گام اول سیاه‌چاله را بهتر بشناسیم 

سیاه‌چاله نقطه‌ای است که نیروی جاذبه در محل تکینگی آن بی‌نهایت است. پیرامون تکینگی، «افق رویداد» است که مرز فیزیکی و یکدستی نیست، بلکه صرفا مرزی است که در آن، گرانش به حدی قوی است که هیچ چیز حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد. افزون بر این، می‌دانیم که سیاه‌چاله‌ها چگونه در کیهان تشکیل می‌شوند. هنگامی که یک ستاره عظیم به پایان عمر خود می‌رسد، به‌اصطلاح بر اثر رمبش گرانشی، به سیاه‌چاله تبدیل می‌شود. هر ماده یا پرتوی که بیش از حد به سیاه‌چاله نزدیک باشد، به دام گرانش قدرتمند آن می‌افتد و به زیر افق رویداد کشیده می‌شود.

مفهوم زمان در نسبیت عام

ما امروزه به کمک نظریه نسبیت عام انیشتین، می‌توانیم فرایند تشکیل سیاه‌چاله و نحوه برهم‌کنش سیاه‌چاله‌ها را با محیط پیرامون‌شان درک کنیم، اما برای درک مفهوم سفیدچاله باید این نکته را در نظر بگیریم که نسبیت عام، به جریان یا به‌اصطلاح «پیکان زمان» اهمیتی نمی‌دهد. این معادلات، به لحاظ زمانی، متقارن به شمار می‌روند؛ به این معنی که جهت پیکان زمان برای ریاضیات حاکم بر آن‌ها اهمیتی ندارد و معادلات، چه در زمان رو به جلو، یا در زمان رو به عقب کار می‌کنند.

بنابراین، اگر از مراحل تشکیل یک سیاه‌چاله فیلم بگیریم و آن را به صورت وارونه پخش کنیم، جسمی را مشاهده می‌کنیم که در آن، پرتوها و ذرات جریان دارند. در این فیلم فرضی، خواهیم دید که این جسم در نهایت، منفجر می‌شود و از آن یک ستاره عظیم به جا می‌ماند. این یک سفیدچاله است و بر اساس نسبیت عام، این فرض احتمالی مشکلی ندارد. 

عجیب‌تر از سیاه‌چاله‌ها

سفیدچاله‌ها حتی از سیاه‌چاله‌ها هم عجیب‌تر خواهند بود. آن‌ها در مرکز خود دارای تکینگی خواهند بود و در مرزهای خود نیز افق رویداد خواهند داشت. آن‌ها هم مانند سیاه‌چاله‌‌ها، همچنان اجسامی با گرانش عظیم محسوب خواهند شد، اما تفاوت در این است که هر ماده‌ای که وارد یک سفیدچاله شود، بلافاصله با سرعتی بیش از سرعت نور به بیرون پرتاب خواهد شد و این سبب می‌شود که تلألوی سفیدی از آن بدرخشد. هر چیزی در خارج از یک سفیدچاله، هرگز نمی‌تواند به داخل آن نفوذ کند، چرا که برای عبور از افق رویداد باید بتواند سریع‌تر از سرعت نور حرکت کند و می‌دانیم که چنین چیزی ممکن نیست.

اما اگر طبق ریاضیات نسبیت عام، سفیدچاله‌ها می‌توانند وجود داشته باشند، پس آیا این اجازه را داریم که تصور کنیم آن‌ها در دنیای واقعی هم وجود دارند؟ پاسخ این پرسش این است که نسبیت عام، حرف آخر را درباره کیهان نمی‌زند و تنها قانون حاکم بر گیتی نیست. در واقع، شاخه‌های دیگری از فیزیک، از جمله نظریه‌های الکترومغناطیس و ترمودینامیک نیز وجود دارند که به ما درباره عملکرد درونی گیتی اطلاعات می‌دهند. 

