست مانند نوری که از درون یک عدسی محدب عبور می‌کند، در یک نقطه کانونی (یعنی زمین) متمرکز می‌سازند و به این ترتیب پرتوهای ضعیف ستارگان دور دست را تقویت می‌کنند.
در سال ‪ 1995 دیمیتری کالیگاس و همکارانش در دانشگاه استنفورد نشان دادند که روایت ‪5 بعدی از نسبیت اینشتین نیز عینا می‌تواند از عهده این آزمون عدس‌های کیهانی موفق بیرون آید.
از نظر شماری از فیزیکدانان روایت 5 ‬بعدی نسبیت به مراتب طبیعی تر از روایت ‪4 بعدی آن است و بسیاری از مسائل را بهتر پاسخ می‌دهد. به عنوان نمونه مسئله آغاز کیهان را در نظر بگیرید.
فیزکدانان از مدت‌ها قبل کوشیده‌اند تا بدیلی برای نظریه مه بانگ پیشنهاد کنند. نظریه مه بانگ متکی به یک نقطه تکینکی است که فرض می‌شود در آن قوانین کنونی فیزیک کاربرد ندارد. بر اساس این نظریه همه جرم و انرژی کیهان کنونی در درون یک نقطه متمرکز بوده و با انفجار این مجموعه و انبساط آن کیهان پدیدار شده است. یکی از راه‌های توضیح این حالت استفاده از نظریه نسبیت و ارائه مدلی بوده که در آن کیهان حالت‌هایی انقباضی و انبساطی را به صورت نوسانی و ادواری تجربه می‌کند: همه جرم و انرژی کیهان در یک نقطه متمرکز می‌شود و سپس در اثر انفجاری این جرم و انرژی رو به انبساط می‌گذارد.
بعد از گذشت میلیاردها سال مجددا این جرم و انرژی در یک نقطه جمع می‌شوند و چرخه انفجار و انبساط دوباره تکرار می‌شود. در این روایت برای آن که در قوانین فیزیک تغییری بوجود نیاید فرض می‌شود که کیهان قبل از آن که به نقطه تکنیکی برسد دچار انفجار می‌شود.
اما همین سناریو در روایت 5 ‬بعدی از نسبیت بهتر توضیح داده می‌شود. در مدل 4 بعدی ماده موجود در کیهان مفروض گرفته می‌شود بدون آن که روشن باشد این ماده از کجا آمده است.
در مدل ‪5 بعدی ، نوسان کیهان از نقطه انقباض به سمت انبساط با خلق و ایجاد ذرات بنیادی همراه است. فیزیکدانان نشان داده‌اند که این امر با آنچه که در فیزیک تغییر حالت یا تغییر فاز نامیده می‌شود ارتباط دارد.
درست همانطور که زمانی که آب معمولی حرارت داده شود در دمای معینی حالت آن تغییر می‌کند و به بخار تبدیل می‌شود در کیهان نیز در درون دیگ برگی که ماده و انرژی در آن در حال جوشیدن هستند در نقطه معینی انرژی به ماده تغییر حالت می‌دهد.
به اعتقاد شماری از فیزیکدانان هرچند جنبه‌های فیزیکی کیهان 5 ‬بعدی حائز اهمیت است، اما جنبه‌های ریاضی آن بخصوص جنبه موسوم به "تغییرناپذیرها" ‪ invariants‬از اهمیت بالاتری برخوردار است.
تغییر ناپذیرها بخش مهمی از نظریه نسبیت را تشکیل می‌دهند. بر اساس این نظریه هرچند برخی از امور مانند طول یا زمان به ظاهر ممکن است تغییر کنند،

	" در سال ‪ 1995 دیمیتری کالیگاس و همکارانش در دانشگاه استنفورد نشان دادند که روایت ‪5 بعدی از نسبیت اینشتین نیز عینا می‌تواند از عهده این آزمون عدس‌های کیهانی موفق بیرون آید... "

اما در دستگاه‌های مختصات موسوم به دستگاه‌های "اینرسیال یا ماند"، این کمیت‌ها بدون تغییر باقی می‌مانند.
