پدر ناراضي سياهچاله ها

نگاهي به تاريخچه ي تکامل برخي مفاهيم اختر فيزيکي
 

معادله هاي گرانش آلبرت اينشتين مبناي نگرش نوين به سياهچاله هاست، هر چند که خود انيشتين در اصل از اين معادله استفاده کرد تا نشان دهد ممکن نيست چنين اجسامي وجود داشته باشند.
برخي اوقات دانشمندان بزرگ ميراثي از خود به جاي مي گذارند که نه تنها از تصورات طرفداران شان پيش مي افتد، بلکه حتي از قصد خود آنها نيز فراتر مي رود. يکي از مثال هاي گفتني در اين زمينه، پيشرفت هاي اوليه ي نظريه ي سياهچاله ها و مهم تر از همه نقشي است که آلبرت اينشتين در اين پيشرفت داشت. آلبرت اينشتين در سال 1939/1318 مقاله اي را با عنوان رعب انگيز «درباره ي سامانه هاي ايستا با تقارن کروي شامل چندين جرم گرانشي» در نشريه ي سالنامه ي رياضيات (Annals of Mathematics) منتشر کرد. اينشتين در اين مقاله در جستجوي راهي بود تا ثابت کند که وجود سياهچاله ها- اجرام فضايي که آنقدر چگال اند که حتي نور نمي تواند از گرانش آنها فرار کند-غير ممکن است.
اما طنز روزگار آن است که اينشتين براي اثبات اين موضوع از نظريه ي نسبيت عام و گرانش خودش استفاده کرد که در سال 1916/1296 منتشر شده بود؛ يعني همان نظريه اي که امروز از آن در اثبات اين استفاده مي شود که وجود سياهچاله ها نه تنها ممکن بلکه در برخي موارد ناگزير است. در واقع، چند ماه پس از اينکه اينشتين نظرش را در ردّ سياهچاله ها منتشر کرد، روبرت اُپِنهايمر و دانشجوي او، هارتلند س. اشنيدر،- بدون ارجاع به نظريات اينشتين- مقاله اي را با عنوان « درباره ي رُمبِش گرانشي پيوسته» منتشر کردند. در آن کار از نظريه ي نسبيت عام اينشتين استفاده شده بود تا، نخستين بار در سابقه ي فيزيک مدرن، نشان بدهند که سياهچاله ها چگونه ممکن است شکل بگيرند.
شايد طعنه آميزتر اين باشد که مطالعات نوين سياهچاله ها، و به طور عام تر ستاره هاي در حال رمبش، بر وجه کاملاً متفاوتي از ميراث اينشتين بنا شده است؛ يعني مکانيک کوانتومي -آماري. بدون اثرات پيش بيني شده در آمار کوانتومي، هر جرم نجومي سرانجام مي رمبد و به سياهچاله تبديل مي شود که حاصل آن عالمي است که هيچ شباهتي با عالم امروز ما ندارد.

بوز- اينشتين و آمار
 

نامه اي که اينشتين در خرداد 1303/ ژوئن 1924 از طرف فيزيک دان ناشناس هندي به نام ساتيندرانات بوز دريافت کرد، الهام بخش او براي ابداع آمار کوانتومي شد. همراه نامه ي بوز، دست نوشته اي بود که يک انتشاراتي علمي انگلستان آن را براي انتشار مناسب ندانسته بود. اينشتين، پس از خواندن اين مقاله، خودش آن را به آلماني ترجمه کرد و ترتيبي داد که در نشريه ي معتبر مجله ي فيزيک ( Zeitschrift fur Physik) منتشر شود.
