آخرین پرتگاه ، سیاه چاله
اصطلاح ( سياهچال ) در همين اواخر قدم به صحنه علم گذاشته است و آنرا در سال 1969 دانشمندي آمريكايي بنام جان ويلر بعنوان نموداري از نظريه اي برگزيد كه دستكم به ديست سال پيش بر مي گشت ، يعني زماني كه براي نور دو نظريه وجود داشت يكي نيوتوني كه آن را مركب از ذرات مي دانست و ديگري نظريه اي كه نور را ساخته و پرداخته امواج مي شناخت و ما اكنون به صحت هر دو نظريه وقوفي واقعي داريم. بر طبق دوگانگي موجي / ذره اي در مكانيك كوانتوم ، نور مي تواند هر دو خصيصه را داشته باشد يعني همسان يك موجو و همراز يك ذره. نظريه ذره اي بودن نور چگونگي پاسخ بخ نيروي جاذبه را روشن نكرده بود و نظريه بودن آنهم انتظار پيروانش را در متاثر شدن نور از نيروي جاذبه به همان طريق كه گلوله هاي توپ ، راكتها و سيارات از آن برخوردار مي شدند بر نياورده بود. در آغار مردم گمان مي كردند كه ذرات نور با سرعتي جنان نامتناهي سير وسفر مي كنند كه نيرو جاذه به گردشان هم نمي رسد تا از سرعت آنها بكاهد ، ليكن اكتشافات رومر مشعر بر متناهي بودن سرعت نور معنايش اين بود كه نيروي گرانش بايد واجد اثري مهم باشد.
بر پايه اين فرض ، يك غضو برجسته كمبريج بنام جان ميچل در سال 1783 در مكتوبي مندرج در خلاصه مذاكرات مجمع سلطنتي لندن خاطر نشان ساخته بود كه اگر ستاره اي بقدر كفايت سنگين و متراكم باشد ميدان جاذبه آن بقدري توامند است كه نور در آن به تله افتاده و راهي براي رهايي ندارد يعني : هر نوري كه از سطح آن ستاره ساطع شود پيش از آنكه خيلي از آن دور شود در دام جاذبه گرانشي آن ستاره افتاد و به پايين كشيده مي شود . جان ميچل بر اين باور بود كه بايد ستاره هاي بسياري نظير اين ستاره وجود داشته باشند. باوجودي كه چون نور اين ستاره به ما نمي رسند كا قادر بديدن آنها نيستيم اما جاذبه گرانشي آنها را حس مي كنيم . چنين اعجوبه هاييي همانها هستند كه ما اكنون آنها را سياهچال مي ناميم و اين اسمي است با مسمي يعني خلوتگاه هاي سياه در فضاي بي انتها. چند سال بعد اظهار عقيده اي مشابه و ظاهرا مستقل از جان ميچل از طرف ماركي دولاپلاس عنوان شد. جالب توجه اين است كه لاپلاس اين موضوع را فقط در چاپ اول و دوم كتاب خود موسوم به منظومه جهاني درج كرد و در چاپ هاي بعدي از آن صرف نظر كرد. شايد به دليل اين كه او بر سست بودن اين نظريه فتوي داده بود.) همچنين نظريه ذره اي بودن نور هم در طول مدت سده نوردهم از چشم افتاده وبه نظر مي رسيد كه هر چيز را مي توان با نظريه موجي بودن نور توجيه كرد و به هيچ وجه معلوم نبود كه نور از نيروي گرانش متاثر باشد.(
در حقيقت رفتاري همانند آنچه كه در مورد گلوله توپ در نطريه گرانشي نيوتن انجام مي گرفت با مزاج نور سازگاري نداشت زيرا سرعت نور ثابت بود در صورتي كه پرتاب يك گلوله توپ به سمت بالا سرعت گلوله در اثر نيرو جاذبه متدرجا كاستي گرفته و سرانجام آن گلوله متوقف و به زمين بر مي گردد و حال آنكه يك فوتون با سرعتي ثابت همواره به حركت خود به سم بالا ادامه مي دهد ( پس جاذبه نيوتوني چگونه مي تواند بر نوذ موثر باشد؟) از آن به بعد نظريه اي سازگار مشعر بر چگونگي اثر نيروي جاذبه بر نور ارائه نشد تا اينكه در سال 1915 انيشتين نظريه نسبيت را مطرح ساخت و حتي پس از آن هم مدت ها طول كشيد تا اشارات اين نظريه در مورد ستارگان جسيم به تفهيم در آمد.
براي استنباط اينكه چگونه ممكن است يك سياهچال شگل گرفته باشد نخست نيازمند آنيم كه بدانيم سر گذشت دوران زندگي يك ستاره ، از تولد تا مرگ چه مي باشد. ستاره وقتي شكل مي گيرد كه مقدار عظيمي گاز ( كه اساسا ئيدروژن است ) در اثز جاذبه گرانشي درهم فرونشيند. با آغاز اين همفرونشيني و تراكم گاز ، اتمهاي آن بيشتر و بيشتر و با سرعت هاي زيادتر و زيادتر بهم برخورد كرده و باين ترتيب گرماي گاز افزايش مي يابد و سرانجام ، گاز به حدي داغ مي شود كه وقتي اتمهاي ئيدروژن به يكديگر بر مي خورند نه تنها ديگر واپرشي انجام نمي دهند بلكه در همديگر فرورفته و به هليم تبديل مي شوند. گرمائي كه دراين واكنش آزاد مي شود همانند حرارت كنترل شده يك بمب ئيد روژني است و اين همان حرارتي است كه موجب فروزش آن ستاره مي شود اين حرارت اضافي همچون فشار گاز تا حد هم ترازي با جاذبه گرانش افزايش داده و سبب توقف انقباض گاز مي شود اين تا اندازه كمي شبيه به عمل بالني است كه فشار هواي درون آن كه مي كوشد تا بالن را متسع ساز با تلاش كششي لاستيك بدنه بالن كه سعي دارد آن را در حجم كوچك تري نگه دارد تعادل بر قرار ميكند ، ستاره ها هم به همين نحو با بهره مندي از حرارت حاصله از فعل و انفعالات هسته اي با جاذه گرانشي كه متعادل مي شود مدتي مديد پايدار باقي مي مانند. با اين همه ، ستاره سرانجام از ئيدروژن و ديگر مواد سوختي خود خالي مي شود. نكته اي كه ظاهرا متناقض جلوه مي كند اين است كه هر چه مقدار سوختي كه ستاره با آن آغاز به تشكل مي كند بيشتر باشد ستاره زود تر به خاموشي مي گرايد. اين براي آن است كه هر چه ستاره جسيم تر باشد براي تعادل با جاذبه گرانشي به گرماي خيلي بيشتري نيازمند است و هر چه حرارت زيادتري داشته باشد زود تر سوخت خود را به مصرف مي رساند شايد سوخت خورشيد ما براي يك پنچ هزار ميليون سال ديگر يا چيري در اين حدود كافي باشد ولي بيشتر ستارگان تنومند ممكن است سوخت خود را در كمتر از يكصد ميليون سال به مصرف برسانند يعني در مدت زمان خيلي كمتر از عمر مجموعه كيهان. هنگامي كه سوخت ستاره اي ته مي كشد آن ستاره آغاز به سرد شدن كرده و منقبض مي شود حال آنچه كه بر سر اين چنين ستاره اي در مي آيد چيزي است كه فقط براي نخستين بار دردهه 1920 استنباط گردد و داستان آن از اين قرار است: در سال 1928 يك دانشجوي فارق التحصيل هندي به نام سوبر همنيان چندرا سخار براي تلمذ در محضر منجمي انگليسي موسوم به سر ارترادينكتن كه از خبرگان نظريه نسبيت عام بود با كشتي عازم انگلستان و ورانه كمبريج شد.( بر طبق رواياتي چند ، روزنامه نگاري در اوايل دهه 1920 نظر ادينگتن رفت و به او گفت : من شنيده ام كه در جهان فقط سه نفر هستند كه از نظريه نسبيت عام سر در مي آورند ، ادينگتن درنگي كرد و سپس پاسخ داد كه – دارم مي انديشم كه نفر سوم كيست ؟ - ).چندراسخار در طول مدت سفرش از هند به انگلستان در اين فكر بود كه اندازه ستاره اي كه با وجود به پايان رسيدن سوختش هنوز هم قادر به تحمل نيروي جاذبه خويش است چه مقدار بايد باشد. مبسوط اين نظر چنين بود: وقتي كه ستاره كوچك مي شود ،ذرات ماده آن خيلي به هم ديگر نزديك ترمي شود و آن گاه به موجب اصل نا همانندي پاولي چنين ذراتي بايد داراي سرعت هاي خيلي متفاوتي بشوند. اين اختلافات سرعت موجب دور شدن آن ذرات از يكديگر و در نتيجه سبب انبساط آن ستاره مي شود. در اين انبساط شعاع كره ستاره تا آن حد افزايش مي يابد كه بين نيروي جاذبه و نيرو دافعه ناشي از اصل ناهمانندي پاولي تعادلي بر قرار شده و شعاع كره ستاره در اين حد تثبيت شود يعني به عينه شبيه همان وقايع دوران زندگي ستاره كه نيرو جاذبه اش با حرارت حاصله در آن متعادل مي شد.
بهر حال چاندراسخار به اين نتيجه رسيد كه در نيرو هاي دافعه اي كه اصل ناهمانندي مبين آنست حد وحصري برقرار است. نظريه نسبيت عام بيشترين اختلاف بين سرعتهاي ذرام مادب موجود در ستاره را به سرعت نور محدود كرده است، اين به معناي آن است كه وقتي ستاره به اندازه كافي چگال شد ، نيروي دافعه ناشي از اصل ناهمانندي ، كمتر از نيروي جاذبه خواهد شد . چاندراسخار حساب كرده بود كه ستاره سردي كه جرمش تقريبا از يك و نيم برابر خورشيد بيشتر باشد نمي تواند متحمل جرم خود باشد ( اين جرم اكنون به حد چاندراسخار معروف است ) تقريبا در همين اوقات نظير چنين اكتشافي توسط دانشمند روسي بنام لف داويدوويچ لانداو بعمل آمد ، اين اكتشاف اشارات ضمني جدي در رابطه با سرنوشت نهايي ستارگان تنومند در برداشت. اگر جرم ستاره اي كمتر از حد چاندراسخار باشد ، آن ستاره سرانجام مي تواند به انقباض خود پايان داده و نهايتا در حالت ممكنه اي همانند ستاره – كوتوله سفيد – باشد كه با شعاعي در حدود چند هزار كيلومتر و چگالي ويژه اي برابر چند صد تن در سانتيمتر مكعب در خود فرو نشيند. ستاره كوتوله هاي سفيد با نيروي دافعه اي كه از اصل ناهمانندي بين الكترون هاي موجود در ماده خودش ناشي مي شود پايدار و برقرار مي ماند. ما شاهد بسياري از اين كوتوله هاي سفيد هستيم و نخستين ستاره اي كه از اين نوع كشف شد ستاره اي است كه در حول شعراي يماني كه درخشان ترين ستاره در آسمان شبانه است گردش مي كند.
لانداو خاطر نشان ساخت كه امكان وجود حالت نهايي ديگري هم براي ستاره هست كه در آن جرم ستاره تقريبا در حدود يك با دو برابر خورشيد است ولي حجم آن خيلي كوچكتر از حجم يك ستاره كوتوله سفيد است اين ستاره ها از طريق نيروي دافعه ناشي از اصل ناهمانندي كه بين فوتون ها و پروتون ها بيشتر به وجود مِي آيد تا بين الكترون ها ، خود را حفظ و نگهداري مي كنند و به همين دليل هم آنها را ستاره هاي نوتروني مي نامند. شعاع كره اين نوع ستاره ها فقط در حدود هفده كيلومتر و چگالي ويژه اي قريب به صد ها ميليون تن در هر سانتيمتر مكعب دارند ، در نخستين بار كه وجود چنين ستارگاني پيش بيني شد راهي براي مشاهده ستارگان نوتروني وجود نداشت و عملا تا اين اواخر به شناسايي در نيامده بودند.
از سوي ديگر ستارگاني كه جرم آنها بالاتر از حد چاندراسخار باشد وقتي كه سوختشان به پايان برسد مواجه با مشكل بزرگي مي شوند . در پاره اي از موارد ممكن است تمام شدن سوخت با انفجار آنها بيانجامد و يا آنقدر ماده از خود به بيرون پرتاب كنند تا جرمشان به زير اين حد كاهش يابد و به اين ترتيب از وقوع در همفرونشيني جاذبه اي فاجعه آميزي دوري گزينند ، ليكن اعتقاد به اينكه چنين امري بي توجه به اندازه جرم ستاره هميشه حتمي الوقوع مي باشد مشكل است. حال بايد ديد ستاره چگونه بفهمد كه بايد وزن خود را كاهش دهد؟ وحتي اگر ستاره اي براي اجتناب از در همفرونشيني بقدر كافي از عهده كاهش وزن خود بر مي آمد چه حادثه اي رخ ميداد؟ اگر شما بقدري جرم يك ستاره كوتوله سفيد را افزايش مي داديد تا از حد مذكورپا فراتر گذارد آيا اين ستاره ها الي غير النهايه در هم فرو مي نشستند ؟ ادينگتن از اين اشاره ضمني يكه خورد و از اعتقاد به دستاورد چاندراسخار سر باز زد. ادينگتن فكر مي كرد كه در همفرونشيني يك ستاره تا حد رسيدن به يك نقطه با سادگي امكان پذير نيست. بيشتر دانشمندان نيز چنين نظري داشتند: حتي انيشتين شخصا رساله اي نوشت كه در آن مدعي شده بود ستارگان تاحد صفر منقبض نخواهند شد.
دشمني دانشمند ديگر ، بويژه عداوت و حسادت ادينگتن كه مرجعي پيشرو در ساختار ستارگان و معلم سابق چاندراسخار بود او را ترغيب و وادار كرد تا تعقيب كار در اين خط دست بردارد و به جاي آن به مسايل ستاره شناسي مانند حركت خوشه هاي ستاره اي بپردازد. با اينهمه ، وقتي كه به او جايزه نوبل سال 1983 اعطا شد دستكم جزيي از موجباتش بخاطر كار پيشين او در تحديد جرم ستارگان سرد بود.
