سانسور کیهانی و تکینگی عریان

دیدارنیوز _ سروش زمانی‌مقدم: آنچه که عموما با شنیدن نام "سیاهچاله" به ذهنمان خطور می‌کند، تداعی گر چاله‌ای سیاه رنگ در فضا است.

اما این توصیف چقدر مفید است و تا چه اندازه با حقیقت مطابقت دارد؟

در واقع نگرش حاصل شده از نگاه تحت الفظی به نام این موجودیت کیهانی، ریشه در ساختار فیزیکی آن و آنچه که فعلا از شرایط تشکیل عمده آن‌ها می‌دانیم دارد.

آنچه درباره سازوکار تشکیل عمده سیاهچاله‌ها می‌دانیم، بطور خلاصه به این صورت است:

درون ستاره‌ها همواره غوغایی از فرآیند‌های هسته‌ای در جریان است که منشاء نور و انرژی در آنهاست.

از طرفی به طور همزمان آن‌ها تحت جاذبه گرانشی شدید ناشی از جرمشان نیز هستند که همواره سعی در فشرده کردن جرم و ساختار ستاره‌ها به درون خودشان دارد.

توازن بین این دو نیروی رو به بیرون و رو به درون، شرط بقاء آنهاست و عمده زندگی آن‌ها در چنین موازنه و تعادلی می‌گذرد.

اما آنچه که در نهایت و در اواخر عمر آن‌ها برایشان رخ می‌دهد، یکسان نیست و سرنوشت برخی از آنها، جالبترین در نوع خود است.

در واقع پس از آنکه سوخت هسته‌ای ستارگان "به اندازه کافی بزرگ" رو به اتمام گذاشت، نیروی گرانشی آنها، نیروی غالب میدان شده و صحنه را در دستان خود گرفته و به اصطلاح ستاره را مجبور به رمبش و فروریزش در درون خود می‌کند.

در نهایت این درهم فشردگی و سقوط جرم ستاره به درون خودش تا بدانجا پیش می‌رود که منجر به ایجاد یک ناحیه بسیار چگال در نقطه‌ای بی نهایت کوچک در فضا-زمان می‌شود که عملا از دید ما خارج است چرا که حتی نور را نیز که دارای بالاترین حد سرعت فیزیکی می‌باشد، یارای گریز از کمند جاذبه آن نیست.

در واقع دو مفهوم کلیدی هرکدام از این به اصطلاح چاله‌های سیاه فضایی، یکی تکنیگی مرکزی آنهاست و دیگری مرزی به نام افق رویداد که تکنیگی مرکزی را در درون خود احاطه کرده و اجازه گذر هیچ موجودی حتی نور را نیز از درون خود به بیرون نمی‌دهد!

بنابراین واژه سیاهچاله به بیانی، به هر چیزی که درون افق رویداد است اشاره دارد.

اما آنچه که در اینجا مدنظر است، نه شرایط تشکیل سیاهچاله، بلکه مفهوم تکنیگی و شرایط آن از دید ناظر بیرون از افق رویداد می‌باشد؛ لذا پس از این مقدمه کوتاه و اجمالی، به بحث در مورد سوال اصلی مان می‌پردازیم.

آیا تکنیگی‌ها همواره با افق‌های رویداد احاطه شده اند و طبیعت همواره آن‌ها را با پرده‌ای با نام افق رویداد، از دید ما پنهان و غیر قابل مشاهده می‌کند؟

به بیان دیگر آیا "تکینگی عریان" یا به اصطلاح "تکینگی برهنه" که با افق رویداد پوشیده نشده باشد، می‌تواند در جهان فیزیکی قابل مشاهده باشد؟

پاسخ به این سوال بنا به دلایل فنی آنچنان ساده نیست!

برخی از فیزیکدانان معتقدند که تکینگی عریان نمی‌تواند در طبیعت وجود داشته باشد، اما در عین حال برخی دیگر نیز فکر می‌کنند که در طبیعت حالت‌هایی وجود دارند که می‌توانند دارای تکینگی عریان نیز باشند!