چرا اينشتين فکر مي کرد اين دست نوشته چنين اهميتي دارد؟ او دو دهه درباره ي ماهيت تابش الکترومغناطيس، به ويژه تابش هايي که درون محفظه اي داغ به دام افتاده اند و به دماي ديواره ي محفظه رسيده اند، پژوهش مي کرد. ماکس پلانک فيزيک دان آلماني، در آغاز قرن بيستم، يک تابع رياضي ويژه را کشف کرد که چگونگي تغيير شدت تابش طول موج هاي مختلف (يا همان رنگ هاي) اين «جسم سياه» را توصيف کرد. معلوم شد که شکل اين طيف به ماده ي تشکيل دهنده ي ديواره ي محفظه بستگي ندارد بلکه فقط دماي تابش مهم است. (يک نمونه ي جالب از تابش جسم سياه، فوتون هاي باقي مانده از انفجار بزرگ ( مهبانگ) است که در اين مورد کل جهان نقش همان «محفظه» را دارد. دماي اين فوتون ها را حدود 0/002+- 2/726 کلوين اندازه گرفته اند.)
بوز تا حدودي با خوش اقبالي توانست مکانيک آماري تابش جسم سياه را به دست آورد، به بيان ديگر او قانون پلانک را از دورنماي رياضياتي و مکانيک کوانتومي به دست آورد. نتيجه ي اين پژوهش توجه اينشتين را به خود جلب کرد اما او مسئله را يک گام ديگر به جلو برد (هر چه باشد او اينشتين بود). وي از همين روش ها استفاده کرد و مکانيک آماري را درباره ي گاز ملکول هاي پر جرمي به کار برد که از همان قواعدي پيروي مي کنند که بوز براي فوتون ها به کار برد. او قانوني همتاي پلانک را براي اين مورد به دست آورد و متوجه چيزي بسيار مهم شد. اگر گازي را، که ذرات تشکيل دهنده ي آن از آمار بوز- اينشتين پيروي مي کنند، سرد کنيم در يک دماي بحراني ويژه تمام ملکول ها ناگهان به حالت تبهگن مي رسند. اين حالت را اکنون با عنوان چگالش بوز- اينشتين مي شناسند (هر چند که بوز در اين زمينه نقشي نداشت).
يک مثال جالب در اين زمينه گازي است که از ايزوتوپ رايج هليم 4 تشکيل شده است که هسته اش شامل دو پروتون و دو نوترون است. در دماي 2/18 کلوين، اين گاز به مايعي تبديل مي شود که عجيب ترين خواصي را، که بتوان تصور کرد، دارد؛ از جمله ويژگي جريان يافتن بدون اصطکاک که به آن اَبَرشارگي (superfluidity) مي گويند. بيش از يک دهه پيش، پژوهشگران آمريکا بر دشواري هاي سرد کردن ديگر اتم ها تا حدّ چند ميلياردم يک درجه ي کلوين چيره شدند و به چگالش بوز- اينشتين دست يافتند.
اما به هر حال همه ي ذرات طبيعت اين ويژگي چگالش را ندارند. در سال 1925/1304، درست پس از آنکه اينشتين مقاله هايش را درباره ي چگالش منتشر کرد، ولفانگ پائولي، فيزيک دان اتريشي، دسته ي ديگري از ذرات را شناسايي کرد که شامل الکترون، پروتون و نوترون است که خواص ديگري دارند و از قواعد متفاوتي پيروي مي کنند. وي دريافت که هيچ دو ذره ي همانندي از اين دسته ( براي مثال دو الکترون) هيچ گاه نمي توانند در حالت مکانيک کوانتومي دقيقاً يکساني باشند. اين ويژگي را از آن زمان با عنوان اصل طرد پائولي مي شناسيم. در سال 1926/1305 اِنريکو فِرمي و پل ديراک مکانيک آماري اين ذرات را ابداع کردند که همتاي آمار بوز- اينشتين است.