چاندراسخارا نشان داده بود كه اصل ناهمانندي پاولي نتوانست در همفرونشيني ستاره اي را كه جرمش از حد چاندراسخار بيشتر باشد تحمل كند اما مسئله استنباط اينكه، بر طبق نظريه نسبيت عام ، بر سر چنين ستاره اي چه خواهد آمد نخستين بار در سال 1939 بوسيله جواني آمريكايي به نام رابرت اوپنهايمر حل شد. با وجود اين ، دستاورد او مشعر بر اين بود كه هيچ گونه پيامدي مشاهداتي وجود ندارد كه بتواند از طريق تلسكوپ هاي امروزي آشكار شود. در همين اوان جنگ جهاني دوم پيش آمد و اوپنهايمر خودش در طرح ساخت بمب اتمي گرفتار شد . پس از پايان جنگ مسئله در همفرونشيني جاذبه اي تا حد زيادي به دست فراموشي سپرده شده زيرا بيشتر دانشمندان به رويدادهايي در مقياس اتم و هسته اش روي آورده بودند. با اين وصف ، در اوايل دهه 1960 با افزايش چشمگيري كه در تعداد و حيطه مشاهدات ستاره شناسي با بهره گيري از تكنولوژي نوين حاصل شد توجه به مسايل بلند مقياس نجومي قوت گرفت و علم هييت و دانش كيهاني رونقي تازه يافت و به دنبال آن دوباره كار اوپنهايمر بوسيله تعدادي از علاقمندان طرف توجه قرار گرفت و در طريق گسترش افتاد.
اطلاعاتی كه هم اكنون ما از كار اوپنهايمر داريم به شرح و تفسيري است كه مي خوانيد:
ميدان جاذبه اي ستاره مسير هاي اشعه نور را در فضا – زمان از امتداد اصلي خود يعني از امتدادي كه بي حضور آن ستاره ميبايد داشته باشد تغيير مي دهد.ميدان جاذبه اي ستاره مخروط هاي نوري را كه مسير هاي افشانه هاي نور صادره از رئوسشان در فضا – زمان تعيين مي كنند اندكي به سمت داخل سطح ستاره متمايل مي سازند ، اين عمل را مي توان به هنگام كسوف خورشيد عينا در خميدگي نور ساطعه از ستارگان دور دست مشاهده كرد. به محض اينكه ستاره منقبض مي شود ميدان جاذبه اي در سطح آن قوي تر شده و خمش مخروط نور به طرف آن بيشتر مي شود اين عمل رهايي نور را از آن ستاره دشوار تر ساخته و نور به نظر ناظري كه از فاصله دور آنرا مي نگرد تارتر و سرختر مي نمايد. سر انجام پس از اينكه شعاع كره ستاره در اثر انقباض آن تا رسيدن به مقداري بحراني كاهش يافت ميدان جاذبه در سطح آن بقدري قوي مي شود كه مخروط هاي نور را آنقدر به سمت سطح ستاره خم مي كند كه ديگر نور نمي تواند از آن بگريزد به موجب نظريه نسبيت عام هيچ چيز ديگري هم نخواهد توانست از چنگ آن رهايي يابد و هر چيزي با كمند ميدان جاذبه اي ستاره به پس كشيده شود.از اينرو در ناحيه اي از فضا – زمان مجموعه عوارضي وجود دارد كه خلاصي از آن براي رسيدن به ناظري دور مكان امكان پذير نيست. اين همان ناحيه اي است كه ما اكنون آنرا سياهچال مي ناميم و مرز آن با محيط پيرامونش را كه در حقيقت حريمي بي امنيت است – افق عارضه اي مي خوانيم كه بر پوشه مسير هاي اشعه نوري كه اكنون از نجات خود از اين سياهچال عاجزند منطبق است.
براي استدراك اينكه اگر شما ناظر بر در همفرونشيني ستاره اي درجريان تبديل آن به سياهچال بوديد چه مي ديديد بايد بياد بياوريد كه در نظريه نسبيت زمان مطلقي وجود ندارد و هر ناظري زمان را انطور كه اقتضاي او است مي سنجد. زمان براي كسي كه در ستاره اي مكان گرفته با زمان براي آنكه در فاصله دوري نسبت به او قرار گرفته فرق دارد. زيرا ميدان جاذبه اي آن ستاره در اين سنجش و اندازه موثر مي باشد. فرض كنيد فضانورد جسور و بي باكي بر سطح ستاره اي كه درحال همفرونشيني است ايستاده و به اتفاق آن به سوي درون مشغول در هم فرونشيني بوده و در سر هر ثانيه از روي ساعت خود علامتي به سفينه فضايي خود كه در حول آن ستاره مي گردد مخابره كند. اكنون فرض كنيد مثلا در ساعت 00/11 به ساعت او ستاره منقبض شده باشد كه شعاع كره آن به حد بحراني رسيده و ميدان جاذبه اي آن آنقدر قوي شده باشد كه هيچ چيز نتواند از آن بگريزد و علامتي هم ديگر به سفينه فضايي مخابره نشود. هنگامي كه ساعت به 00/11 نزديك مي شود همكاران اين فضانورد كه از سفينه فضايي مراقب او هستند متوجه مي شوند كه فاصله زماني بين علائم خبري متوالي كه از سوي فضانورد صادر مي شود طولاني تر و طولاني تر مي شود ولي آن اثر قبل از لحظه 5959/10 بسيار كوچك است و آنها بايد بين 5958/10و 5959/10 فقط تعداد بسيار اندكي بيشتر از يك ثانيه براي دريافت خبري از فضانورد صبر كنند اما براي دريافت علامتي در ساعت 00/11 بايد تا ابد صبر كنند از نظر ناظراني كه در سفينه فضايي قرار دارند امواج نوري كه از سطح ستاره به وسيله ساعت فضانورد بين لحظات 5959/10 و 00/11 فرستاده مي شوند در دوره اي نامتناهي از زمان به خارج انتشار مي يابد و فاصله زماني بين ورود امواج متواليه به سفينه فضايي طولاني و طولاني تر شده و نوري كه از ستاره ساطع مي شود سرخ تر و سرخ تر و تيره وتيره تر مي شود و سر انجام آن ستاره آنقدر تيره و تار خواهد شد كه ديگر از سفينه فضايي ديدار پذير نخواهد بود يعني : آنچه كه از آن باقي مي ماند سياهچالي است در فضا ، با اينهمه ستاره به اعمال همان نيروي جاذبه اي به سفينه فضايي ادامه مي دهد تا گردش آنرا درحول سياهچالي كه بدست خود ساخته است تداوم بخشد.
با اين اوصاف اين صحنه سازي به دليل مسئله زير كاملا واقع بينانه نيست : هر چه شما از ستاره دورتر باشيد اثر نيرو جاذبه آم بر شما ضعيف تر مي شود بنابراين نيروي جاذبه وارد بر پاهاي فضانورد جسور ما هميشه بيش از نيروي جاذبه وارد بر سر او خواهد بود اين اختلاف فشار فضانورد ما را پيش از انقباض ستاره تا شعاع بحراني خود و تشكيل افق عارضه همانند اسپاگتي كش داده و يا اورا از هم جر مي دهد! با وجود اين ما بر اين باوريم كه در اين عالم كبير اجسام بزرگتري نطير ناحيه مركزي كهكشان ها وجود دارند كه مي توانند انقباض جاذبه اي را تاحد سياهچال ها تحمل كنند و فضانوردي كه برروي يكي از اينها قرار گرفته باشد پيش از شكل گرفتن سياهچال از هم دريده نخواهد شد و در واقع در موقع حصول شعاع بحراني ، او چيز ويژه اي را احساس نخواهد كرد و مي تواند بي ديدن لحظه اي كه ديگر گريزي از آن محل برايش ميسر نيست آنرا از سر بگذراند. با اين وصف ، در ظرف فقط چند ساعتي كه از ادامه در همفرونشيني آن ناحيه گذشت آنگاه اختلاف بين نيرو هاي جاذبه وارد بر پاها و سر او آنقدر قوي خواهد شد كه باز هم او را خواهد دريد.
كاري كه راجر پن روز و ن بين سال هاي 1965 و 1970 انجام داديم نشان داد كه به موجب نظريه نسبيت عام بايستي در رابطه با نامتناهي بودن چگالي و بينهايت بودن خميدگي فضا – زمان ، درون يك سياهچال يك تكينگي وجود داشته باشد كه تا اندازه اي شبيه به حالت انفجار بزرگ در آغاز زمان است فقط با اين تفاوت كه اين تكينگي پاياني از زمان براي همفرونشيني ستاره و فضانورد مي باشد.در اين تكينگي قوانين علمي و توانايي ما براي پيشگويي آينده دستخوش از هم فروپاشي مي شود. با وجود اين هر ناظري كه در بيرون سياهچال باشد از نقيصه اي كه درقابليت پيشگويي ما پديد آمده است متاثر نخواهد شد زيرا نه نور و نه هيچ علامت خبري ديگري نمي تواند از اين تكينگي به او برسد. اين حقيقت شايان تامل و در خور توجه راجرپن روزا به آنجا رهنمون شد تا پيش فرض سانسور صفتي كيهاني را عرضه بدارد كه مي شود آنرا به اين گونه تاويل كرد : خداوند از تكينگي عريان و بي پرده متنفر و بيزار است. به ديگر سخن تكينگي هايي كه از طريق در همفرونشيني جاذبه اي بوجود مي آيند فقط در مكان هاي شبيه سياهچال ها بوقوع مي پيوندند كه درآنجا آنها بوسيله افق عارضه اي از چشمرس بيرون به نحو شايسته اي پنهان هستند. دقيقا اين همان چيزي است كه به پيش فرض سانسور صفتي بودن ضعف كيهاني شناخته شده است : اين خصيصه ناظراني را كه در بيرون سياهچال باقي مي مانند از عواقب لغو قابليت پيشگويي كه در موقع تكينگي رخ مي دهد حفظ و حراست مي كند ولي براي فضانورد بدبخت فلك زده كه در آن چاله افتاده به هيچ وجه كاري انجام نمي دهد.
براي معادلات نسبيت عام كه در آنها براي فضانورد ما امكان ديد يك تكينگي بي پوشش و عريان ميسر باشد راه حلهاي چندي وجود دارند تا : شايد او بتواند از برخورد با اين تكينگي دوري گزيند و بجاي آن با افتادن در يك راه مارپيچ در نقطه ديگري از كيهان سر بيرون آورد. اين امر امكاناتي بزرگي را براي مسافرت هاي فضا – زماني فراهم خواهدساخت اما بدبختانه چنين به نظر مي رسد كه تمام اين راه حلها ممكن است بسيار ناپايدار باشند و كمتر ين اختلالي مانند حضور يك فضانورد ممكن است طوري آنها را تغيير دهد كه فضانورد نتواند تكينگي را تاوقتي كه به آن برخورد نكرده مشاهده كند يعني وقتي كه كار از كارگذشته وزمان براي اوبه پايان رسيده است. به عبارت ديگر ، اين تكينگي هميشه در آينده او وجود خواهد داشت و هرگز در گذشته او موجود نبوده است . تاويل محكم و ميتن پيش فرض سانسور صفتي جهان هستي شارح آنست كه درراه حلي واقع بينانه ، تكينگي ها همواره يا كاملا در آينده قرار دارند ( مانند تكينگي هاي در همفرونشيني جاذبه اي ) و يا كاملا در گذشته وقوع يافته بوده اند ( مانند تكينگي انفجار بزرگ ) بايد اميد بسيار داشت كه برخي از تفسير هاي پيش فرض سانسور صفتي جهان هستي تحقق يابد زيرا شايد مسافرت به گذشته همدوش با تكينگي هاي آشكار و برهنه امكان پذير باشد. با اينكه چنين تفسيري براي نويسندگان افسانه هاي علمي- تخيلي ، نغز و زيبا است ولي معناي آن اين است كه زندگي هيچ كس هميشه ايمن نيست چرا كه : ممكن است كسي به درون گذشته برود و پيش از آنكه شما آگاه شويد پدر و مادرتان را به قتل برساند!
افق عارضه و يا مرز ناحيه اي از فضا – زمان كه گريز از آن امكان پذير نيست تا اندازه اي همانند سراپرده اي با راه يك طرفه در پيرامون سياهچال عمل مي كند يعني : در آن افتادن همان و تا ابد در آنجا ماندن همان ، چيزهايي مانند فضانورد بي تدبير مي توانند از طريق افق عارضه بدرون سياهچال فروروند ليكن هرگز چيزي نمي تواند از طريق افق عارضه از اين سياهچال به خارج فرار كند.( بياد داشته باشيد كه افق عارضه مسير نوري است در فضا – زمان كه در تلاش رهايي از سياهچال مي باشد و ضمنا هيچ چيز تندتر از نور حركت نمي كند . ) ممكن است كسي افق عارضه را باگفته دانته در مدخل جهنم هم مضمون بداند كه گفت : هر كس كه وارد اين جا شود همه اميدش را از دست مي دهد. هر چيز يا هر كسي كه از طريق افق عارضه در اين چاه ويل فرو افتاد بزودي به ناحيه اي خواهد رسيد كه در آن چگالي به بي نهايت و زمان به غايت رسيده است.
نظريه نسبيت عام پيشگويي مي كند كه اجسام سنگين و متحرك موجب انتشار امواج جاذبه اي و چين خوردگي هاي در خميدگي فضا مي شوند كه با سرعت نور حركت مي كنند. اينها هم مانند امواج نوراني هستند كه چين خوردگي هاي در ميدان الكترو مغناطيسي مي باشند. ولي آشكار ساختن آنها به مراتب مشكل تر است ، آنها هم مانند نور انرژي اجسام ناشر خودشان را به يغما مي برند. بنابراين ممكن است كسي انتظار اين را داشته باشد كه منظومه از اجسام جسيم سرانجام در هم فرو نشسته و به حالت سكون در آيد ، زيرا انرژي آنها به وسيله امواج جاذبه اي تاراج مي شود. ( اين تا اندازه اي شبيه سقوط چوب پنبه اي به درون آب است يعني : در ابتدا مدتي بر روي سطح آب پايين و بالا مي رود ولي سرانجام پس از اينكه چين خوردگي هاي سطح آب انرژي انرا چپاول كردند بي رمق وناتوان بر روي سطح آب ساكن مي شود ).مثلا حركت زمين در مدار خود به دور خورشيد مولد امواج جاذبه اي است و اثر از بين رفتن انرژي آن سبب تغيير مدار حركت زمين مي شود به قسمي كه اين مدار به تدريج به خورشيد نزديك تر و نزديك تر شده و سرانجام به آن تصادم كرده و به حالت سكون در مي آيد شدت افت انرژي براي خورشيد و زمين بسيار كم و به اندازه اي است كه براي كار اندازي يك نجاري برقي كافي باشد. اين به معني آن است كه تقريبا يك هزار ميليون ميليون ميليون ميليون سال به درازا مي كشد تا زمين در مسيري حلزوني به خورشيد به پيوندد. بنابراين موجبي آني براي نگراني موجود نيست. تغيير مدار زمين بسيار به كندي انجام مي گيرد و قابل مشاهده نيست ليكن همين اثر در چند سال گذشته در مورد منظومه اي موسوم به PSR1913+16 در حال وقوع بوده است. اين منظومه داراي دو ستاره نوتروني است كه هر يك به دور ديگري مي گردد و مقدار انرژي كه آنها از طريق انتشار امواج جاذبه اي از دست مي دهند موجب گردش آنها در مسير مارپيچي به سوي يكديگر مي شود.