به عنوان مثال به کمیتی نظیر جرم بدن خود توجه‌کنید. بدن شما می‌تواند اشکال مختلف بخود بگیرد. مثلا حالت نشسته یا ایستاده یا پیچ و تاب و خورده، اما در تمام این حالات مختلف جرم بدن شما ثابت باقی می‌ماند و تغییر نمی‌کند. این نمونه یک کمیت تغییر ناپذیر است. در مورد نظریه نسبیت کمیت‌های تغییر ناپذیر به مراتب پیچیده تر هستند، اما از همین خاصیت اصلی برخوردارند. یعنی صرفنظر از این که شکل ظاهری آنها چه اندازه تغییر کند کمیت آنها ثابت می‌ماند. یکی از کمیت‌های تغییر ناپذیر که به وسیله کیهان‌شناسان به کرات مورد استفاده قرار گرفته "کمیت عددی کرتشمان" ‪ Kretschmann scalar‬نام دارد.
به زبان ساده این کمیت مقدار متوسط شدت میدان جاذبه را در نقاط مختلف نمایش می‌دهد. می‌توان هر یک از پاسخ‌های معادلات اینشتین را بر حسب این کمیت نمایش داد. مدل کیهان ‪5 ‬بعدی و نوسان‌کننده با استفاده از مقادار خاصی برای این کمیت بدست می‌آید. این مقدار خاص برابر با ‪ 72C2/A8‬است.
در این کمیت ‪ C‬نشاندهنده مقدار متوسط انحنای جاذبه در کیهان 5 ‬بعدی است و ‪ A‬ آهنگ تغییر فاصله بین ذرات را به موازات انبساط فضا (ناشی از نوسان کیهان) مشخص می‌سازد.
اهمیت این عدد سال گذشته و زمانی مشخص شد که فیزیکدانان سرگرم بررسی هندسی درونی سیاهچاله‌ها بودند. برای نظریه پردازان مدل ‪ 5 ‬بعدی به مراتب پیچیده تر از مدل ‪4 ‬بعدی است و در نتیجه قوانینی که در این مدل کاربرد دارند دارای متغیرهای به مراتب بیشتری هستند. سیاهچاله‌ها از بسیاری جنبه‌ها "اشیا یا هستارهای اصلی" در نظریه نسبیت اینشتین به شمار می‌آیند . فهم نحوه عمل آنها در مدل ‪5 بعدی برای فهم ویژگی‌های کیهان‌های با ابعاد بالاتر اهمیت دارد.
فیزیکدانان موفق شده‌اند کمیت عددی کرتشمان را برای مدل 5 ‬بعدی نیز محاسبه کنند. این کمیت برابر با 72C2/R8‬ است که در آن انحنای ‪ C‬به جرم سیاهچاله ارتباط دارد و ‪ R‬عبارت است از شعاع انحنا. نکته حائز اهمیت در باره عدد اخیر آن است که اگر در آن به جای ‪ R, A‬قرار دهیم همان کمیتی بدست می‌آید که در مدل 4 ‬بعدی کیهان نوسان‌کننده مورد استفاده بود. سوال این است که آیا این نزدیکی بیش از حد امری تصادفی است یا ناشی از نوعی ارتباط عمیق در ترازهای پایین فیزیک و طبیعت است.
برای پاسخ دادن به این پرسش مناسب است که در اینجا اشاره شود که کمیت کرتشمان برای یک سیاهچاله 4 ‬بعدی به جرم ‪ M‬بر حسب شعاع از مرکز سیاهچاله که با حرف ‪ r‬ نمایش داده می‌شود در یک دستگاه واحدهای مناسب برابر با ‪ 48M2/r8‬است.
به عبارت دیگر عددی که برای برای یک سیاهچاله 4 ‬بعدی بدست می‌آید با عددی که برای یک کیهان ‪ 4 بعدی نوسان‌کننده بدست می‌آید فرق دارد، اما شباهت میان عددی که برای یک سیاهچاله 5 ‬بعدی و یک کیهان نوسان‌کننده 4 ‬بعدی بدست آمده، احتمالا بیش از یک امر صرفا تصادفی است. با این حال نشان دادن این امر کار ساده‌ای نیست. برای این منظور باید بجز کمیت کرتشمان کمیت‌های دقیق تر دیگری نیز مورد ارزیابی قرار گیرند و نشان داده شود که این کمیت‌های دقیق تر از یک مدل با کمیت‌های متناظر در مدل دیگر همانندند. برای این منظور لازم است از روش

	" فیزکدانان از مدت‌ها قبل کوشیده‌اند تا بدیلی برای نظریه مه بانگ پیشنهاد کنند... "

موسوم به انتقال مختصات استفاده شود.