به علت وجود اصل طرد پائولي، چگالش آخرين کاري است که اين ذرات در حرارت کم مايل اند انجام دهند، در حقيقت اين ذرات تمايلي کاملاً بر عکس اين از خود نشان مي دهند. براي مثال، اگر گازي شامل الکترون ها را تا دماي بسيار کم فشرده و سرد کنيم و حجمش را کاهش دهيم الکترون ها وادار مي شوند که کم کم جاي يکديگر را به اشغال خود در آورند. اما اصل طرد پائولي اين کار را منع مي کند، بنابراين الکترون ها با سرعتي، که حتي ممکن است به سرعت نور برسد، از يکديگر دور مي شوند. در الکترون ها و ديگر ذرات پائولي، فشاري که از اين ذرات در حال افراد ايجاد مي شود- و فشار تَبِهگِني نام دارد- هميشه وجود دارد، حتي اگر اين گاز را تا صفر مطلق سرد کنيم. و اين ربطي به اين حقيقت فيزيکي ندارد که الکترون ها با دافعه ي الکتريکي يکديگر را مي رانند. نوترون هم، که هيچ باري ندارد، چنين خاصيتي دارد. اين ويژگي صرفاً از فيزيکي کوانتوم ناشي مي شود.

آمار کوانتومي و کوتوله هاي سفيد
 

اما آمار کوانتومي چه ربطي به ستاره ها دارد؟ اخترشناسان، پيش از آغاز قرن بيستم، کم کم دسته اي از ستارگان ويژه، که کوچک و خاموش اند يعني کوتوله هاي سفيد، را شناسايي کردند. يکي از اين ستاره ها که همدم شباهنگ درخشان ترين ستاره ي آسمان، است جرمي برابر جرم خورشيد دارد اما 1/360 خورشيد ما نور مي تابد. کوتوله هاي سفيد، با توجه به جرم و اندازه شان، بايد به شدت چگال باشند. براي مثال همدم شباهنگ حدود 61 هزار بار چگال تر از آب است. اين اجسام عجيب چيستند؟ اينجاست که سر آرتور ادينگتون وارد ماجرا مي شود.
هنگامي که من در اواخر دهه ي 1940/1320 تحصيل در رشته ي فيزيک را آغاز کردم ادينگتون قهرمان من بود، البته به دلايل اشتباه. من هيچ چيز درباره ي پژوهش هاي مهم او در اخترشناسي نمي دانستم. من کتاب هاي عامه فهم او را تحسين مي کردم (البته از زماني که چيزهاي بيشتري درباره ي فيزيک ياد گرفتم، اين کتاب ها براي من چندان هم تحسين برانگيز نيست). ادينگتون، که در سال 1944/1323 درگذشت، يک نو-کانتي ( neo-Kantian) بود و باور داشت با آزمودن آن چيزهايي که به ذهن انسان خطور مي کند، مي توان همه ي چيزهاي مهم در جهان را آموخت. اما ادينگتون از پايان دهه ي 1910/1290، که سرپرستي يکي از دو گروه اعزامي تأييد کننده ي پيش بيني اينشتين درباره ي خميده شدن پرتوهاي نور ستاره ها در اطراف خورشيد را به عهده گرفت، تا پايان دهه ي 1930/1310، که کم کم دوره ي رکود علمي اش شروع شد، به راستي يکي از غول هاي علمي قرن بيستم بود. او عملاً قواعدي را ابداع کرد که به نخستين دريافت ها درباره ي ساختار داخلي ستارگان منجر شد و نام کتاب مهم او در سال 1926/1305 بود. او کوتوله هاي سفيد را، دست کم از ديدگاه زيبايي شناختي توهيني آشکار، تلقي مي کرد. با اين همه آنها را بررسي و درباره شان فکرهايي عرضه کرد.