در طول مدت در هم فرونشيني يك ستاره براي تشكيل يك سياهچال ، حركات بسيار تندي خواهند شد و به اين ترتيب شدت انرژي بر باد رفته خيلي بيشتر مي شود بنابراين زمان رسيدن آن ستاره به حالت سكون طولاني نخواهد بود. حال ببينيم اين مراحل پاياني شبيه چيست؟ ممكن است كسي تصور كند كه شباهت اين مرحله به همه كميت ها و كيفيت هاي پيچيده ستاره بستگي دارد كه در شكل گرفتن سياهچال دخالت داشته اند يعني نه تنها به جرم و سرعت دوران ستاره بلكه همچنين به چگالي هاي مختلف اجزاء گوناگون آن و حركت هاي پيچيده گازهاي درون ستاره وابسته مي باشد. و اگر سياهچال ها هم به گوناگوني همان اجسامي بودند كه با در همفرونشيني خود آنها را تشكيل داده اند آنگاه هر گونه پيشگويي درباره سياهچال ها به طور كلي شايد دشوار باشد.
با اينهمه در سال 1967 دانشمندي كانادايي بنام ورنراسرائيل در مطالعه و بررسي سياهچال ها انقلابي پديد آورد . او نشان داد كه بر طبق نظريه نسبيت عام سياهچالهاي غير دوار بايد خيلي ساده باشند. شكل اين نوع سياه چال ها بايد كاملا كره بوده و ابعادشان بستگي به جرمشان داشته و هر زوج از آنها كه جرمشان با هم برابر باشد يكسان مي باشند.در حقيقت مي توان اين سياه چالها را با راه حل ويژه اي از معادلات انيشتن كه از سال 1917 معروفيت يافته اند توجيه كرد. اين راه حل ، كوتاه زماني پس از عرضه نظريه نسبيت عام ، به وسيله كارل شوارتزشيلد كشف شد. در آغاز افراد بسياري از جمله خود اسرائيل معتقد بودند كه چون سياه چالها بايد كاملا كروي باشند پس سياه چالها فقط مي توانند از در همفرونشيني يك جسم كاملا كروي تشكيل شوند. بنابراين هر ستاره حقيقي كه هرگز نمي تواند كره كاملي باشد – تنها مي تواند درشكل يك تكينگي عريان در همفرونشيند.
با اينهمه ، تاويل متفارتي از دستاورد اسرائيل وجود داشت كه مورد حمايت راجرپنروز بويژه جان ويلر قرار گرفت. آنان بر اين باور بودند كه حركات سريعي كه مستلزم در همفرونشيني يك ستاره مي باشند به معناي اين است كه امواج جاذبه اي كه اين ستاره منتشر مي كند كرويت آنرا به طور مستمر افزايش مي دهند و زماني كه آن ستاره به حالت سكون برسد كرويتي كامل خواهد داشت. برطبق اين نظر هر ستاره غير دواري با وجود شكل پيچيده و ساختار دروني غامض خود پس از همفرونشيني جاذبه اي به سياهچال كاملا كروي تبديل مي شود كه اندازه اش تنها به جرمش بستگي دارد. محاسبات بعدي مويد اين نظر بودند و به طور كلي مورد پذيرش قرار گرفت.
دستاورد ورنر اسرائيل سياهچالهايي را در بر مي گرفت كه فقط از اجسام غير دوار شكل گرفته بودند.يكي از شهروندان زلاندنو به نام روي كرا در سلا 1963 موفق به كشف مجموعه اي از راه حلهاي معادلات نسبيت عام شد كه سياهچالهاي دوار را تشريح مي كردند. سياهچالهاي كري با سرعت ثابتي دوران مي كنند و اندازه و شكل آنها تنها به جرم و نر دوران آنها بستگي دارد. اگر اين نرخ صفر باشد آن سياهچال كاملا مدور بوده و راه حل مربوط به آن با راه حل شوارتز شيلد يكسان است. اگر دوران مخالف صفر باشد سياهچال از نزديك خط استوايش به بيرون شكم مي دهد ( عينا مانند شكم دادن خورشيد يا زمين در نتيجه دوران به دورخودشان ) و هر چه تندتر به چرخد بيشتر شكم مي دهد. به اين ترتيب براي تعميم دستاورد اسرائيل به اجسام دوار كمان بر اين است كه هر جسم دواري كه براي تشكيل سياهچالي درهم فرونشيند سرانجام به حالت سكوني كه راه حل ( كري ) آنرا تشريح كرده درمي آيد.
در سال 1970 يكي از دانشجويان و همكاران پژوهشي من در دانشگاه كمبريج بنام براندون كارتر نخستين گام را درراه ايقان و اثبات چنين گماني برداشت. او نشان دا به شرطي كه يك سياهچال دوار و ساكني داراي محور متقارني نظير محور يك فرفره چرخان باشد اندازه و شكلش فقط به جرم ونرخ دوارنش بستگي دارد. سپس در سال 1971 من ثابت كردم كه هر سياهچال دوار ساكني در واقع داراي چنين محور تقارني هست. سرانجام در سال 1973 ديويد رابينسون از دانشكده پادشاهي لندن از دستاورد هاي كارتر و من براي اثبات صحت آن گمان بهرمند شد: يك چنين سياهچالي در حقيقت بايد پيرو راه حل كري. از اين قرار يك سياهچال پس از در همفرونشيني جاذبه اي بايد به حالتي در آيد كه بتواند در آن دوران كند اما نه ضربان افزون براين شكل و اندازه آن وابسته به جرم و نرخ دورانش باشد نه به جنس جسمي كه با آن در هم فرونشيني خود را آغاز كرده است.اين نتيجه به اين قضيه معروف شد كه : سياهچال زلف ندارد. قضيه بي زلفي واجد اهميت عملي بزرگي است زيرا تنوع سياهچالها را به شدت محدود مي كند بنابراين امكان ساختن مدل هاي اجسامي كه ممكن است شامل سياهچال هاي باشند ميسر مي شود و مقايسه پيشگويي هاي اين مدل ها با مشاهدات انجام پذير ميشود. اين قضيه همچنين گويايي آن است كه هنگامي كه سياهچالي شكل گرفت بايد مقادير بسيار زيادي اطلاعات مربوط به جسمي را كه در همفرونشسته است از دست داده زيرا پس از آن تمام چيز هاي قابل اندازه گيري آن جسم شايد جرم و سرعت دوران آن باشد كه مراد از آن را در بخش بعدي كتاب خواهيم ديد.
سياهچالها در تاريخ علم يكي از موارد بسيار نادري هستند كه در آن يك نظريه اي همانند يك مدل رياضياتي پيش از وجود هر گونه و مدرك مشاهداتي كه دال بر صحت آن باشد با طول و تفسير زياد بسط و گسترش يافت. و در حقيقت همين به عنوان دليلي اصلي مورد استفاده مخالفان وجود سياهچالها قرار گرفت كه مي گفتند: چگونه ممكن است كسي به اجسامي معتقد باشد كه تنها سند وجودي آنها بر اساس محاسبات نظريه تردد آميز و پرسش بر انگيز نسبيت عام استوار باشد؟ با اين وصف ، مارتن اشميت ستاره شناس رصدخانه پالومر كاليفرنيا در سال 1963 سرخ گرايي يك جسم شبه ستاره تيره رنگ را در راستاي منبع انواج راديوي موسم به 3C273 اندازه گرفت. او كشف كرد كه اين سرخ گرايي از نوع گرانشي باشد آنگه آن شبه ستاره بايد به اندازه اي تنومند و بقدري به ما نزديك باشد كه موجب اختلال در مدارات سيارات منظومه شمسي گردد اما اين قضيه در عوض به ما چنين مي فهمانيد كه سبب اين سرخ گرايي انبساط عالم هستي است كه آن هم به نوبه خود اشاره بر اين داشت كه چنين جسمي بايد در فاصله بسيار دوري قرارداشته وبراي اين كه از اين فاصله بعيد قابل ديد باشد بايستي بسيار درخشان و فروزان بوده و به عبارت ديگر در حال انتشار مقدار عظيمي انرژي باشد. به نظر مي آمد كه تنها مكانيسمي كه مردم مي توانستند در مورد منبع و علت توليد چنين انرژي بزرگي به آن به انديشند نه فقط در هم فرونشيني يك ستاره بلكه در هم فرونشيني كل ناحيه مركزي كهكشان باشد. تعداد اجسام ديگر موسوم به كوازار كشف شدند كه همه آنها به مقدار زياد سرخ گرا بودند ليكن همگي به اندازه اي از ما دور هستند كه مشاهده آنها براي فراهم كردن مدركي قاطع از سياهچال ها بسيار دشوار است . دل گرمي ديگري كه براي يافتن اثر از سياهچال ها حاصل شد از طريق اكتشافي در اجرام آسماني بود كه ناشر ضربان هاي منظمي از امواج راديوي بودند و كاشف آن يك دانشجوي تحقيقاتي كمبريج بنام جاسليمبل بود كه در سال 1967 يافته خود را عرضه كرد. بل و سرپرست او به نام انتوني هيوايش در آغاز خيال مي كردند كه شايد با تمدني بيگانه در كهكشان تماس گرفته اند به ياد دارم كه در سميناري كه آنها يافته خود را اعلام كردند نام نخستين منابع چهار گانه اي راكه كشف كرده بودند ( LGH1_4 ) گذشته بودند ( مخفف آدم كوچولو هاي سبز مي باشد ) با اين وصف درپايان اين سمينار ، هم ايشان و هم ديگران به اين نتيجه كمتر خيالي رسيدند كه اين اجسام كه به آنها نام ستاره هاي طپنده داده شده بود در حقيقت ستاره هاي نوترني دواري هستند كه به دليل فعل و انفعالي پيچيده بين ميدان مغناطيسي خودشان و مواد پيرامونشان در حال انتشار امواج راديوي مي باشند.اين دستاورد براي نويسندگان وسترن هاي فضايي ، خبر بدي بود ولي براي تعداد اندكي از ما كه در آن زمان به سياهچال ها معتقد بوديم مژده اي اميدوار كننده بود يعني : آن نخستين شاهد مثبت از ستاره هاي نوتروني بود يك ستاره با شعاعي در حدود 16 كيلومتر است يعني فقط جند برابر شعاع بحراني كه به ازاء آن ستاره اي تبديل به يك سياهچال مي شود اگر ستاره اي بتواند تا به اين حد كوچكي درهم فرونشيند توقع اينكه ستارگان ديگري هم بتوانند حتي تا اندازه اي كوچكتري در هم فرو نشسته و به سياه چال تبديل شوند غير منطقي نخواهد بود.
ما چگونه مي توانيم به آشكار ساختن سياه چالي اميدوار باشيم كه همان گونه مه از نامش پيدا ست هيچ نوري از آن ساطع نمي شود؟ اين تا اندازه اي شبيه جستجوي گربه سياهي درذغالدوني است. اما راهي بر اي آن وجود دارد. همانطور كه جان ميچل در سال 1783 در رساله راهگشاي خود خاطر نشان ساخت يك سياه چال هنوز هم به اجسام مجاور خود يك نيرو جاذبه وارد مي كند. ستاره شناسان، منظومه هاي بسياري را مشاهده كرده اند كه در آنها دو ستاره به دور يكديگر گردش مي كنند و با نيروي جاذبه به سوري يكديگر كشيده مي شوند، آنان همچنين منظومه هاي را ديده اند كه در آنها تنها يك ستاره مرئي در حول يك همبازي نامرئي گردش مي كند. بديهي است كه كسي نمي تواند في الفور داوري كند كه آن همبازي يك سياه چال استزيرا شايد: آن صرفا ييك ستاره خيلي كم نوري باشد كه به ديده در نيايد. با اينهمه برخي از اين منظومه ها مانند منظومه معروف به صروت فلكي غرنوق نيز منيع سرشاري از اشعه ايكس هستند بهترين توضيح براي اين پديده اين است كه بگوييم ماده درون اين ستاره نامريي از سطح آن به بيزون فوران كرده است و هنگامي كه اين ماده بدنبال همبازي نامريي خود مي افتد حركتي مارپيچي پديدار كرده ( تا اندازه اي شبيه جهش آب از يك آبپاش يا فواره ) و بسيار داغ و سوزان شده و شروع به انتشار اشعه ايكس مي كند.براي اين كه چنين مكانيسمي به تحقق بپيوندد آن جسن نامريي بايد همانند يك كوازار يا شبه ستاره نوتروني يا يك سياهچال كوچك باشد.كمترين جرم اين جسم ناپيدا را مي توان به وسيله مدار مشهود آن ستاره مرئي تعيين كرد.اين جرم در مورد صورت فلكي غرنوق تقريبا 6 برابر خورشيد مي باشد كه بر طبق دستاورد چاندراسخار براي جسمي نامرئي كه به صورت كوازار باشد اين مقدار بسيار زياد به نظر مي رسد و نيز براي ستاره نوتذوني جرمي عظيمي به شمار مي رودبنابراين اين جسم پرده نشين بايد يك سياهچال باشد.
براي توضيح صورت فلكي غرنوق مدلهاي ديگري وجود دارند كه سياهچال ها را در بر نمي گيرند لكن همگي تا اندازه اي بلا تشبيه مي باشند ، به نظر مي رسد كه يك سياهچال بايد تنها توضيح طبيعي و راستين در اين مشاهدات باشد. با وجود اين من با انيسيتو تكنولوژي كيپ تورنه كاليفرنيا شرط بسته ام كه صورت فلكي غرنوق شامل سياهچالي نباشد! اين نوع خط مشس به منزله بيمه اي براي من است . من كارهاي بسياري بر روي سياهچال ها انجام داده ام كه اگر معلوم شود سياهچالي وجود ندارد همه زحمات من برباد خواهد رفت ولي در آن صورت تنها مايه دلداري من ارمغاني است كه از برنده شدن در اين شرط بندي عايدم مي شود يعني دريافت چهار سال مجله Private Eye . اما اگر وجود سياه چالي محقق شود سازمان كيپ برنده يكسال مجله Pent House خواهد شد. وقتي كه ما در سال 1975 اين شرط را مي بستيم تا هشتاد در صد يقين داشتيم كه صورت فلكي غرنوق يك سياه چال است و در حال حاضر بايد بگوييم كه يقين ما به نود و پنج درصد رسيده است ليكن آن شرط هنوز باقي و بر قرار است.