در مدل ‪ 5 بعدی است امر به معنای حل همزمان ‪ 5 معادله است که مختصات ابعاد پنجگانه زمان و مکان را در این حالت نشان می‌دهند.
فیزیکدانان این محاسبات را به انجام رسانده‌اند و نتایج خود را با استفاده از رایانه‌ها مورد ارزیابی دوباره قرار داده‌اند و از صحت آنها اطمینان یافته‌اند. معنای این امر آنست که از دیدگاه نظری کیهان 4‬ بعدی که ما در آن زیست می‌کنیم همانند یک سیاهچاله 5 ‬بعدی است.
نتایج حاصله از این اثبات بسیار پردامنه خواهد بود و می‌تواند افق‌های تازه‌ای را برای فهم کیهان پیش روی فیزیکدانان باز کند. این امر بخصوص از آن حیث حائز اهمیت است که در کیهان 4 ‬بعدی که ما در آن زیست می‌کنیم سیاهچاله‌های واقعی وجود دارند و بررسی رفتار آنها می‌تواند سرنخ‌های مهمی در خصوص رابطه میان سیاهچاله‌ها و کیهان‌ها ارائه دهد.
نکته دیگر آن که اکنون بهتر می‌توان این فرضیه را مورد توجه قرار داد که کیهانی که ما در آن زیست می‌کنیم عملا نظیر مجموعه "عروسک‌های روسی"، شمار زیادی از کیهان‌ها در ابعاد مختلف است که هر یک در درون دیگری جای گرفته است.
یکی از کاربردهای مدل جدید آن است که می‌تواند به تلاش فیزیکدانان برای یگانه کردن نیروهای موجود در کیهان کمک کند. مشکل اساسی در این زمینه آنست که 2 نظریه اصلی فیزیک کنونی یعنی نظری نسبیت و نظریه مکانیک کوانتومی در 2 قلمرو مختلف و با نیروهای متفاوتی سروکار دارند و مبانی اساسی این 2 نظریه با یکدیگر ناسازگار است.
نظریه نسبیت به کیهان کبیر و نیروی جاذبه توجه دارد در حالی که مکانیک کوانتومی به جهان ذرات خرد نظر دارد که در آن سه نیروی متفاوت موسوم به نیروهای الکترومغناطیس، نیروی بین هسته‌ای ضعیف و نیروی بین هسته‌ای قوی دست‌اندرکارند. فیزیکدانان معتقدند که در آغاز پیدایش کیهان همه این نیروهای چهارگانه با یکدیگر و در قالب یک نیروی واحد متحد بوده‌اند. یکی از روش‌هایی که می‌تواند به دانشمندان برای بازسازی شرایط اولیه کیهان کمک کند استفاده از ابعاد بالاتر برای کیهان 4 بعدی است. البته این امر تنها به زبان ساده است و در عمل دشواری‌های محاسباتی بسیار زیادی را برای فیزیکدانان به بار آورده است.
بر اساس مدل‌های مختلفی که تاکنون ارائه شده دانشمندان ‪10 ‬نوع متفاوت ابر تقارن ، ‪11 نوع ابر گرانش و ‪26 ‬نوع ابر ریسمان (هر یک در یک بعد مختص بخود) معرفی کرده‌اند. حسن مدل ‪5 بعدی آنست که در مقایسه با مدل‌های بدیل از ریاضیات ساده‌تری می‌توان برای حل معادلات آن استفاده کرد.
از این گذشته ساخت ماشین‌ها و انجام آزمایش‌هایی که بتواند پیش بینی‌های این مدل را مورد بررسی قرار دهد به مراتب عملی تر از آزمایش‌هایی است که برای ارزیابی تجربی مدل‌های پیچیده‌تر لازم است.