ادينگتون در سال 1924/1303 پيشنهاد کرد که شايد فشار گرانش، که کوتوله ها را فشرده مي کند، باعث کنده شدن برخي الکترون ها از پروتون ها شود. در اين صورت اتم ها « مرز» خود را از دست مي دهند و ممکن است نسبتاً به يکديگر فشرده تر شوند و بسته هاي کوچک تر و چگال تري را به وجود آورند. ستاره ي کوتوله در نهايت عمل رمبش را به علت فشار تَبَهگِني فرمي- ديراک متوقف مي کند؛ يعني زماني که اصل طرد پائولي الکترون ها را مجبور مي کند از يکديگر دور شوند. درک پديده ي کوتوله هاي سفيد در تير 1309/ژوئيه ي 1930 يک گام ديگر به جلو برداشت. در اين هنگام سوبرامانيان چاندراسکار 19 ساله، سوار بر کشتي، مسير شهر مدرس هند به ساوث همپتون را مي پيمود. فولر، فيزيک دان انگليسي، پذيرفته بود که چاندراسکار به دانشگاه کمبريج برود و نزد او تحصيل کند (ادينگتون هم در کمبريج بود). چاندراسکار، که کتاب ادينگتون درباره ي ستارگان و کتاب فولر درباره ي مکانيک کوانتومي آماري را خوانده بود، شيفته ي کوتوله هاي سفيد شده بود. چاندراسکار، براي گذراندن وقتش در اين مسير طولاني دريانوردي، از خودش پرسيد: آيا هيچ حدّ بالايي براي جرم کوتوله ي سفيد، پيش از آنکه تحت اثر نيروي گرانشي خودش رمبش کند، وجود دارد؟ پاسخ او به اين پرسش موجب انقلابي در اختر فيزيک شد.
يک ستاره ي کوتوله ي سفيد در کل از لحاظ الکتريکي خنثي است، بنابراين هم الکترون بايد پروتوني نظير داشته باشد که دو هزار برابر الکترون جرم دارد. در نتيجه پروتون بايد بخش اصلي فشار گرانشي را فراهم کند. اگر کوتوله رمبش نمي کند، فشار تَبَهگِني الکترون ها و رمبش گرانشي پروتون ها بايد با يکديگر برابر باشند. پس مشخص مي شود که اين برابري محدود کننده ي تعداد پروتون ها و در نتيجه جرم کوتوله است. اين حدّ نهايي را به نام « حدّ چاندراسکار» مي شناسند که برابر 1/4 برابر جرم خورشيد است. هر کوتوله اي که پر جرم تر از اين حدّ باشد ناپايدار است.
نتايج چاندراسکار به شدت ادينگتون را آشفته کرد. اگر جرم بيش از 1/4 برابر جرم خورشيد باشد چه مي شود؟ او از پاسخ اين پرسش خشنود نبود. سرنوشت ستارگان پرجرم آن است که دچار رمبش گرانشي شوند و به ورطه ي فراموشي بيفتند. مگر آنکه سازوکاري پيدا شود تا جرم ستارگاني را، که خودشان را متراکم مي کنند و به کوتوله تبديل مي شوند، محدود کند؛ يا مگر آنکه نتايج چاندراسکار اشتباه باشد.
اين نتايج براي ادينگتون پذيرفتني نبود. بنابراين تصميم گرفت که از چاندراسکار به علت استفاده از آمار کوانتومي، چه در جمع و چه به طور خصوصي، انتقاد کند. اين انتقاد ها چاندراسکار را از پاي در آورد. اما او نيز پشتوانه هاي خودش را داشت، افرادي مانند نيلز بور، فيزيک دان دانمارکي، از او حمايت مي کردند و به او اطمينان خاطر مي دادند که ادينگتون قطعاً اشتباه مي کند و نبايد به گفته هاي او اعتنا کرد.