ما اكنون هم مداركي براي سياه چالهاي متعدد ي در منظومه هاي نظير صورت فلكي غرنوق داريم كه در كهكشان خودمان و در دو كهكشان همسايه ما ( ابر هاي ماژلان ) وجود دارند، با اين حال تعداد سياهچال ها تقريبا به طور يقين بايد خيلي بيشتر از اينها باشد ، در طول تاريخ دور و دراز كيهان بايد سوخت هسته اي بسياري از ستارگان به پايان رسيده باشد و گرفتار در همفرونشيني شده باشند. حتي تعداد سياهچالهابايد افزونتر از ستارگان مرئي باشد كه تعدادشان فقط در كهكشان ما تقريبا بالغ بر صد هزار ميليون است. نيروي جاذبه خارق العاده چنين تعداد عطيمي از سياهچال ها مي تواند گوياي اين باشد كه چرا كهكشان ما با چنين سرعتي كه اكنون دارد دوران مي كند؟ زيرا جرم ستارگان مرئي موجود در كهكشان ما براي محاسبه چنين سرعتي به تنهايي كافي نيست. ما همچنين داراي شواهد و مداركي چند مي باشيم مشعر بر اينكه سياه چالي با جرم خيلي بيشتري در مركز كهكشان ما وجود دارد كه جرم آن در حدود يك صد هزار برابر جرم خورشيد است. ستارگان موجود در اين كهكشان كه زياد به اين سياهچال نزديك مي شوند در نتيجه اختلاف حاصل در نيروهاي جاذبه اي در دو سمت دور و نزديكشان از هم دريده خواهند شد وبقاياي آنها و گازي كه از ستارگان ديگر متصاعد مي شود به سوي اين سياهچال كشيده شد و همانند صورت فلكي غرنوق اين گاز ها با هم در مسيري مارپيچي چرخزنان به درون آن فرو خواهند رفت و در اين ضمن گرم هم مي شوند ولي نه به درجه اي كه در آن مورد گرم مي شدند يعني به آن اندازه گرم نمي شوند كه بتوانند اشعه ايكس از خود منتشر سازند ليكن گرماي آن به حدي مي رسد كه بتوانند براي همين منبع متراكم امواج راديويي و پرتو هاي فرو تر از سرخي كه از مركز كهكشانها صدار مي شوند پاسخي فراهم سازند.
گمان مي رود سياهچال هاي مشابه ولي بزرگتري با جرمهايي نزديك به يكصد ميليون برابر خورشيد وجود داشته باشند كه درمراكز كوازار ها قرار دارند. ماده اي كه درون چنين سياهچال مافوق سنگيني فرو مي افتد يگانه منبع پر قدرتي را بوجود مي آورد كه بتواند آن مقادير عظيمه انرژي را كه اين اجسام در حال انتشار آنها هستند تبيين و تشريح كند ، به محض آنكه ماده به درون سياهچال تنوره مي كشد آنرا در همان جهتي بدوران در آورد كه موجب پيدايش يك ميدان مغناطيسي شود كه تا اندازه اي شبيه ميدان مغناطيسي زمين است. ماده ساقطه در اين سياهچال در نزديكي آن ذراتي بسيار پر انرژي توليد خواهند كرد و كيدان آهن ربايي حاصله به اندازه اي توانمند است كه مي تواند اين ذرات را به صورت افشانه هايي در آورد كه از دو انتهاي محور دوران يعني در امتداد قطبهاي شمال و جنوب سياهچال به بيرون فوران كنند چنين افشانه اي در تعدادي از كهكشانها و كوازار ها واقعا مشاهده شده اند.
همچنين مي توان سياه چال هايي رامشاهده كرد كه جرمي بسيار كمتر از جرم خورشيد دارند چنين سياهچالهاي نمي توانند از طريق در همفرونشيني جاذبه اي شكل گرفته باشند زيرا جرم آنها پايين تر از حد جرمي چاندراسخار است و ستارگاني با اين جرم كم حتي با پايان رسيدن سوخت هسته ايشان نم مي توانند در برابر نيروي جاذبه اي حافظ خود باشند. تشكيل سياهچالهاي كم جرم فقط در صورتي امكان پذير است كه ماده آنها تحت فشار هاي بسياز زياد تا رسيدن به چگالي هاي فوق العاده بالا در هم فشرده شوند چنين فشار هايي در بمب هاي هيدروژني خيلي حادث مي شود و : جان ويلر فيزيكدان معروف يك بار حساب كرده بود كه اگر كسي تمام آب هاي سنگين اوقيانوس هاي روي زمين را گردآوري كند آنگاه مي تواند از آنها بمب هيدروژني بسازد كه فشار حاصل از انفجار آن بقسمي ماده را به مركزش فشار دهد كه تبديل به سياهچال شود. امكان عملي تر آنست كه يك چنين سياهچالهاي كم جرمي ممكن است در همان اوايل آفرينش كيهان كه بر آن درجه حرارت و فشار زيادي حاكم بوده است تشكيل شده باشند سياهچالها فقط در صورتي مي توانند تشكيل شده باشند كه كيهان در اوايل بوجود آمدنش كاملا هموار و يكنواخت نبوده باشد زيرا فقط در صورتي كه ناحيه كوچكي از آن چگالي از حد ميانگين باشد مي تواند با اين شيوه در هم فشرده شود تا به تشكيل سياهچالي بينجامد فقط ما مي دانيم كه درآن ازمنه بايد بي نظمي هايي وجود مي داشته است زيرا در غير اين صورت ماده موجود در عالم خلقت بايد هنوز هم بجاي اينكه در ستاره ها و كهكشانها بروي هم تل انبار شده باشدبكونه اي يكنواخت در سراسر عالم پخش شده باشد.
الزامي بودن وجود اين ناهمگوني ها به عنوان خمير مايه اي براي تشكيل سياهچالها رهنمون اين نكته است كه تشكيل سياهچال هاي ابتدايي بطور وضوح بستگي به جزييات شرايط و اوضاع و احوال اوايل كيهان دارد. به اين ترتيب اگر ما بتوانيم تعيين كنيم كه هم اكنون چند سياهچال ابتدايي وجود دارد آنگاه مي توانيم طلاعات بسياري از همان مراحل اوليه كيهان فراگيريم. سیاه چال هاي ابتدايي را كه داراي جرمي بيشتر از يك هزار ميليون تن باشند ( يعني برابر با جرم يك كوه بزرگ ) مي توان فقط از طريق اثر جاذبه اي آنها بر ديگران برماده مرئي يا انبساط جهان به شناسايي در آورد .
براي رسيدن به چنين سرعتي، بطور طبيعي، يك مشكل وجود دارد، و آن اين است كه فقط نور چنين سرعتي دارد. چيزهايي كه مثل انسان و سفينة فضائي از ماده ساخته شده اند، حتي نمي توانند حدود آن سرعت را داشته باشند. به همين دليل، هيچ چيزي نمي تواند از حفره سياه بگريزد. اگر نور نتواند از حفره سياه بگريزد، اين بدين معني است كه ما قادر به ديدن آن نخواهيم بود و در نتيجه، نمي توانيم بفهميم كه چه چيزي در حفره سياه اتفاق ميافتد. در حقيقت عقايد ما در مورد حفرههاي سياه از تئوري كلي نسبيت آلبرت انيشتين منشاء ميگيرد. براي دانشمندان مسلم است كه داخل يك حفره سياه فعل و انفعالات فيزيكي ناشناخته زيادي انجام ميگيرد .
حفرههاي سياه بازمانده از ستارگان عظيمي هستند كه سوختشان به اتمام رسيده و به اصطلاح مرده اند. البته، فقط ستارگاني كه حجم آنها بيش از سه برابر خورشيد خودمان است، حفرههاي سياه بوجود ميآورند. بعضي از اين ستارگان عظيم، منفجر شده و بصورت يك "سوپر نوا"ي درخشان در ميآيند. بعضي سوپر نواها، بطور كامل منفجر شده و چيزي از خود باقي نمي گذارند. اما بعضي ديگر در مركز خودشان فرو ميريزند و همه مواد در آنها با هم محكم برخورد كرده و به هم مي چسبند. بستگي به اينكه مركز آنها چقدر عظيم و حجيم باشد، سوپر نواها تبديل به نوترون شده و يا تبديل به حفرههاي سياه ميشوند .
به اين خاطر كه ما نميتوانيم خود حفرههاي سياه را ببينيم، ممكن است فكر كنيم كه پيدا كردن آنها غير ممكن است. اما به كمك فنآوريهاي ستاره شناسي، اولين آنها در سال 1972 ميلادي كشف شد. نام اين حفره Cyghus x-1 و متعلق به كهكشان راه شيري است. با وجود اينكه خود حفرههاي سياه ديده نميشوند، اما تاثير قوة جاذبه عظيم آنها بر ستارههاي نزديكشان را ميتوان بررسي كرد. هميشه يك ستاره، با سوپر نوا جفت ميشود و گازهاي حاصل از آن ستاره بصورت مارپيچ به داخل سوپر نوا بلعيده ميشوند. حركت مارپيچي گازها، تصوير يك حفره سياه را در مركز سوپر نوا بوجود ميآورد و بدين جهت است كه آن را حفره سياه مي نامند .
در هسته كهكشان راه شيري يك سياهچاله پرجرم قرار دارد كه نور را به درون خود مي مكد و بدين ترتيب باعث نامرئي شدن خود مي شود. اما اختر شناسان مي گويند كه طي چند سال آينده قادر خواهند شد سايه كلي اين سياهچاله را مشاهده كنند.
آوري برادريك (Avery Broderick) از مركز اختر فيزيك هاروارد مي گويد" كليد و اساس اختر شناسي سياهچاله اي اكنون در چنگ ماست. ما اكنون مي توانيم سايه اي كه سياهچاله بر روي مواد اطراف خود مي اندازد مشاهده كرده و اندازه و چرخش خود سياهچاله را تعيين كنيم.هيچ چيز حتي نور نمي تواند از حوزه گرانشي شديد يك سياه چاله فرار كند. و به دليل اينكه از خود نور يا هر گونه شكلي از ماده منتشر نمي كند ، مدرك قابل روئيتي از وجود آنها در دست نيست. اما همينكه ماده به داخل كشيده مي شود ، گرم شده و انرژي را به صورت "نقاط داغ" (Hot Spots) منتشر مي كند. بخشي از اين تابش فرار كرده و قابل رديابي مي گردد. اختر شناسان قبلا تابش ناشي از نقاط داغ را درست بيرون از سياهچاله رديابي كرده اند. آنها عقيده دارند كه اين تابشها پس زمينه اي را ترسيم مي كند كه شناسه و به عبارت ديگر سايه سياهچاله بر روي آن خودنمائي مي كند.به دليل اينكه فن آوري جهت روئيت اين سايه تا چند سال آينده امكان پذير نخواهد بود ، برادريك و آويل اوب از مركز اختر فيزيك هاروارد مدلي را طراحي كرده اند كه ظاهر اين سايه را پيش بيني مي كند.
نقطه داغ تابش به دور سياهچاله مي چرخد اما محققين نمي دانند كه آيا خود سياهچاله هم مي چرخد يا نه. بنابراين Broderick و Loeb دو حالت را ايجاد كردند : يكي سياهچاله بدون حركت و ديگري چرخش با حداكثر سرعت. در هر كدام از حالتها ، نقطه داغ بصورت يك حباب با رنگهاي رنگين كماني كه به دور يك صفحه آبي سخت مي چرخد نمايش داده مي شود. صفحه آبي نمايانگر صفحه پيوسته سياهچاله است كه ماده در آن جمع و داغ مي شود تا در نهايت به درون خود سياه چاله مكيده شود.برادريك مي گويد" مشاهده تمام وقايع تا لبه سياهچاله واقع در مركز كهكشان راه شيري يك رصد واقعا قابل ملاحظه است: چاله اي با قطر 10 ميليون مايل كه بيش از 25.000 سال نوري دور مي باشد. بمنظور روئيت اين سايه ، اختر شناسان به راديو تلسكوپي نياز دارند كه به بزرگي كره زمين باشد. يك چنين تلسكوپي كما بيش درتحقيقات استفاده مي شود. به جاي راديو تلسكوپي كه اندازه غول آساي آن امكان ساخت را غير ممكن مي كند ، اختر شناسان قرائتهاي مجموعه اي از تلسكوپهاي submillimeter سراسر قاره را ادغام خواهند كرد.
قبلا از اين روش كه interferometry ناميده مي شود براي مطالعه پرتوها و علائم طول موج بلند فضاي خارج استفاده شده است. اختر شناسان معتقدند كه بررسي علائم طول موج كوتاه مي تواند تصاويري با كيفيت بالا از ناحيه بيروني سياهچاله ايجاد كند. چاه گرانشي موجود در مركز كهكشان راه شيري بهترين هدف براي رصد با استفاده از interferometry مي باشد زيرا اين روش وسيع ترين منطقه از آسمان را براي رصد سياهچاله پوشش مي دهد. ادغام نتايج رصدهاي انجام شده توسط ابزارهاي فروسرخ مي تواند تصوير با كيفيت تري بوجود آورد.لينكولن گرين هيل (Lincoln Greenhill) از مركز اختر فيزيك هاروارد مي گويد: رصدهاي فرو سرخ و Submillimeter مكمل يكديگر هستند. ما مي بايد هر دو روش را براي بوجود آوردن با كيفيت ترين رصدها مورد استفاده قرار دهيم. اين تنها راهي است كه بتوان يك تصوير كامل از مركز كهكشاني بدست آورد." اما يك تصوير واضح و شفاف از اين سياهچاله تنها حسن شناسائي و رويت سايه آن نيست. اين داده ها در نهايت به اختر شناسان كمك خواهد كرد تا فرضيه نسبيت عام انيشتين را در ميان ميدان گرانشي شديدا قدرتمند يك سياهچاله مورد آزمايش قرار دهند.زمانيكه اختر شناسان به اين هدف نايل شوند ، اولين تصوير از سايه سياهچاله و صفحه يكنواخت درون آن به كتابهاي درسي راه خواهد يافت و نظريات ما در مورد گرانش گستره فضا- زمان كه قويا منحني تصور مي شود مورد آزمايش قرار خواهند گرفت.