اما مبنای این تفاوت نظر در کجاست؟

در واقع این سوال علیرغم ظاهر ساده اش آنقدر مهم است که در صورت جواب مثبت مبنی بر وجود یک تکینگی عریان، تغییرات زیادی در برخی از مهمترین مفاهیم فیزیکی شناخته شده مان رخ خواهد داد!

بنابراین قبل از آن باید کمی در مفهوم آنچه که تکینگی می‌نامیم تامل بیشتری کرده تا ابتدا معنای آن را خوب بفهمیم چرا که درک این نکته که تکینگی در واقع سیاهچاله نیست، بلکه آن چیزیست که منجر به تشکیل آن می‌شود، بسیار مهم است!

هرچند که مفهوم تکینگی و انواع مختلف ریاضیاتی آن با آنچه که به عنوان تکینگی در دنیای فیزیکی می‌شناسیم تفاوت‌های فراوان دارد، و تکینگی‌های ریاضیاتی لزوما به معنای کمیت‌های بی نهایت نیستند، اما به دلایل بسیاری، در واقع تکنیگی‌های فیزیکی، شباهت‌های زیادی به آنچه که در ریاضیات آن را بی نهایت می‌نامیم دارند.

با توجه به مکانیسم تشکیل سیاهچاله که آن را بصورت اجمالی بررسی کردیم، در ساده‌ترین تعریف می‌توان یک تکینگی فیزیکی را مکانی دانست که فراتر از آن نمی‌تواند ادامه داشته باشد.

به بیان صحیح تر، نظریه به کار رفته برای توصیف قبل از تکینگی در یک سیاهچاله، که همان نسبیت عام می‌باشد، علیرغم آنکه خود، تکینگی واقع در مرکز سیاهچاله را پیش بینی می‌کند، اما از توصیف خود تکینگی و فراتر از آن عاجز است!

این بدان معناست که پیش بینی‌های نظری مبتنی بر ریاضیاتی که فعلا می‌شناسیم، گویای آنند که هیچ فضا یا زمانی، فراتر از آن وجود ندارد!

این در واقع یکی از آن دلایلی است که باعث شده که برخی از فیزیکدانان، هویت واقعی تکینگی را همچون برخی از بی‌نهایت‌های ایجاد شده در ریاضیات، غیر واقعی دانسته و منشاء وجودی آن‌ها را همانطور که ذکر شد، تنها ناکارآمدی نسبیت عام در مواجهه با آن بدانند.

اما اختلاف نظر در مورد تکینگی‌های فیزیکی، بالاخص از آن نوعی که در فیزیک سیاهچاله‌ها می‌شناسیم، تنها به مفهوم آن‌ها محدود نمی‌شود!

بیش از ۵۰ سال پیش، راجر پنروز وجود حتمی تکینگی در درون سیاهچاله‌ها را به عنوان یک امر الزام آور و قطعی اثبات کرد، اما در عین حال، از اثبات غیر ممکن بودن وجود یک تکینگی عریان، ناکام ماند!

در واقع هرچند که وی به زعم خود از عدم وجود تکینگی‌های غیرپوشیده توسط افق رویداد مطمئن بود، اما نتوانست ثابت کند که الزاما همه تکینگی‌ها باید در افق رویدادی بی بازگشت، محصور باشند!

فیزیکدانان غالبا از این حدس اثبات نشده به عنوان فرضیه "سانسور کیهانی" یاد می‌کنند که بر مبنای آن، کیهان، تکینگی هر سیاهچاله را از دید ناظر‌های بیرون افق رویداد، سانسور می‌کند!

به بیانی دیگر وجود یک تکینگی بدون وجود سیاهچاله‌ای که آن را در بر گرفته باشد، امکان ناپذیر است.

بر طبق این فرض، هر نقطه تکین و بی نهایت چگال، ملزم به داشتن سیاهچاله و افق رویدادی در اطراف خود است که تکینگی را سانسور کند!

این فرض منشا جدالی دیگر در بین فیزیکدانان است چرا که برخی از ایشان بر این حدس اثبات نشده پایبند نبوده و با توجه به عدم وجود اثباتی دقیق بر این مدعا، دیده نشدن یک تکینگی برهنه را لزوما دلیلی بر نبودن آن نمی‌دانند!