احساسي تکينه
 

همان طور که پژوهشگران آمار کوانتومي و کوتوله هاي سفيد را بررسي مي کردند، ديگران به کار اينشتين درباره ي گرانش، يعني نظريه ي نسبيت عام او، هجوم بردند. تا آنجا که من مي دانم، اينشتين هيچ گاه زمان زيادي را براي يافتن راه حل کامل معادله هاي گرانشي خود صرف نکرد. بخشي که گرانش را پيرامون ماده توصيف مي کند، بسيار پيچيده است زيرا ماده باعث واپيچش هندسه ي فضا و زمان مي شود و در نتيجه ذره براي حرکت از يک نقطه به نقطه ي ديگر بايد مسيري منحني را بپيمايد. موضوعي که براي اينشتين مهم تر بود، آنکه منشأ گرانش، يعني ماده، را نمي توان فقط با معادله هاي گرانشي توصيف کرد. بايد مقدار آن را در اختيار داشت. اين موضوع باعث شده بود که اينشتين گمان کند اين معادله ناکامل اند. البته هنوز راه حل هاي تقريبي مي توانست پديده هايي همانند خميده شدن نور ستاره ها را با دقت کافي تفسير کند. با اين همه، در سال 1916/1295 که کارل شواتز شيلد، اخترشناس آلماني، به راه حل دقيقي براي وضعيتي واقعي- به طور خاص در مورد سياره اي که به دور ستاره اي مي گردد- دست يافت اينشتين تحت تأثير قرار گرفت.
شواتزشيلد در اين فرايند متوجه موضوعي نگران کننده شد. در فاصله اي از مرکز ستاره رابطه هاي رياضي ناکارآمد مي شوند. در اين فاصله، که امروز شعاع شوارتزشيلد نام دارد، زمان ناپديد و فضا بي نهايت مي شود. در اين حالت روابط رياضي به صورتي در مي آيند که رياضيدانان آن را تکينه مي نامند. شعاع شوارتزشيلد معمولاً بسيار کوچک تر از شعاع خود جسم است. براي مثال، شعاع شوارتزشيلد خورشيد سه کيلومتر و شعاع شوارتزشيلد يک تيله ي يک گرمي 28-10 سانتي متر است.
البته شوارتزشيلد مي دانست فرمول هايش در اين فاصله ناکارآمد مي شوند، اما استدلال مي کرد که اين موضوع مهم نيست. وي مدلي ساده شده از يک ستاره ساخت و نشان داد که بايد گراديان فشار بي نهايتي به آن وارد شود تا آن را تا شعاع شوارتزشيلد فشرده کند. به نظر او اين يافته هيچ اهميت کاربردي نداشت.
اما تحليل هاي او همه را خرسند نمي کرد. اين موضوع موجب ناخشنودي اينشتين بود، زيرا مدل ستاره ي شوارتزشيلد برخي استلزام هاي فني ويژه ي نظريه ي نسبيت را برآورده نمي کرد. با اين همه، برخي نشان دادند که مي توان راه حل هاي شوارتزشيلد را بازنويسي کرد به گونه اي که از اين تکينگي اجتناب شود. اما آيا نتايج به راستي ناتکينه بودند؟ اينکه بگوييم شک و ترديد ها به شدت ادامه داشت سخن نادرستي است، زيرا بيشتر فيزيک دانان به چنين موضوع هايي چندان اهميت نمي دادند؛ دست کم تا سال 1939/1318 که چنين بود.
اينشتين در مقاله سال 1939/1318 خود، علت علاقه و توجه دوباره ي خود به موضوع شعاع شوارتزشيلد را گفت و گو با هرولد رابرتسون کيهان شناس دانشگاه پرينستون و دستيارش پيتر برگمان بر مي شمارد. با اطمينان مي توان گفت هدف اينشتين از نگارش اين مقاله آن بود که مفهوم تکنيگي شوارتزشيلد را يک بار و براي هميشه نابود کند. وي در پايان مقاله اش مي نويسد، « نتيجه ي الزامي اين پژوهش دريافت درک روشني از اين موضوع است که چرا «تکنيگي هاي شوارتزشيلد» در دنياي واقعي فيزيکي وجود ندارند.» به عبارت ديگر ممکن نيست سياهچاله ها وجود داشته باشند.