منابع :
سیاه چاله هاwww.almassi.persianblog.com
تاريخچه نظريه سياه چاله و بيگ بنگ www.hupaa.com
زندگی یک سیاه چاله www.parssky.com
حفره سياه ( سياهچاله ) چيست؟ www.hupaa.com
تلاش براي ديدن سايه سياهچاله www.hupaa.com
بر پايه اين فرض ، يك غضو برجسته كمبريج بنام جان ميچل در سال 1783 در مكتوبي مندرج در خلاصه مذاكرات مجمع سلطنتي لندن خاطر نشان ساخته بود كه اگر ستاره اي بقدر كفايت سنگين و متراكم باشد ميدان جاذبه آن بقدري توامند است كه نور در آن به تله افتاده و راهي براي رهايي ندارد يعني : هر نوري كه از سطح آن ستاره ساطع شود پيش از آنكه خيلي از آن دور شود در دام جاذبه گرانشي آن ستاره افتاد و به پايين كشيده مي شود . جان ميچل بر اين باور بود كه بايد ستاره هاي بسياري نظير اين ستاره وجود داشته باشند. باوجودي كه چون نور اين ستاره به ما نمي رسند كا قادر بديدن آنها نيستيم اما جاذبه گرانشي آنها را حس مي كنيم . چنين اعجوبه هاييي همانها هستند كه ما اكنون آنها را سياهچال مي ناميم و اين اسمي است با مسمي يعني خلوتگاه هاي سياه در فضاي بي انتها. چند سال بعد اظهار عقيده اي مشابه و ظاهرا مستقل از جان ميچل از طرف ماركي دولاپلاس عنوان شد. جالب توجه اين است كه لاپلاس اين موضوع را فقط در چاپ اول و دوم كتاب خود موسوم به منظومه جهاني درج كرد و در چاپ هاي بعدي از آن صرف نظر كرد. شايد به دليل اين كه او بر سست بودن اين نظريه فتوي داده بود.) همچنين نظريه ذره اي بودن نور هم در طول مدت سده نوردهم از چشم افتاده وبه نظر مي رسيد كه هر چيز را مي توان با نظريه موجي بودن نور توجيه كرد و به هيچ وجه معلوم نبود كه نور از نيروي گرانش متاثر باشد.(
در حقيقت رفتاري همانند آنچه كه در مورد گلوله توپ در نطريه گرانشي نيوتن انجام مي گرفت با مزاج نور سازگاري نداشت زيرا سرعت نور ثابت بود در صورتي كه پرتاب يك گلوله توپ به سمت بالا سرعت گلوله در اثر نيرو جاذبه متدرجا كاستي گرفته و سرانجام آن گلوله متوقف و به زمين بر مي گردد و حال آنكه يك فوتون با سرعتي ثابت همواره به حركت خود به سم بالا ادامه مي دهد ( پس جاذبه نيوتوني چگونه مي تواند بر نوذ موثر باشد؟) از آن به بعد نظريه اي سازگار مشعر بر چگونگي اثر نيروي جاذبه بر نور ارائه نشد تا اينكه در سال 1915 انيشتين نظريه نسبيت را مطرح ساخت و حتي پس از آن هم مدت ها طول كشيد تا اشارات اين نظريه در مورد ستارگان جسيم به تفهيم در آمد.
براي استنباط اينكه چگونه ممكن است يك سياهچال شگل گرفته باشد نخست نيازمند آنيم كه بدانيم سر گذشت دوران زندگي يك ستاره ، از تولد تا مرگ چه مي باشد. ستاره وقتي شكل مي گيرد كه مقدار عظيمي گاز ( كه اساسا ئيدروژن است ) در اثز جاذبه گرانشي درهم فرونشيند. با آغاز اين همفرونشيني و تراكم گاز ، اتمهاي آن بيشتر و بيشتر و با سرعت هاي زيادتر و زيادتر بهم برخورد كرده و باين ترتيب گرماي گاز افزايش مي يابد و سرانجام ، گاز به حدي داغ مي شود كه وقتي اتمهاي ئيدروژن به يكديگر بر مي خورند نه تنها ديگر واپرشي انجام نمي دهند بلكه در همديگر فرورفته و به هليم تبديل مي شوند. گرمائي كه دراين واكنش آزاد مي شود همانند حرارت كنترل شده يك بمب ئيد روژني است و اين همان حرارتي است كه موجب فروزش آن ستاره مي شود اين حرارت اضافي همچون فشار گاز تا حد هم ترازي با جاذبه گرانش افزايش داده و سبب توقف انقباض گاز مي شود اين تا اندازه كمي شبيه به عمل بالني است كه فشار هواي درون آن كه مي كوشد تا بالن را متسع ساز با تلاش كششي لاستيك بدنه بالن كه سعي دارد آن را در حجم كوچك تري نگه دارد تعادل بر قرار ميكند ، ستاره ها هم به همين نحو با بهره مندي از حرارت حاصله از فعل و انفعالات هسته اي با جاذه گرانشي كه متعادل مي شود مدتي مديد پايدار باقي مي مانند. با اين همه ، ستاره سرانجام از ئيدروژن و ديگر مواد سوختي خود خالي مي شود. نكته اي كه ظاهرا متناقض جلوه مي كند اين است كه هر چه مقدار سوختي كه ستاره با آن آغاز به تشكل مي كند بيشتر باشد ستاره زود تر به خاموشي مي گرايد. اين براي آن است كه هر چه ستاره جسيم تر باشد براي تعادل با جاذبه گرانشي به گرماي خيلي بيشتري نيازمند است و هر چه حرارت زيادتري داشته باشد زود تر سوخت خود را به مصرف مي رساند شايد سوخت خورشيد ما براي يك پنچ هزار ميليون سال ديگر يا چيري در اين حدود كافي باشد ولي بيشتر ستارگان تنومند ممكن است سوخت خود را در كمتر از يكصد ميليون سال به مصرف برسانند يعني در مدت زمان خيلي كمتر از عمر مجموعه كيهان. هنگامي كه سوخت ستاره اي ته مي كشد آن ستاره آغاز به سرد شدن كرده و منقبض مي شود حال آنچه كه بر سر اين چنين ستاره اي در مي آيد چيزي است كه فقط براي نخستين بار دردهه 1920 استنباط گردد و داستان آن از اين قرار است: در سال 1928 يك دانشجوي فارق التحصيل هندي به نام سوبر همنيان چندرا سخار براي تلمذ در محضر منجمي انگليسي موسوم به سر ارترادينكتن كه از خبرگان نظريه نسبيت عام بود با كشتي عازم انگلستان و ورانه كمبريج شد.( بر طبق رواياتي چند ، روزنامه نگاري در اوايل دهه 1920 نظر ادينگتن رفت و به او گفت : من شنيده ام كه در جهان فقط سه نفر هستند كه از نظريه نسبيت عام سر در مي آورند ، ادينگتن درنگي كرد و سپس پاسخ داد كه – دارم مي انديشم كه نفر سوم كيست ؟ - ).چندراسخار در طول مدت سفرش از هند به انگلستان در اين فكر بود كه اندازه ستاره اي كه با وجود به پايان رسيدن سوختش هنوز هم قادر به تحمل نيروي جاذبه خويش است چه مقدار بايد باشد. مبسوط اين نظر چنين بود: وقتي كه ستاره كوچك مي شود ،ذرات ماده آن خيلي به هم ديگر نزديك ترمي شود و آن گاه به موجب اصل نا همانندي پاولي چنين ذراتي بايد داراي سرعت هاي خيلي متفاوتي بشوند. اين اختلافات سرعت موجب دور شدن آن ذرات از يكديگر و در نتيجه سبب انبساط آن ستاره مي شود. در اين انبساط شعاع كره ستاره تا آن حد افزايش مي يابد كه بين نيروي جاذبه و نيرو دافعه ناشي از اصل ناهمانندي پاولي تعادلي بر قرار شده و شعاع كره ستاره در اين حد تثبيت شود يعني به عينه شبيه همان وقايع دوران زندگي ستاره كه نيرو جاذبه اش با حرارت حاصله در آن متعادل مي شد.
بهر حال چاندراسخار به اين نتيجه رسيد كه در نيرو هاي دافعه اي كه اصل ناهمانندي مبين آنست حد وحصري برقرار است. نظريه نسبيت عام بيشترين اختلاف بين سرعتهاي ذرام مادب موجود در ستاره را به سرعت نور محدود كرده است، اين به معناي آن است كه وقتي ستاره به اندازه كافي چگال شد ، نيروي دافعه ناشي از اصل ناهمانندي ، كمتر از نيروي جاذبه خواهد شد . چاندراسخار حساب كرده بود كه ستاره سردي كه جرمش تقريبا از يك و نيم برابر خورشيد بيشتر باشد نمي تواند متحمل جرم خود باشد ( اين جرم اكنون به حد چاندراسخار معروف است ) تقريبا در همين اوقات نظير چنين اكتشافي توسط دانشمند روسي بنام لف داويدوويچ لانداو بعمل آمد ، اين اكتشاف اشارات ضمني جدي در رابطه با سرنوشت نهايي ستارگان تنومند در برداشت. اگر جرم ستاره اي كمتر از حد چاندراسخار باشد ، آن ستاره سرانجام مي تواند به انقباض خود پايان داده و نهايتا در حالت ممكنه اي همانند ستاره – كوتوله سفيد – باشد كه با شعاعي در حدود چند هزار كيلومتر و چگالي ويژه اي برابر چند صد تن در سانتيمتر مكعب در خود فرو نشيند. ستاره كوتوله هاي سفيد با نيروي دافعه اي كه از اصل ناهمانندي بين الكترون هاي موجود در ماده خودش ناشي مي شود پايدار و برقرار مي ماند. ما شاهد بسياري از اين كوتوله هاي سفيد هستيم و نخستين ستاره اي كه از اين نوع كشف شد ستاره اي است كه در حول شعراي يماني كه درخشان ترين ستاره در آسمان شبانه است گردش مي كند.
لانداو خاطر نشان ساخت كه امكان وجود حالت نهايي ديگري هم براي ستاره هست كه در آن جرم ستاره تقريبا در حدود يك با دو برابر خورشيد است ولي حجم آن خيلي كوچكتر از حجم يك ستاره كوتوله سفيد است اين ستاره ها از طريق نيروي دافعه ناشي از اصل ناهمانندي كه بين فوتون ها و پروتون ها بيشتر به وجود مِي آيد تا بين الكترون ها ، خود را حفظ و نگهداري مي كنند و به همين دليل هم آنها را ستاره هاي نوتروني مي نامند. شعاع كره اين نوع ستاره ها فقط در حدود هفده كيلومتر و چگالي ويژه اي قريب به صد ها ميليون تن در هر سانتيمتر مكعب دارند ، در نخستين بار كه وجود چنين ستارگاني پيش بيني شد راهي براي مشاهده ستارگان نوتروني وجود نداشت و عملا تا اين اواخر به شناسايي در نيامده بودند.
از سوي ديگر ستارگاني كه جرم آنها بالاتر از حد چاندراسخار باشد وقتي كه سوختشان به پايان برسد مواجه با مشكل بزرگي مي شوند . در پاره اي از موارد ممكن است تمام شدن سوخت با انفجار آنها بيانجامد و يا آنقدر ماده از خود به بيرون پرتاب كنند تا جرمشان به زير اين حد كاهش يابد و به اين ترتيب از وقوع در همفرونشيني جاذبه اي فاجعه آميزي دوري گزينند ، ليكن اعتقاد به اينكه چنين امري بي توجه به اندازه جرم ستاره هميشه حتمي الوقوع مي باشد مشكل است. حال بايد ديد ستاره چگونه بفهمد كه بايد وزن خود را كاهش دهد؟ وحتي اگر ستاره اي براي اجتناب از در همفرونشيني بقدر كافي از عهده كاهش وزن خود بر مي آمد چه حادثه اي رخ ميداد؟ اگر شما بقدري جرم يك ستاره كوتوله سفيد را افزايش مي داديد تا از حد مذكورپا فراتر گذارد آيا اين ستاره ها الي غير النهايه در هم فرو مي نشستند ؟ ادينگتن از اين اشاره ضمني يكه خورد و از اعتقاد به دستاورد چاندراسخار سر باز زد. ادينگتن فكر مي كرد كه در همفرونشيني يك ستاره تا حد رسيدن به يك نقطه با سادگي امكان پذير نيست. بيشتر دانشمندان نيز چنين نظري داشتند: حتي انيشتين شخصا رساله اي نوشت كه در آن مدعي شده بود ستارگان تاحد صفر منقبض نخواهند شد.
دشمني دانشمند ديگر ، بويژه عداوت و حسادت ادينگتن كه مرجعي پيشرو در ساختار ستارگان و معلم سابق چاندراسخار بود او را ترغيب و وادار كرد تا تعقيب كار در اين خط دست بردارد و به جاي آن به مسايل ستاره شناسي مانند حركت خوشه هاي ستاره اي بپردازد. با اينهمه ، وقتي كه به او جايزه نوبل سال 1983 اعطا شد دستكم جزيي از موجباتش بخاطر كار پيشين او در تحديد جرم ستارگان سرد بود.
چاندراسخارا نشان داده بود كه اصل ناهمانندي پاولي نتوانست در همفرونشيني ستاره اي را كه جرمش از حد چاندراسخار بيشتر باشد تحمل كند اما مسئله استنباط اينكه، بر طبق نظريه نسبيت عام ، بر سر چنين ستاره اي چه خواهد آمد نخستين بار در سال 1939 بوسيله جواني آمريكايي به نام رابرت اوپنهايمر حل شد. با وجود اين ، دستاورد او مشعر بر اين بود كه هيچ گونه پيامدي مشاهداتي وجود ندارد كه بتواند از طريق تلسكوپ هاي امروزي آشكار شود. در همين اوان جنگ جهاني دوم پيش آمد و اوپنهايمر خودش در طرح ساخت بمب اتمي گرفتار شد . پس از پايان جنگ مسئله در همفرونشيني جاذبه اي تا حد زيادي به دست فراموشي سپرده شده زيرا بيشتر دانشمندان به رويدادهايي در مقياس اتم و هسته اش روي آورده بودند. با اين وصف ، در اوايل دهه 1960 با افزايش چشمگيري كه در تعداد و حيطه مشاهدات ستاره شناسي با بهره گيري از تكنولوژي نوين حاصل شد توجه به مسايل بلند مقياس نجومي قوت گرفت و علم هييت و دانش كيهاني رونقي تازه يافت و به دنبال آن دوباره كار اوپنهايمر بوسيله تعدادي از علاقمندان طرف توجه قرار گرفت و در طريق گسترش افتاد.