جالب است که به لحاظ تاریخی، پای بزرگان دیگری همچون هاوکینگ نیز به این ماجرا کشیده شده است.

پس از کشف حیرت انگیز هاوکینگ مبنی بر تابش کوانتومی سیاهچاله ها، موسوم به تابش هاوکینگ، و تشریح سازوکار تبخیر سیاهچاله ها، وی موفق به ارائه توضیحاتی شد که بر مبنای آن‌ها محتمل می‌داشت که پس از تبخیر کامل یک سیاهچاله، یک تکینگی سانسور نشده و برهنه نیز برجای بماند!

بیشتر بخوانید: سیاهچاله‌ها آنقدر هم سیاه نیستند!

هرچند که ازین سو، این توضیحات نیز، در حکم یک اثبات قطعی و الزام آور برای وجود این تکینگی‌های غیر محصور نبود.

سوال اینجاست که آیا در کیهان در نهایت می‌توان به وجود یک تکینگی عریان امید داشت؟

جالب است که برخی شبیه سازی‌هایی که در مورد انفجار یک ستاره، با پارامتر‌های تنظیم شده و بصورت دقیق و دستی انجام شده است، حکایت از آن دارند که در مواردی خاص، انفجار یک ستاره نیز ممکن است یک تکینگی عریان برجای بگذارد!

این نشان می‌دهد که هرچند که با سازوکار ریاضیاتی که فعلا می‌شناسیم، احتمال وجود این قبیل تکینگی‌ها کم است، اما در صحنه بی انتهای کیهان، شرایط ایجاد چنین موجوداتی، ناممکن نیست!

جالب‌تر آنکه در سال‌های اخیر وجود چنین دست تکینگی‌ها را در جهان‌هایی با ابعاد اضافه و بالاتر محتمل دانسته‌اند بطوری که می‌توان نشان داد که در جهانی با ابعادی متفاوت از جهان شناخته شده ما، می‌توان تکینگی‌های غیر محصور را متصور بود!

پر واضح است که یافتن چنین دست تکینگی‌ها در کیهان، ما را ملزم به بازنویسی بسیاری از اصول دانش کیهانشناسی فعلی مان خواهد کرد.

در نهایت، اما بنظر می‌رسد که آنچه که در این جدال کیهانشناسی تعیین کننده و راهگشا خواهد بود، ریشه در قسمت اول بحث مبتنی بر فهم ما از تکینگی دارد.

پیشتر خاطر نشان شد که ابزار ریاضیاتی ما برای توصیف تکینگی بر مبنای نسبیت عام ناقص و ناکارآمد است.

در واقع از آنجایی که شرایط فضا-زمانی تکینگی، مستقر در ورای مرز‌های طول پلانک و زمان پلانک است، نسبیت عام برای توفیق یافتن در توصیف این شرایط، نیازمند مکانیک کوانتومی می‌باشد که متاسفانه تا به حال هر چقدر که در تلفیق کردن یکپارچه و کامل این دو نظریه بیشتر کوشیده ایم، کمتر موفق بوده ایم!

بیشتر بخوانید: تکینگی کوانتومی

در واقع هیچ بعید نیست که اصولا ما در توصیف تکینگی، از ابتدا دچار خطا باشیم و لذا در صورت یافتن یک نظریه گرانش کوانتومی یکپارچه، درک ما از این موجودیت کیهانی کاملا متفاوت شده و علی الاصول بتوانیم تکینگی در مرکز یک سیاهچاله را هم همانند یک بی نهایت ریاضیاتی رفع شدنی بدانیم!

مسائلی از این دست و بسیاری پرسش‌های بی جواب دیگر همه و همه بیانگر الزام یافتن یک نظریه گرانش کوانتومی می‌باشند چراکه در آنصورت مقتضیات چنین نظریه‌ای نه تنها درک ما را از فضا-زمان دگرگون خواهند کرد، بلکه پاسخگوی بسیاری از مسائلی خواهند بود که امروزه به عنوان برخی از داغترین سوالات بی پاسخ فیزیک نظری و کیهانشناسی می‌باشند!