اينشتين براي اينکه ديدگاهش را ثابت کند، بر مجموعه اي از ذرات کوچک تمرکز مي کند که تحت تأثير گرانش يکديگر در مداري دايره اي مي چرخند. در واقع اين مجموعه مشابه خوشه هاي ستاره اي کروي است. وي سپس مي پرسد آيا چنين پيکربندي اي ممکن است تحت تأثير گرانش خود رمبش کند و به ستاره اي پايدار تبديل شود که شعاعي برابر شعاع شوارتزشيلد دارد. اينشتين نتيجه مي گيرد که ممکن نيست چنين چيزي روي دهد زيرا، در شعاع هاي تا حدودي بزرگ تر، ستاره هاي درون خوشه بايد سريع تر از نور حرکت کنند تا پيکربندي شان را پايدار نگه دارند. هر چند که شيوه ي استدلال اينشتين صحيح است ديدگاهش نامربوط است، زيرا مهم نيست که يک ستاره ي رمبنده در شعاع شوارتزشيلد ناپايدار است چون ستاره رمبش مي کند و به هر حال از اين شعاع مي گذرد. اين موضوع، که اينشتين، که در آن زمان پيرمردي 60 ساله بود، در اين مقاله جدولي از نتايج عددي ارائه مي کند، من را بسيار تحت تأثير قرار داد زيرا او براي ارائه ي اين نتايج بايد از خط کش مهندسي ( rule‏ slide‎) استفاده کرده باشد. در هر صورت، حالا ديگر اين مقاله هم درست مانند همان خط کش مهندسي به تاريخ پيوسته است.

از نوترون تا سياهچاله
 

در همان هنگامي که اينشتين مشغول چنين پژوهش هايي بود، نوآوري هاي کاملاً متفاوتي در کاليفرنيا عرضه مي شد. اُپِنهايمر و دانشجويانش سرگرم ارائه ي نظريه ي نوين سياهچاله ها بودند. نکته ي جالب درباره ي پژوهش هاي مربوط به سياهچاله ها آن است که موضوعي الهام بخش مفهوم سياهچاله ها شد که بعدها مشخص شد به کل نادرست بوده است! در سال 1932/1311 جيمز چادويک، فيزيک دان تجربه گراي انگليسي، نوترون- ذره ي خنثي در هسته ي اتم - را کشف کرد. مدت کوتاهي پس از اين کشف حدس و گمان ها آغاز شد و به نظر رسيد که نوترون مي تواند منجر به جرمي شود که گزينه ي مناسبي براي جايگزيني با کوتوله ي سفيد باشد. از جمله مهم ترين کساني که در عرضه اين فکر نقش داشتند مي توان به فريتز زويکي از مؤسسه ي فناوري کاليفرنيا (کَلتِک) و لِو لاندائو، فيزيک دان نظريه پرداز بااستعداد شوروي، اشاره کرد که مستقل از يکديگر کار مي کردند.
آنها استدلال مي کردند هنگامي که فشار گرانشي به قدر کافي زياد شد، الکترون هاي درون ستاره با پروتون ها واکنش مي دهند و نوترون را به وجود مي آورند (زويکي حتي حدس زد که چنين فرايندي در انفجارهاي ابرنواختري نيز روي مي دهد، البته حدس وي درست بود و امروز اين «ستاره هاي نوتروني» رابا نام تَپ اَختر مي شناسيم). هنگامي که چنين پژوهش هايي انجام مي شد، هنوز ساز و کار واقعي توليد انرژي در ستاره هاي معمولي مشخص نشده بود. يکي از حدس ها آن بود که يک ستاره ي نوتروني در مرکز ستاره ي معمولي قرار دارد که تا حدودي شبيه حدس بسياري از اختر فيزيک دانان کنوني است که مي گويند سياهچاله اي مرکزي موجب تابش اختروش ها مي شود.