اطلاعاتی كه هم اكنون ما از كار اوپنهايمر داريم به شرح و تفسيري است كه مي خوانيد:
ميدان جاذبه اي ستاره مسير هاي اشعه نور را در فضا – زمان از امتداد اصلي خود يعني از امتدادي كه بي حضور آن ستاره ميبايد داشته باشد تغيير مي دهد.ميدان جاذبه اي ستاره مخروط هاي نوري را كه مسير هاي افشانه هاي نور صادره از رئوسشان در فضا – زمان تعيين مي كنند اندكي به سمت داخل سطح ستاره متمايل مي سازند ، اين عمل را مي توان به هنگام كسوف خورشيد عينا در خميدگي نور ساطعه از ستارگان دور دست مشاهده كرد. به محض اينكه ستاره منقبض مي شود ميدان جاذبه اي در سطح آن قوي تر شده و خمش مخروط نور به طرف آن بيشتر مي شود اين عمل رهايي نور را از آن ستاره دشوار تر ساخته و نور به نظر ناظري كه از فاصله دور آنرا مي نگرد تارتر و سرختر مي نمايد. سر انجام پس از اينكه شعاع كره ستاره در اثر انقباض آن تا رسيدن به مقداري بحراني كاهش يافت ميدان جاذبه در سطح آن بقدري قوي مي شود كه مخروط هاي نور را آنقدر به سمت سطح ستاره خم مي كند كه ديگر نور نمي تواند از آن بگريزد به موجب نظريه نسبيت عام هيچ چيز ديگري هم نخواهد توانست از چنگ آن رهايي يابد و هر چيزي با كمند ميدان جاذبه اي ستاره به پس كشيده شود.از اينرو در ناحيه اي از فضا – زمان مجموعه عوارضي وجود دارد كه خلاصي از آن براي رسيدن به ناظري دور مكان امكان پذير نيست. اين همان ناحيه اي است كه ما اكنون آنرا سياهچال مي ناميم و مرز آن با محيط پيرامونش را كه در حقيقت حريمي بي امنيت است – افق عارضه اي مي خوانيم كه بر پوشه مسير هاي اشعه نوري كه اكنون از نجات خود از اين سياهچال عاجزند منطبق است.
براي استدراك اينكه اگر شما ناظر بر در همفرونشيني ستاره اي درجريان تبديل آن به سياهچال بوديد چه مي ديديد بايد بياد بياوريد كه در نظريه نسبيت زمان مطلقي وجود ندارد و هر ناظري زمان را انطور كه اقتضاي او است مي سنجد. زمان براي كسي كه در ستاره اي مكان گرفته با زمان براي آنكه در فاصله دوري نسبت به او قرار گرفته فرق دارد. زيرا ميدان جاذبه اي آن ستاره در اين سنجش و اندازه موثر مي باشد. فرض كنيد فضانورد جسور و بي باكي بر سطح ستاره اي كه درحال همفرونشيني است ايستاده و به اتفاق آن به سوي درون مشغول در هم فرونشيني بوده و در سر هر ثانيه از روي ساعت خود علامتي به سفينه فضايي خود كه در حول آن ستاره مي گردد مخابره كند. اكنون فرض كنيد مثلا در ساعت 00/11 به ساعت او ستاره منقبض شده باشد كه شعاع كره آن به حد بحراني رسيده و ميدان جاذبه اي آن آنقدر قوي شده باشد كه هيچ چيز نتواند از آن بگريزد و علامتي هم ديگر به سفينه فضايي مخابره نشود. هنگامي كه ساعت به 00/11 نزديك مي شود همكاران اين فضانورد كه از سفينه فضايي مراقب او هستند متوجه مي شوند كه فاصله زماني بين علائم خبري متوالي كه از سوي فضانورد صادر مي شود طولاني تر و طولاني تر مي شود ولي آن اثر قبل از لحظه 5959/10 بسيار كوچك است و آنها بايد بين 5958/10و 5959/10 فقط تعداد بسيار اندكي بيشتر از يك ثانيه براي دريافت خبري از فضانورد صبر كنند اما براي دريافت علامتي در ساعت 00/11 بايد تا ابد صبر كنند از نظر ناظراني كه در سفينه فضايي قرار دارند امواج نوري كه از سطح ستاره به وسيله ساعت فضانورد بين لحظات 5959/10 و 00/11 فرستاده مي شوند در دوره اي نامتناهي از زمان به خارج انتشار مي يابد و فاصله زماني بين ورود امواج متواليه به سفينه فضايي طولاني و طولاني تر شده و نوري كه از ستاره ساطع مي شود سرخ تر و سرخ تر و تيره وتيره تر مي شود و سر انجام آن ستاره آنقدر تيره و تار خواهد شد كه ديگر از سفينه فضايي ديدار پذير نخواهد بود يعني : آنچه كه از آن باقي مي ماند سياهچالي است در فضا ، با اينهمه ستاره به اعمال همان نيروي جاذبه اي به سفينه فضايي ادامه مي دهد تا گردش آنرا درحول سياهچالي كه بدست خود ساخته است تداوم بخشد.
با اين اوصاف اين صحنه سازي به دليل مسئله زير كاملا واقع بينانه نيست : هر چه شما از ستاره دورتر باشيد اثر نيرو جاذبه آم بر شما ضعيف تر مي شود بنابراين نيروي جاذبه وارد بر پاهاي فضانورد جسور ما هميشه بيش از نيروي جاذبه وارد بر سر او خواهد بود اين اختلاف فشار فضانورد ما را پيش از انقباض ستاره تا شعاع بحراني خود و تشكيل افق عارضه همانند اسپاگتي كش داده و يا اورا از هم جر مي دهد! با وجود اين ما بر اين باوريم كه در اين عالم كبير اجسام بزرگتري نطير ناحيه مركزي كهكشان ها وجود دارند كه مي توانند انقباض جاذبه اي را تاحد سياهچال ها تحمل كنند و فضانوردي كه برروي يكي از اينها قرار گرفته باشد پيش از شكل گرفتن سياهچال از هم دريده نخواهد شد و در واقع در موقع حصول شعاع بحراني ، او چيز ويژه اي را احساس نخواهد كرد و مي تواند بي ديدن لحظه اي كه ديگر گريزي از آن محل برايش ميسر نيست آنرا از سر بگذراند. با اين وصف ، در ظرف فقط چند ساعتي كه از ادامه در همفرونشيني آن ناحيه گذشت آنگاه اختلاف بين نيرو هاي جاذبه وارد بر پاها و سر او آنقدر قوي خواهد شد كه باز هم او را خواهد دريد.
كاري كه راجر پن روز و ن بين سال هاي 1965 و 1970 انجام داديم نشان داد كه به موجب نظريه نسبيت عام بايستي در رابطه با نامتناهي بودن چگالي و بينهايت بودن خميدگي فضا – زمان ، درون يك سياهچال يك تكينگي وجود داشته باشد كه تا اندازه اي شبيه به حالت انفجار بزرگ در آغاز زمان است فقط با اين تفاوت كه اين تكينگي پاياني از زمان براي همفرونشيني ستاره و فضانورد مي باشد.در اين تكينگي قوانين علمي و توانايي ما براي پيشگويي آينده دستخوش از هم فروپاشي مي شود. با وجود اين هر ناظري كه در بيرون سياهچال باشد از نقيصه اي كه درقابليت پيشگويي ما پديد آمده است متاثر نخواهد شد زيرا نه نور و نه هيچ علامت خبري ديگري نمي تواند از اين تكينگي به او برسد. اين حقيقت شايان تامل و در خور توجه راجرپن روزا به آنجا رهنمون شد تا پيش فرض سانسور صفتي كيهاني را عرضه بدارد كه مي شود آنرا به اين گونه تاويل كرد : خداوند از تكينگي عريان و بي پرده متنفر و بيزار است. به ديگر سخن تكينگي هايي كه از طريق در همفرونشيني جاذبه اي بوجود مي آيند فقط در مكان هاي شبيه سياهچال ها بوقوع مي پيوندند كه درآنجا آنها بوسيله افق عارضه اي از چشمرس بيرون به نحو شايسته اي پنهان هستند. دقيقا اين همان چيزي است كه به پيش فرض سانسور صفتي بودن ضعف كيهاني شناخته شده است : اين خصيصه ناظراني را كه در بيرون سياهچال باقي مي مانند از عواقب لغو قابليت پيشگويي كه در موقع تكينگي رخ مي دهد حفظ و حراست مي كند ولي براي فضانورد بدبخت فلك زده كه در آن چاله افتاده به هيچ وجه كاري انجام نمي دهد.
براي معادلات نسبيت عام كه در آنها براي فضانورد ما امكان ديد يك تكينگي بي پوشش و عريان ميسر باشد راه حلهاي چندي وجود دارند تا : شايد او بتواند از برخورد با اين تكينگي دوري گزيند و بجاي آن با افتادن در يك راه مارپيچ در نقطه ديگري از كيهان سر بيرون آورد. اين امر امكاناتي بزرگي را براي مسافرت هاي فضا – زماني فراهم خواهدساخت اما بدبختانه چنين به نظر مي رسد كه تمام اين راه حلها ممكن است بسيار ناپايدار باشند و كمتر ين اختلالي مانند حضور يك فضانورد ممكن است طوري آنها را تغيير دهد كه فضانورد نتواند تكينگي را تاوقتي كه به آن برخورد نكرده مشاهده كند يعني وقتي كه كار از كارگذشته وزمان براي اوبه پايان رسيده است. به عبارت ديگر ، اين تكينگي هميشه در آينده او وجود خواهد داشت و هرگز در گذشته او موجود نبوده است . تاويل محكم و ميتن پيش فرض سانسور صفتي جهان هستي شارح آنست كه درراه حلي واقع بينانه ، تكينگي ها همواره يا كاملا در آينده قرار دارند ( مانند تكينگي هاي در همفرونشيني جاذبه اي ) و يا كاملا در گذشته وقوع يافته بوده اند ( مانند تكينگي انفجار بزرگ ) بايد اميد بسيار داشت كه برخي از تفسير هاي پيش فرض سانسور صفتي جهان هستي تحقق يابد زيرا شايد مسافرت به گذشته همدوش با تكينگي هاي آشكار و برهنه امكان پذير باشد. با اينكه چنين تفسيري براي نويسندگان افسانه هاي علمي- تخيلي ، نغز و زيبا است ولي معناي آن اين است كه زندگي هيچ كس هميشه ايمن نيست چرا كه : ممكن است كسي به درون گذشته برود و پيش از آنكه شما آگاه شويد پدر و مادرتان را به قتل برساند!
افق عارضه و يا مرز ناحيه اي از فضا – زمان كه گريز از آن امكان پذير نيست تا اندازه اي همانند سراپرده اي با راه يك طرفه در پيرامون سياهچال عمل مي كند يعني : در آن افتادن همان و تا ابد در آنجا ماندن همان ، چيزهايي مانند فضانورد بي تدبير مي توانند از طريق افق عارضه بدرون سياهچال فروروند ليكن هرگز چيزي نمي تواند از طريق افق عارضه از اين سياهچال به خارج فرار كند.( بياد داشته باشيد كه افق عارضه مسير نوري است در فضا – زمان كه در تلاش رهايي از سياهچال مي باشد و ضمنا هيچ چيز تندتر از نور حركت نمي كند . ) ممكن است كسي افق عارضه را باگفته دانته در مدخل جهنم هم مضمون بداند كه گفت : هر كس كه وارد اين جا شود همه اميدش را از دست مي دهد. هر چيز يا هر كسي كه از طريق افق عارضه در اين چاه ويل فرو افتاد بزودي به ناحيه اي خواهد رسيد كه در آن چگالي به بي نهايت و زمان به غايت رسيده است.
نظريه نسبيت عام پيشگويي مي كند كه اجسام سنگين و متحرك موجب انتشار امواج جاذبه اي و چين خوردگي هاي در خميدگي فضا مي شوند كه با سرعت نور حركت مي كنند. اينها هم مانند امواج نوراني هستند كه چين خوردگي هاي در ميدان الكترو مغناطيسي مي باشند. ولي آشكار ساختن آنها به مراتب مشكل تر است ، آنها هم مانند نور انرژي اجسام ناشر خودشان را به يغما مي برند. بنابراين ممكن است كسي انتظار اين را داشته باشد كه منظومه از اجسام جسيم سرانجام در هم فرو نشسته و به حالت سكون در آيد ، زيرا انرژي آنها به وسيله امواج جاذبه اي تاراج مي شود. ( اين تا اندازه اي شبيه سقوط چوب پنبه اي به درون آب است يعني : در ابتدا مدتي بر روي سطح آب پايين و بالا مي رود ولي سرانجام پس از اينكه چين خوردگي هاي سطح آب انرژي انرا چپاول كردند بي رمق وناتوان بر روي سطح آب ساكن مي شود ).مثلا حركت زمين در مدار خود به دور خورشيد مولد امواج جاذبه اي است و اثر از بين رفتن انرژي آن سبب تغيير مدار حركت زمين مي شود به قسمي كه اين مدار به تدريج به خورشيد نزديك تر و نزديك تر شده و سرانجام به آن تصادم كرده و به حالت سكون در مي آيد شدت افت انرژي براي خورشيد و زمين بسيار كم و به اندازه اي است كه براي كار اندازي يك نجاري برقي كافي باشد. اين به معني آن است كه تقريبا يك هزار ميليون ميليون ميليون ميليون سال به درازا مي كشد تا زمين در مسيري حلزوني به خورشيد به پيوندد. بنابراين موجبي آني براي نگراني موجود نيست. تغيير مدار زمين بسيار به كندي انجام مي گيرد و قابل مشاهده نيست ليكن همين اثر در چند سال گذشته در مورد منظومه اي موسوم به PSR1913+16 در حال وقوع بوده است. اين منظومه داراي دو ستاره نوتروني است كه هر يك به دور ديگري مي گردد و مقدار انرژي كه آنها از طريق انتشار امواج جاذبه اي از دست مي دهند موجب گردش آنها در مسير مارپيچي به سوي يكديگر مي شود.