ترمودینامیک درباره سفیدچاله‌ها چه می‌گوید؟

در ترمودینامیک، مفهومی به نام انتروپی وجود دارد که در مجموع، معیاری از بی‌نظمی در یک سیستم است. قانون دوم ترمودینامیک به ما می‌گوید که انتروپی سیستم‌های بسته، فقط می‌تواند افزایش یابد. به بیان دیگر، بی‌نظمی همواره افزایش می‌یابد. مثلا فرض کنیم که یک پیانو را در دستگاه‌ چوب‌خردکن می‌اندازیم. در قسمت خروجی، توده‌ای از زباله‌های پودر شده و خرده چوب بیرون می‌آید. بی‌نظمی در این سیستم افزایش یافته است و همه چیز بر اساس قانون دوم ترمودینامیک پیش رفته است. اما روند وارونه این فرایند، یعنی اگر توده‌ای از زباله‌های پودر شده و خرده چوب را در همان دستگاه چوب‌خردکن بیندازیم، پیانوی سالم از خروجی آن بیرون نمی‌آید؛ چرا که این کار سبب کاهش بی‌نظمی می‌شود. بله، سیستم‌های بسیار منظم،  می‌توانند ایجاد شوند، ‌ اما این کار به بهای افزایش انتروپی در خورشید صورت می‌گیرد. اما از انداختن زباله‌های پودرشده و خرده چوب در دستگاه چوب‌خردکن، نمی‌توان انتظار ساخته شدن پیانو داشت. نمی‌توان به سادگی، فرایند تشکیل سیاه‌چاله را به صورت وارونه طی کرد و یک سفیدچاله به دست آورد، چرا که این کار سبب کاهش انتروپی می‌شود . ستاره‌ها به طرزی معجزه‌آسا و یک‌باره بر اثر انفجارهای کیهانی عظیم، پدیدار نمی‌شوند. از این رو، هرچند نسبیت عام، واقعیت وجود سفیدچاله‌ها را نه رد می‌کند و نه تایید، ترمودینامیک به این مفهوم، با صراحت مهر رد می‌زند.

سفیدچاله‌ها در چه صورتی وجود دارند؟

تنها راه برای تشکیل یک سفیدچاله، این است که فرایند عجیبی در مراحل ابتدایی شکل‌گیری عالم وجود داشته باشد که شرایط وجود آن را در تاروپود خود فضا‌زمان ایجاد کند. به این ترتیب، فرایند تشکیل سفیدچاله، می‌تواند مشکل کاهش آنتروپی را دور بزند. به بیان دیگر، فقط در این صورت است که سفیدچاله می‌تواند وجود داشته باشد و در واقع، از ابتدای گیتی وجود داشته است. اما متاسفانه، سفیدچاله‌ها به فرض وجود، به طرز خارق‌العاده‌ای ناپایدار خواهند بود. آن‌ها با گرانش خود مواد را به خود جذب می‌کنند، اما هیچ چیز نمی‌تواند از افق رویدادشان عبور کند. به محض این که هر چیزی، حتی یک فوتون (ذره نور) به یک سفیدچاله نزدیک شود، محکوم به فنا خواهد بود. اگر یک ذره به افق رویداد سفیدچاله‌ای نزدیک شود، قادر به عبور از آن نیست و انرژی سیستم سرسام‌آور می‌شود. در نهایت، این ذره به حدی انرژی خواهد داشت که سبب فروپاشی سفیدچاله به سیاه‌چاله می‌شود و به وجود آن پایان می‌دهد. از این رو، سفیدچاله‌ها اگرچه سرگرم‌کننده و جذاب به نظر می‌رسند، گمان نمی‌رود که بخشی از ویژگی‌های عالم واقعی باشند و چه بسا فقط تصور یا شبحی در ریاضیات نسبیت عام باشد که هیچ‌گونه نمود عینی در عالم واقع ندارد.