گرانش و سیاهچاله ها

همه ما آثار ناشی از گرانش را می شناسیم. مثلا وقتی اشیاء را رها می کنیم به سوی زمین حرکت میکنند و یا اینکه می بینیم دویدن به سمت بالای تپه بسیار سخت تر از دویدن به پایین آن است. با این حال از نظر یک فیزیکدان آثار ناشی از گرانش بسیار فراتر از این مثال های ساده روزمره است. به عنوان مثال در مقیاس اشیاء بسیار بزرگ ؛ نقش گرانش خیلی مهمتر می شود. این گرانش است که باعث چرخش زمین به دور خورشید و یا ماه به دور زمین است. گرانش است که باعث می شود خورشید به دور مرکز کهکشان را شیری گردش کند، گردشی که با سرعت ۲۲۰ کیلومتر بر ثانیه چیزی در حدود ۲۵۰ میلیون سال طول می کشد. در اثر نیروی گرانش است که کهکشان های آندرومدا و راه شیری با سرعت ۱۰۰ – ۱۴۰ کیلومتر در ثانیه به هم نزدیک می شوند در ۳ تا ۴ میلیارد سال آینده به هم می رسند.

گرانش یکی از نیروهای بنیادی طبیعی است که میل عمومی هر ماده به جذب سایر مواد را می نمایاند. در واقع در طبیعت ۴ نیروی بنیادی وجود دارد. گرانش؛ الکترومغناطیس و نیروی هسته ای ضعیف و قوی. عمومیت داشتن گرانش (یعنی از این حیث که همواره به صورت جاذبه عمل می کند) آن را از ۳ نیروی دیگر متمایز می کند. مثلا نیروی الکتریکی میان اجسام باردار را در نظر بگیرید بارهای الکتریکی دو نوع هستند. مثبت و منفی. لذا نیروی الکتریکی می تواند هم به صورت جاذبه ظاهر شود (برای بارهای ناهمنام) هم به صورت دافعه (بارهای همنام). این در حالیست که گرانش فقط به صورت جاذبه وجود دارد و به همین خاطر است که این نیرو در کیهان شناسی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

اگر در زمان به عقب سفر کنیم و به زمان نزدیک بیگ بنگ بر گردیم این چهار نیروی بنیادی طبیعت با یکدیگر ادغام می شوند اگر در زمان تا لحظه بیگ بنگ به عقب بر گردیم گرانش آخرین نیرویی است که بعد از بیگ بنگ ؛ بصورت دقیق تر در زمان پلانک یعنی ۱۰ به توان منفی ۴۳ ثانیه پس از انفجار بزرگ جدا می شود. نیروی هسته ای قوی بعد نیروی هسته ای ضعیف و دست آخر نیروی الکترومغناطیس. ادغام سه نیرو همگی با نظریه کوانتوم تبیین می شود. تمام تلاش ها برای اراﯬ نظریه همه چیز در این راستاست که نیروی چهارم یعنی گرانش را تبیین کند. اولین گام در جهت انجام چنین کاری ؛ متحد کردن فیزیک کوانتومی با نظریه گرانش یعنی به وجود آوردن یک نظریه گرانش کوانتومی است. همان چیزی که پروفسور براند در فیلم اینترستلار ۴۰ سال برای حل آن زمان صرف کرده است.

اما باز گردیم به مساله سیاهچاله ها. ایده وجود سیاهچاله ها به جان میشل کشیش انگلیسی در سال ۱۷۸۳ باز می گردد و توسط لاپلاس هم مورد بحث قرار گرفته بود. اما تعبیر کنونی از سیاهچاله به نظریه نسبیت عام اینشتین بر میگردد. در خصوص سیاهچاله ها بد نیست به راه حل معروف شوارتسشیلد اشاره کنیم که تنها یک سال پس از انتشار نظریه اینشتین در سال ۱۹۱۶ بر مبنای توزیع متقارن کروی از ماده منتشر شده بود.

در فیزیک هر جسمی با هر جرمی یک شعاع بحرانی دارد که به آن شعاع شوارتسشیلد گفته می شود . اگر یک جسم چگال تماما درون شعاع شوارتسشیلد قرار بگیرد آنگاه هیچ نوری نمی تواند از سطح آن جسم فرار کند. برای جرمی معادل زمین شعاع بحرانی تنها ۱ سانتی متر است. یعنی اگر شعاع زمین با همین جرم کنونی اش تنها یک سانتی متر بود آنگاه زمین نیز یک سیاهچاله بود! برای جرمی معادل جرم خورشید این شعاع چیزی در حدود ۳ کیلومتر است. با این وجود هنوز مدرک محکم و بی شبهه ای مبنی بر وجود سیاهچاله در طبیعت وجود ندارد. در فیلم اینترستلار؛ کوپر بر سیاره ای نزدیک یک سیاهچاله به نام گارگَنچوا(Gargantua) فرود می آید که هر ساعت اش ۷ سال زمین است.

محیط میان‌ستاره‌ای

چاشنی تخیل و ایده پردازی علمی

 زبان و ادبیات علمی