در طول مدت در هم فرونشيني يك ستاره براي تشكيل يك سياهچال ، حركات بسيار تندي خواهند شد و به اين ترتيب شدت انرژي بر باد رفته خيلي بيشتر مي شود بنابراين زمان رسيدن آن ستاره به حالت سكون طولاني نخواهد بود. حال ببينيم اين مراحل پاياني شبيه چيست؟ ممكن است كسي تصور كند كه شباهت اين مرحله به همه كميت ها و كيفيت هاي پيچيده ستاره بستگي دارد كه در شكل گرفتن سياهچال دخالت داشته اند يعني نه تنها به جرم و سرعت دوران ستاره بلكه همچنين به چگالي هاي مختلف اجزاء گوناگون آن و حركت هاي پيچيده گازهاي درون ستاره وابسته مي باشد. و اگر سياهچال ها هم به گوناگوني همان اجسامي بودند كه با در همفرونشيني خود آنها را تشكيل داده اند آنگاه هر گونه پيشگويي درباره سياهچال ها به طور كلي شايد دشوار باشد.
با اينهمه در سال 1967 دانشمندي كانادايي بنام ورنراسرائيل در مطالعه و بررسي سياهچال ها انقلابي پديد آورد . او نشان داد كه بر طبق نظريه نسبيت عام سياهچالهاي غير دوار بايد خيلي ساده باشند. شكل اين نوع سياه چال ها بايد كاملا كره بوده و ابعادشان بستگي به جرمشان داشته و هر زوج از آنها كه جرمشان با هم برابر باشد يكسان مي باشند.در حقيقت مي توان اين سياه چالها را با راه حل ويژه اي از معادلات انيشتن كه از سال 1917 معروفيت يافته اند توجيه كرد. اين راه حل ، كوتاه زماني پس از عرضه نظريه نسبيت عام ، به وسيله كارل شوارتزشيلد كشف شد. در آغاز افراد بسياري از جمله خود اسرائيل معتقد بودند كه چون سياه چالها بايد كاملا كروي باشند پس سياه چالها فقط مي توانند از در همفرونشيني يك جسم كاملا كروي تشكيل شوند. بنابراين هر ستاره حقيقي كه هرگز نمي تواند كره كاملي باشد – تنها مي تواند درشكل يك تكينگي عريان در همفرونشيند.
با اينهمه ، تاويل متفارتي از دستاورد اسرائيل وجود داشت كه مورد حمايت راجرپنروز بويژه جان ويلر قرار گرفت. آنان بر اين باور بودند كه حركات سريعي كه مستلزم در همفرونشيني يك ستاره مي باشند به معناي اين است كه امواج جاذبه اي كه اين ستاره منتشر مي كند كرويت آنرا به طور مستمر افزايش مي دهند و زماني كه آن ستاره به حالت سكون برسد كرويتي كامل خواهد داشت. برطبق اين نظر هر ستاره غير دواري با وجود شكل پيچيده و ساختار دروني غامض خود پس از همفرونشيني جاذبه اي به سياهچال كاملا كروي تبديل مي شود كه اندازه اش تنها به جرمش بستگي دارد. محاسبات بعدي مويد اين نظر بودند و به طور كلي مورد پذيرش قرار گرفت.
دستاورد ورنر اسرائيل سياهچالهايي را در بر مي گرفت كه فقط از اجسام غير دوار شكل گرفته بودند.يكي از شهروندان زلاندنو به نام روي كرا در سلا 1963 موفق به كشف مجموعه اي از راه حلهاي معادلات نسبيت عام شد كه سياهچالهاي دوار را تشريح مي كردند. سياهچالهاي كري با سرعت ثابتي دوران مي كنند و اندازه و شكل آنها تنها به جرم و نر دوران آنها بستگي دارد. اگر اين نرخ صفر باشد آن سياهچال كاملا مدور بوده و راه حل مربوط به آن با راه حل شوارتز شيلد يكسان است. اگر دوران مخالف صفر باشد سياهچال از نزديك خط استوايش به بيرون شكم مي دهد ( عينا مانند شكم دادن خورشيد يا زمين در نتيجه دوران به دورخودشان ) و هر چه تندتر به چرخد بيشتر شكم مي دهد. به اين ترتيب براي تعميم دستاورد اسرائيل به اجسام دوار كمان بر اين است كه هر جسم دواري كه براي تشكيل سياهچالي درهم فرونشيند سرانجام به حالت سكوني كه راه حل ( كري ) آنرا تشريح كرده درمي آيد.
در سال 1970 يكي از دانشجويان و همكاران پژوهشي من در دانشگاه كمبريج بنام براندون كارتر نخستين گام را درراه ايقان و اثبات چنين گماني برداشت. او نشان دا به شرطي كه يك سياهچال دوار و ساكني داراي محور متقارني نظير محور يك فرفره چرخان باشد اندازه و شكلش فقط به جرم ونرخ دوارنش بستگي دارد. سپس در سال 1971 من ثابت كردم كه هر سياهچال دوار ساكني در واقع داراي چنين محور تقارني هست. سرانجام در سال 1973 ديويد رابينسون از دانشكده پادشاهي لندن از دستاورد هاي كارتر و من براي اثبات صحت آن گمان بهرمند شد: يك چنين سياهچالي در حقيقت بايد پيرو راه حل كري. از اين قرار يك سياهچال پس از در همفرونشيني جاذبه اي بايد به حالتي در آيد كه بتواند در آن دوران كند اما نه ضربان افزون براين شكل و اندازه آن وابسته به جرم و نرخ دورانش باشد نه به جنس جسمي كه با آن در هم فرونشيني خود را آغاز كرده است.اين نتيجه به اين قضيه معروف شد كه : سياهچال زلف ندارد. قضيه بي زلفي واجد اهميت عملي بزرگي است زيرا تنوع سياهچالها را به شدت محدود مي كند بنابراين امكان ساختن مدل هاي اجسامي كه ممكن است شامل سياهچال هاي باشند ميسر مي شود و مقايسه پيشگويي هاي اين مدل ها با مشاهدات انجام پذير ميشود. اين قضيه همچنين گويايي آن است كه هنگامي كه سياهچالي شكل گرفت بايد مقادير بسيار زيادي اطلاعات مربوط به جسمي را كه در همفرونشسته است از دست داده زيرا پس از آن تمام چيز هاي قابل اندازه گيري آن جسم شايد جرم و سرعت دوران آن باشد كه مراد از آن را در بخش بعدي كتاب خواهيم ديد.
سياهچالها در تاريخ علم يكي از موارد بسيار نادري هستند كه در آن يك نظريه اي همانند يك مدل رياضياتي پيش از وجود هر گونه و مدرك مشاهداتي كه دال بر صحت آن باشد با طول و تفسير زياد بسط و گسترش يافت. و در حقيقت همين به عنوان دليلي اصلي مورد استفاده مخالفان وجود سياهچالها قرار گرفت كه مي گفتند: چگونه ممكن است كسي به اجسامي معتقد باشد كه تنها سند وجودي آنها بر اساس محاسبات نظريه تردد آميز و پرسش بر انگيز نسبيت عام استوار باشد؟ با اين وصف ، مارتن اشميت ستاره شناس رصدخانه پالومر كاليفرنيا در سال 1963 سرخ گرايي يك جسم شبه ستاره تيره رنگ را در راستاي منبع انواج راديوي موسم به 3C273 اندازه گرفت. او كشف كرد كه اين سرخ گرايي از نوع گرانشي باشد آنگه آن شبه ستاره بايد به اندازه اي تنومند و بقدري به ما نزديك باشد كه موجب اختلال در مدارات سيارات منظومه شمسي گردد اما اين قضيه در عوض به ما چنين مي فهمانيد كه سبب اين سرخ گرايي انبساط عالم هستي است كه آن هم به نوبه خود اشاره بر اين داشت كه چنين جسمي بايد در فاصله بسيار دوري قرارداشته وبراي اين كه از اين فاصله بعيد قابل ديد باشد بايستي بسيار درخشان و فروزان بوده و به عبارت ديگر در حال انتشار مقدار عظيمي انرژي باشد. به نظر مي آمد كه تنها مكانيسمي كه مردم مي توانستند در مورد منبع و علت توليد چنين انرژي بزرگي به آن به انديشند نه فقط در هم فرونشيني يك ستاره بلكه در هم فرونشيني كل ناحيه مركزي كهكشان باشد. تعداد اجسام ديگر موسوم به كوازار كشف شدند كه همه آنها به مقدار زياد سرخ گرا بودند ليكن همگي به اندازه اي از ما دور هستند كه مشاهده آنها براي فراهم كردن مدركي قاطع از سياهچال ها بسيار دشوار است . دل گرمي ديگري كه براي يافتن اثر از سياهچال ها حاصل شد از طريق اكتشافي در اجرام آسماني بود كه ناشر ضربان هاي منظمي از امواج راديوي بودند و كاشف آن يك دانشجوي تحقيقاتي كمبريج بنام جاسليمبل بود كه در سال 1967 يافته خود را عرضه كرد. بل و سرپرست او به نام انتوني هيوايش در آغاز خيال مي كردند كه شايد با تمدني بيگانه در كهكشان تماس گرفته اند به ياد دارم كه در سميناري كه آنها يافته خود را اعلام كردند نام نخستين منابع چهار گانه اي راكه كشف كرده بودند ( LGH1_4 ) گذشته بودند ( مخفف آدم كوچولو هاي سبز مي باشد ) با اين وصف درپايان اين سمينار ، هم ايشان و هم ديگران به اين نتيجه كمتر خيالي رسيدند كه اين اجسام كه به آنها نام ستاره هاي طپنده داده شده بود در حقيقت ستاره هاي نوترني دواري هستند كه به دليل فعل و انفعالي پيچيده بين ميدان مغناطيسي خودشان و مواد پيرامونشان در حال انتشار امواج راديوي مي باشند.اين دستاورد براي نويسندگان وسترن هاي فضايي ، خبر بدي بود ولي براي تعداد اندكي از ما كه در آن زمان به سياهچال ها معتقد بوديم مژده اي اميدوار كننده بود يعني : آن نخستين شاهد مثبت از ستاره هاي نوتروني بود يك ستاره با شعاعي در حدود 16 كيلومتر است يعني فقط جند برابر شعاع بحراني كه به ازاء آن ستاره اي تبديل به يك سياهچال مي شود اگر ستاره اي بتواند تا به اين حد كوچكي درهم فرونشيند توقع اينكه ستارگان ديگري هم بتوانند حتي تا اندازه اي كوچكتري در هم فرو نشسته و به سياه چال تبديل شوند غير منطقي نخواهد بود.
ما چگونه مي توانيم به آشكار ساختن سياه چالي اميدوار باشيم كه همان گونه مه از نامش پيدا ست هيچ نوري از آن ساطع نمي شود؟ اين تا اندازه اي شبيه جستجوي گربه سياهي درذغالدوني است. اما راهي بر اي آن وجود دارد. همانطور كه جان ميچل در سال 1783 در رساله راهگشاي خود خاطر نشان ساخت يك سياه چال هنوز هم به اجسام مجاور خود يك نيرو جاذبه وارد مي كند. ستاره شناسان، منظومه هاي بسياري را مشاهده كرده اند كه در آنها دو ستاره به دور يكديگر گردش مي كنند و با نيروي جاذبه به سوري يكديگر كشيده مي شوند، آنان همچنين منظومه هاي را ديده اند كه در آنها تنها يك ستاره مرئي در حول يك همبازي نامرئي گردش مي كند. بديهي است كه كسي نمي تواند في الفور داوري كند كه آن همبازي يك سياه چال استزيرا شايد: آن صرفا ييك ستاره خيلي كم نوري باشد كه به ديده در نيايد. با اينهمه برخي از اين منظومه ها مانند منظومه معروف به صروت فلكي غرنوق نيز منيع سرشاري از اشعه ايكس هستند بهترين توضيح براي اين پديده اين است كه بگوييم ماده درون اين ستاره نامريي از سطح آن به بيزون فوران كرده است و هنگامي كه اين ماده بدنبال همبازي نامريي خود مي افتد حركتي مارپيچي پديدار كرده ( تا اندازه اي شبيه جهش آب از يك آبپاش يا فواره ) و بسيار داغ و سوزان شده و شروع به انتشار اشعه ايكس مي كند.براي اين كه چنين مكانيسمي به تحقق بپيوندد آن جسن نامريي بايد همانند يك كوازار يا شبه ستاره نوتروني يا يك سياهچال كوچك باشد.كمترين جرم اين جسم ناپيدا را مي توان به وسيله مدار مشهود آن ستاره مرئي تعيين كرد.اين جرم در مورد صورت فلكي غرنوق تقريبا 6 برابر خورشيد مي باشد كه بر طبق دستاورد چاندراسخار براي جسمي نامرئي كه به صورت كوازار باشد اين مقدار بسيار زياد به نظر مي رسد و نيز براي ستاره نوتذوني جرمي عظيمي به شمار مي رودبنابراين اين جسم پرده نشين بايد يك سياهچال باشد.
براي توضيح صورت فلكي غرنوق مدلهاي ديگري وجود دارند كه سياهچال ها را در بر نمي گيرند لكن همگي تا اندازه اي بلا تشبيه مي باشند ، به نظر مي رسد كه يك سياهچال بايد تنها توضيح طبيعي و راستين در اين مشاهدات باشد. با وجود اين من با انيسيتو تكنولوژي كيپ تورنه كاليفرنيا شرط بسته ام كه صورت فلكي غرنوق شامل سياهچالي نباشد! اين نوع خط مشس به منزله بيمه اي براي من است . من كارهاي بسياري بر روي سياهچال ها انجام داده ام كه اگر معلوم شود سياهچالي وجود ندارد همه زحمات من برباد خواهد رفت ولي در آن صورت تنها مايه دلداري من ارمغاني است كه از برنده شدن در اين شرط بندي عايدم مي شود يعني دريافت چهار سال مجله Private Eye . اما اگر وجود سياه چالي محقق شود سازمان كيپ برنده يكسال مجله Pent House خواهد شد. وقتي كه ما در سال 1975 اين شرط را مي بستيم تا هشتاد در صد يقين داشتيم كه صورت فلكي غرنوق يك سياه چال است و در حال حاضر بايد بگوييم كه يقين ما به نود و پنج درصد رسيده است ليكن آن شرط هنوز باقي و بر قرار است.