در اين هنگام بود که اين پرسش مهم مطرح شد که هم ارز جرم حديّ چاندراسکار در اين ستاره ها چيست؟ پاسخ دادن به اين پرسش بسيار دشوارتر از يافتن حدّ براي کوتوله هاي سفيد است. علتش هم آن است که بر هم کنش نوترون ها با يکديگر بر اثر نيرويي قوي است که ما هنوز هم نتوانسته ايم جزئيات آن را به طور کامل درک کنيم. مي دانيم در نهايت گرانش بر اين نيرو چيره مي شود، اما براي تعيين دقيق جرم حدي لازم است که اين جزييات را نيز بدانيم. اُپنهايمر، با همکاري دانشجويانش رابرت سربر و جرج وُلکُف، دو مقاله درباره ي اين موضوع منتشر کرد و از آنها نتيجه گرفت که جرم حدّي در اين مورد با حدّ چاندراسکار براي کوتوله هاي سفيد قابل مقايسه است. اولين مقاله در سال 1938/1317و مقاله ي دوم در سال 1939/1318 منتشر شد. (منشأ واقعي انرژي ستارگان يا همجوشي را هانس بته و کارل فريدريش فون وايتسزِکر در سال 1938/1317 کشف کردند اما چند سالي گذشت تا اين موضوع پذيرفته شد، به همين علت اخترفيزيک دانان همچنان از ديگر نظريه هاي مطرح آن زمان استفاده مي کردند.)
اپنهايمر تصميم گرفت روي همان موضوعي درباره ي کوتوله هاي سفيد کار کند که اسباب شگفتي ادينگتون شده بود: يعني اگر جرم يک ستاره ي رُمبَنده از همه ي حدود تعيين شده فراتر باشد، چه روي مي دهد؟ استدلال هاي اينشتين در ردّ سياهچاله ها در مقاله ي سال 1939/1318 وي هيچ ارتباطي با اين موضوع ندارد؛ هر چند با اطمينان خاطر مي توان گفت اُپنهايمر و دانشجويانش از وجود چنين مقاله اي بي خبر بودند، چرا که آنها در آن زمان پنج هزار کيلومتر آن سوتر بودند. اما اُپِنهايمر نمي خواست ستاره ي پايداري بسازد که شعاعش برابر شعاع شوارتزشيلد باشد. او مي خواست ببيند اگر ترتيبي دهيم که ستاره در شعاع شوارتزشيلد خود رُمبِش کند، چه روي مي دهد. وي پيشنهاد کرد که اشنيدر اين مسئله را با جزئياتش حل کند.
اپنهايمر، براي آنکه موضوع را ساده تر کند، به اشنيدر گفت فرض هاي مشخصي را در نظر بگيرد و از ملاحظات فني پيچيده، از جمله فشار تَبَهگِني يا چرخش احتمالي ستاره، چشم پوشي کند. شهود اپنهايمر به او مي گفت چنين عواملي هيچ چيز مهمي را عوض نمي کند. (سال هاي بعد، نسل جديد پژوهشگران اين فرض ها را به چالش کشيدند. البته محققان جديد از رايانه هاي سريع و پيشرفته بهره مند بودند، اما اشنيدر بيچاره فقط از يک ماشين حساب ساده ي دستي استفاده مي کرد. اما حق با اپنهايمر بود، هيچ چيز مهمي تغيير نکرد.) اشنيدر، به کمک اين ساده سازي ها، دريافت اينکه بر سر ستاره ي رُمبَنده چه مي آيد، به شدت به موقعيت ناظر بستگي دارد.