ما اكنون هم مداركي براي سياه چالهاي متعدد ي در منظومه هاي نظير صورت فلكي غرنوق داريم كه در كهكشان خودمان و در دو كهكشان همسايه ما ( ابر هاي ماژلان ) وجود دارند، با اين حال تعداد سياهچال ها تقريبا به طور يقين بايد خيلي بيشتر از اينها باشد ، در طول تاريخ دور و دراز كيهان بايد سوخت هسته اي بسياري از ستارگان به پايان رسيده باشد و گرفتار در همفرونشيني شده باشند. حتي تعداد سياهچالهابايد افزونتر از ستارگان مرئي باشد كه تعدادشان فقط در كهكشان ما تقريبا بالغ بر صد هزار ميليون است. نيروي جاذبه خارق العاده چنين تعداد عطيمي از سياهچال ها مي تواند گوياي اين باشد كه چرا كهكشان ما با چنين سرعتي كه اكنون دارد دوران مي كند؟ زيرا جرم ستارگان مرئي موجود در كهكشان ما براي محاسبه چنين سرعتي به تنهايي كافي نيست. ما همچنين داراي شواهد و مداركي چند مي باشيم مشعر بر اينكه سياه چالي با جرم خيلي بيشتري در مركز كهكشان ما وجود دارد كه جرم آن در حدود يك صد هزار برابر جرم خورشيد است. ستارگان موجود در اين كهكشان كه زياد به اين سياهچال نزديك مي شوند در نتيجه اختلاف حاصل در نيروهاي جاذبه اي در دو سمت دور و نزديكشان از هم دريده خواهند شد وبقاياي آنها و گازي كه از ستارگان ديگر متصاعد مي شود به سوي اين سياهچال كشيده شد و همانند صورت فلكي غرنوق اين گاز ها با هم در مسيري مارپيچي چرخزنان به درون آن فرو خواهند رفت و در اين ضمن گرم هم مي شوند ولي نه به درجه اي كه در آن مورد گرم مي شدند يعني به آن اندازه گرم نمي شوند كه بتوانند اشعه ايكس از خود منتشر سازند ليكن گرماي آن به حدي مي رسد كه بتوانند براي همين منبع متراكم امواج راديويي و پرتو هاي فرو تر از سرخي كه از مركز كهكشانها صدار مي شوند پاسخي فراهم سازند.
گمان مي رود سياهچال هاي مشابه ولي بزرگتري با جرمهايي نزديك به يكصد ميليون برابر خورشيد وجود داشته باشند كه درمراكز كوازار ها قرار دارند. ماده اي كه درون چنين سياهچال مافوق سنگيني فرو مي افتد يگانه منبع پر قدرتي را بوجود مي آورد كه بتواند آن مقادير عظيمه انرژي را كه اين اجسام در حال انتشار آنها هستند تبيين و تشريح كند ، به محض آنكه ماده به درون سياهچال تنوره مي كشد آنرا در همان جهتي بدوران در آورد كه موجب پيدايش يك ميدان مغناطيسي شود كه تا اندازه اي شبيه ميدان مغناطيسي زمين است. ماده ساقطه در اين سياهچال در نزديكي آن ذراتي بسيار پر انرژي توليد خواهند كرد و كيدان آهن ربايي حاصله به اندازه اي توانمند است كه مي تواند اين ذرات را به صورت افشانه هايي در آورد كه از دو انتهاي محور دوران يعني در امتداد قطبهاي شمال و جنوب سياهچال به بيرون فوران كنند چنين افشانه اي در تعدادي از كهكشانها و كوازار ها واقعا مشاهده شده اند.
همچنين مي توان سياه چال هايي رامشاهده كرد كه جرمي بسيار كمتر از جرم خورشيد دارند چنين سياهچالهاي نمي توانند از طريق در همفرونشيني جاذبه اي شكل گرفته باشند زيرا جرم آنها پايين تر از حد جرمي چاندراسخار است و ستارگاني با اين جرم كم حتي با پايان رسيدن سوخت هسته ايشان نم مي توانند در برابر نيروي جاذبه اي حافظ خود باشند. تشكيل سياهچالهاي كم جرم فقط در صورتي امكان پذير است كه ماده آنها تحت فشار هاي بسياز زياد تا رسيدن به چگالي هاي فوق العاده بالا در هم فشرده شوند چنين فشار هايي در بمب هاي هيدروژني خيلي حادث مي شود و : جان ويلر فيزيكدان معروف يك بار حساب كرده بود كه اگر كسي تمام آب هاي سنگين اوقيانوس هاي روي زمين را گردآوري كند آنگاه مي تواند از آنها بمب هيدروژني بسازد كه فشار حاصل از انفجار آن بقسمي ماده را به مركزش فشار دهد كه تبديل به سياهچال شود. امكان عملي تر آنست كه يك چنين سياهچالهاي كم جرمي ممكن است در همان اوايل آفرينش كيهان كه بر آن درجه حرارت و فشار زيادي حاكم بوده است تشكيل شده باشند سياهچالها فقط در صورتي مي توانند تشكيل شده باشند كه كيهان در اوايل بوجود آمدنش كاملا هموار و يكنواخت نبوده باشد زيرا فقط در صورتي كه ناحيه كوچكي از آن چگالي از حد ميانگين باشد مي تواند با اين شيوه در هم فشرده شود تا به تشكيل سياهچالي بينجامد فقط ما مي دانيم كه درآن ازمنه بايد بي نظمي هايي وجود مي داشته است زيرا در غير اين صورت ماده موجود در عالم خلقت بايد هنوز هم بجاي اينكه در ستاره ها و كهكشانها بروي هم تل انبار شده باشدبكونه اي يكنواخت در سراسر عالم پخش شده باشد.
الزامي بودن وجود اين ناهمگوني ها به عنوان خمير مايه اي براي تشكيل سياهچالها رهنمون اين نكته است كه تشكيل سياهچال هاي ابتدايي بطور وضوح بستگي به جزييات شرايط و اوضاع و احوال اوايل كيهان دارد. به اين ترتيب اگر ما بتوانيم تعيين كنيم كه هم اكنون چند سياهچال ابتدايي وجود دارد آنگاه مي توانيم طلاعات بسياري از همان مراحل اوليه كيهان فراگيريم. سیاه چال هاي ابتدايي را كه داراي جرمي بيشتر از يك هزار ميليون تن باشند ( يعني برابر با جرم يك كوه بزرگ ) مي توان فقط از طريق اثر جاذبه اي آنها بر ديگران برماده مرئي يا انبساط جهان به شناسايي در آورد .
حفره سياه ( سياهچاله ) چيست؟
براي رسيدن به چنين سرعتي، بطور طبيعي، يك مشكل وجود دارد، و آن اين است كه فقط نور چنين سرعتي دارد. چيزهايي كه مثل انسان و سفينة فضائي از ماده ساخته شده اند، حتي نمي توانند حدود آن سرعت را داشته باشند. به همين دليل، هيچ چيزي نمي تواند از حفره سياه بگريزد. اگر نور نتواند از حفره سياه بگريزد، اين بدين معني است كه ما قادر به ديدن آن نخواهيم بود و در نتيجه، نمي توانيم بفهميم كه چه چيزي در حفره سياه اتفاق ميافتد. در حقيقت عقايد ما در مورد حفرههاي سياه از تئوري كلي نسبيت آلبرت انيشتين منشاء ميگيرد. براي دانشمندان مسلم است كه داخل يك حفره سياه فعل و انفعالات فيزيكي ناشناخته زيادي انجام ميگيرد .
حفرههاي سياه بازمانده از ستارگان عظيمي هستند كه سوختشان به اتمام رسيده و به اصطلاح مرده اند. البته، فقط ستارگاني كه حجم آنها بيش از سه برابر خورشيد خودمان است، حفرههاي سياه بوجود ميآورند. بعضي از اين ستارگان عظيم، منفجر شده و بصورت يك "سوپر نوا"ي درخشان در ميآيند. بعضي سوپر نواها، بطور كامل منفجر شده و چيزي از خود باقي نمي گذارند. اما بعضي ديگر در مركز خودشان فرو ميريزند و همه مواد در آنها با هم محكم برخورد كرده و به هم مي چسبند. بستگي به اينكه مركز آنها چقدر عظيم و حجيم باشد، سوپر نواها تبديل به نوترون شده و يا تبديل به حفرههاي سياه ميشوند .
به اين خاطر كه ما نميتوانيم خود حفرههاي سياه را ببينيم، ممكن است فكر كنيم كه پيدا كردن آنها غير ممكن است. اما به كمك فنآوريهاي ستاره شناسي، اولين آنها در سال 1972 ميلادي كشف شد. نام اين حفره Cyghus x-1 و متعلق به كهكشان راه شيري است. با وجود اينكه خود حفرههاي سياه ديده نميشوند، اما تاثير قوة جاذبه عظيم آنها بر ستارههاي نزديكشان را ميتوان بررسي كرد. هميشه يك ستاره، با سوپر نوا جفت ميشود و گازهاي حاصل از آن ستاره بصورت مارپيچ به داخل سوپر نوا بلعيده ميشوند. حركت مارپيچي گازها، تصوير يك حفره سياه را در مركز سوپر نوا بوجود ميآورد و بدين جهت است كه آن را حفره سياه مي نامند .
تلاش براي ديدن سايه سياهچاله
در هسته كهكشان راه شيري يك سياهچاله پرجرم قرار دارد كه نور را به درون خود مي مكد و بدين ترتيب باعث نامرئي شدن خود مي شود. اما اختر شناسان مي گويند كه طي چند سال آينده قادر خواهند شد سايه كلي اين سياهچاله را مشاهده كنند.
آوري برادريك (Avery Broderick) از مركز اختر فيزيك هاروارد مي گويد" كليد و اساس اختر شناسي سياهچاله اي اكنون در چنگ ماست. ما اكنون مي توانيم سايه اي كه سياهچاله بر روي مواد اطراف خود مي اندازد مشاهده كرده و اندازه و چرخش خود سياهچاله را تعيين كنيم.هيچ چيز حتي نور نمي تواند از حوزه گرانشي شديد يك سياه چاله فرار كند. و به دليل اينكه از خود نور يا هر گونه شكلي از ماده منتشر نمي كند ، مدرك قابل روئيتي از وجود آنها در دست نيست. اما همينكه ماده به داخل كشيده مي شود ، گرم شده و انرژي را به صورت "نقاط داغ" (Hot Spots) منتشر مي كند. بخشي از اين تابش فرار كرده و قابل رديابي مي گردد. اختر شناسان قبلا تابش ناشي از نقاط داغ را درست بيرون از سياهچاله رديابي كرده اند. آنها عقيده دارند كه اين تابشها پس زمينه اي را ترسيم مي كند كه شناسه و به عبارت ديگر سايه سياهچاله بر روي آن خودنمائي مي كند.به دليل اينكه فن آوري جهت روئيت اين سايه تا چند سال آينده امكان پذير نخواهد بود ، برادريك و آويل اوب از مركز اختر فيزيك هاروارد مدلي را طراحي كرده اند كه ظاهر اين سايه را پيش بيني مي كند.
نقطه داغ تابش به دور سياهچاله مي چرخد اما محققين نمي دانند كه آيا خود سياهچاله هم مي چرخد يا نه. بنابراين Broderick و Loeb دو حالت را ايجاد كردند : يكي سياهچاله بدون حركت و ديگري چرخش با حداكثر سرعت. در هر كدام از حالتها ، نقطه داغ بصورت يك حباب با رنگهاي رنگين كماني كه به دور يك صفحه آبي سخت مي چرخد نمايش داده مي شود. صفحه آبي نمايانگر صفحه پيوسته سياهچاله است كه ماده در آن جمع و داغ مي شود تا در نهايت به درون خود سياه چاله مكيده شود.برادريك مي گويد" مشاهده تمام وقايع تا لبه سياهچاله واقع در مركز كهكشان راه شيري يك رصد واقعا قابل ملاحظه است: چاله اي با قطر 10 ميليون مايل كه بيش از 25.000 سال نوري دور مي باشد. بمنظور روئيت اين سايه ، اختر شناسان به راديو تلسكوپي نياز دارند كه به بزرگي كره زمين باشد. يك چنين تلسكوپي كما بيش درتحقيقات استفاده مي شود. به جاي راديو تلسكوپي كه اندازه غول آساي آن امكان ساخت را غير ممكن مي كند ، اختر شناسان قرائتهاي مجموعه اي از تلسكوپهاي submillimeter سراسر قاره را ادغام خواهند كرد.
قبلا از اين روش كه interferometry ناميده مي شود براي مطالعه پرتوها و علائم طول موج بلند فضاي خارج استفاده شده است. اختر شناسان معتقدند كه بررسي علائم طول موج كوتاه مي تواند تصاويري با كيفيت بالا از ناحيه بيروني سياهچاله ايجاد كند. چاه گرانشي موجود در مركز كهكشان راه شيري بهترين هدف براي رصد با استفاده از interferometry مي باشد زيرا اين روش وسيع ترين منطقه از آسمان را براي رصد سياهچاله پوشش مي دهد. ادغام نتايج رصدهاي انجام شده توسط ابزارهاي فروسرخ مي تواند تصوير با كيفيت تري بوجود آورد.لينكولن گرين هيل (Lincoln Greenhill) از مركز اختر فيزيك هاروارد مي گويد: رصدهاي فرو سرخ و Submillimeter مكمل يكديگر هستند. ما مي بايد هر دو روش را براي بوجود آوردن با كيفيت ترين رصدها مورد استفاده قرار دهيم. اين تنها راهي است كه بتوان يك تصوير كامل از مركز كهكشاني بدست آورد." اما يك تصوير واضح و شفاف از اين سياهچاله تنها حسن شناسائي و رويت سايه آن نيست. اين داده ها در نهايت به اختر شناسان كمك خواهد كرد تا فرضيه نسبيت عام انيشتين را در ميان ميدان گرانشي شديدا قدرتمند يك سياهچاله مورد آزمايش قرار دهند.زمانيكه اختر شناسان به اين هدف نايل شوند ، اولين تصوير از سايه سياهچاله و صفحه يكنواخت درون آن به كتابهاي درسي راه خواهد يافت و نظريات ما در مورد گرانش گستره فضا- زمان كه قويا منحني تصور مي شود مورد آزمايش قرار خواهند گرفت.
منابع :
سیاه چاله هاwww.almassi.persianblog.com
تاريخچه نظريه سياه چاله و بيگ بنگ www.hupaa.com
زندگی یک سیاه چاله www.parssky.com
حفره سياه ( سياهچاله ) چيست؟ www.hupaa.com
تلاش براي ديدن سايه سياهچاله www.hupaa.com
.jpg "5 ابزار ضروری برای زنده ماندن در صعودهای زمستانی")