دو ديدگاه درباره رُمبِش
 

اجازه دهيد با اين فرض شروع کنيم که ناظري در فاصله اي ايمن از ستاره قرار دارد. همچنين اجازه دهيد فرض کنيم ناظر ديگري بر سطح ستاره چسبيده است و هنگام رُمبش «همراه» با آن حرکت مي کند و مي تواند امواج نوري را براي همکار ديگرش بفرستد که ثابت ايستاده است. ناظر ثابت مشاهده مي کند که علائم نوري ارسال شده از همکار در حال حرکتش کم کم به سمت انتهاي سرخ طيف الکترومغناطيس مي رود. اگر فرکانس علائم نوري را به عنوان ساعت در نظر بگيريم، ناظر ثابت مشاهده مي کند که ساعت ناظر متحرک کم کم کند مي شود.
در حقيقت در شعاع شوارتزشيلد، ساعت آن قدر کند مي شود تا آنکه متوقف شود. ناظر ثابت استدلال مي کند براي آنکه ستاره تا شعاع شوارتزشيلد خود رُمبش کند، زمان بي نهايت لازم است. اينکه «بعد» از آن رويداد چه اتفاقي مي افتد، ما چيزي نمي دانيم زيرا، طبق نظر ناظر ثابت، «بعد» ي وجود ندارد. تا آنجا که اين ناظر مي داند ستاره در شعاع شوارتزشيلد خود منجمد شده است.
در حقيقت تا آذر 1346/ دسامبر 1967 که جان ويلر، فيزيک دان دانشگاه پرينستون، اصطلاح «سياهچاله» را ابداع و در يک سخنراني مطرح کرد، در مقاله هاي علمي، اغلب از اين اجسام با عنوان ستاره هاي منجمد ياد مي کردند. اين حالت انجماد اهميت واقعي تکنيگي در هندسه ي شوارتزشيلد است. همان گونه که اُپنهايمر و اشنيدر در مقاله ي خود نشان دادند، ستاره رُمبَنده «تمايل دارد هر گونه ارتباط خود را با ناظر دوردست قطع کند. تنها ميدان گرانشي آن است که همچنان خودنمايي مي کند.» به عبارت ديگر سياهچاله اي به وجود آمده است.
اما در موردناظر متحرکي که همراه ستاره ي رُمبَنده است، چه مي توان گفت؟ اُپنهايمر و اشنيدر تأکيد مي کنند که اين ناظر درباره ي پديده ها احساس بسيار متفاوتي دارد. براي او شعاع شوارتزشيلد هيچ گونه اهميت ويژه اي ندارد. همان گونه که ساعت او نشان مي دهد، طي چند ساعت از اين مرز عبور مي کند و به مرکز مي رسد. با اين همه او گرفتار نيروهاي گرانشي کشندي بسيار قوي مي شود که او را تکه تکه مي کند.
سال 1939/1318 بود و خود جهان هم در آستانه ي تکه تکه شدن قرار داشت. اُپنهايمر هم به زودي به جنگ مي پيوست تا ويرانگرترين سلاح بشر را بسازد. او ديگر هيچ گاه درباره ي سياهچاله ها پژوهش نکرد. تا آنجا که مي دانم، اينشتين هم هيچ گاه دوباره روي اين موضوع تحقيق نکرد. از سال 1947/1226 (در زمان صلح) اُپنهايمر مدير مؤسسه ي پژوهش هاي پيشرفته در پرينستون نيوجرسي شد که اينشتين در آنجا سمت استادي داشت. آن دو گاه گاهي با يکديگر گفت و گو مي کردند. گفت و گوي احتمالي آن دو درباره ي سياهچاله ها در هيچ کجا ثبت نشده است. براي پيشرفت هاي بيشتر در اين مورد بايد تا دهه ي 1960/1340 منتظر ماند تا کشف اختروش ها، تپ اخترها و منابع فشرده ي پرتو ايکس به تفکر درباره ي سرنوشت رازآميز ستارگان جاني دوباره بخشد.
برگرفته از: Scientific American,Special issue, Apr.2007
منبع: نشريه نجوم، شماره 188