«شادترین تصور» انیشتین

فرادید: شاید فکر کنید که اگر در سیاه‌چاله بیفتید درجا خواهید مرد، اما در حقیقت این مسئله کمی پیچیده‌تر است. سرنوشت عجیب‌تری در انتظار شما است!

به گزارش بی‌بی‌سی، سفر به فضا و موضوع سیاه‌چاله همواره برای طرفداران نجوم و موضوعات علمی جالب بوده است. در اکثر موارد زبان علمی شاید شما را کمی گنگ کند اما در اینجا از آن زبان پیچیده خبری نیست، زیرا شما یک همسفر خوب دارید.

شاید برای شما هم اتفاق بیفتد! ممکن است در فضا به دنبال سیاره‌های قابل زیست دیگری باشید یا اصلا در حال کاوش بر روی هستی باشید و یک سوال در ذهنتان ایجاد شود: اگر در یک سیاه‌چاله بیفتید چه اتفاقی خواهد افتاد؟


شاید فکر کنید که ضربه شدیدی به شما وارد شود یا به ذرات مختلف تجزیه شوید، اما در حقیقت واقعیت عجیب‌تر از این حرف‌ها است. درست همان لحظه‌ای که به درون یک سیاه‌چاله می‌افتید، واقعیت به دو بخش تقسیم می‌شود. واقعیت اول این است که شما به خاکستر تبدیل می‌شوید و واقعیت دوم این است که بدون هیچ آسیبی وارد آن می‌شوید.

سیاه‌چاله همان جایی است که قوانین فیزیک کنونی در آن شکسته می‌شوند. انیشتین به ما آموخت که گرانش فضا را خم می‌کند. بنابراین یک شی که به اندازه کافی متراکم شده باشد را در فضا در نظر بگیرید. فضا-زمان آن‌قدر می‌تواند خم شود که حول محور خودش بچرخد و یک چاله را در «واقعیت» به وجود آورد. به طور کلی، سیاه‌چاله ناحیه‌ای از فضا-زمان است که جرم در آن فشرده شده است.

یک ستاره بسیار بزرگ که سوختش به پایان رسیده گزینه خوبی برای تشکیل یک سیاه‌چاله است. این ستاره زیر وزن خود خم شده و از درون فرو می‌ریزد و همراه با آن نیز فضا-زمان به درون خم می‌شود. میدان مغناطیسی حاصل از آن به اندازه‌ای قوی می‌شود که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن عبور کند. این میدان مغناطیسی سپس یک سیاه‌چاله را در جای آن ستاره به وجود می‌آورد.


بیرونی‌ترین مرز یک سیاه‌چاله «افق رویداد» نام دارد. نیروی گرانشی افق رویداد اجازه گریز نور از آن را صادر نمی‌کند. اگر کمی بیشتر به آن نزدیک شوید، دیگر مجال فرار ندارید!

در افق رویداد بیش از حد انرژی وجود دارد. اثرات کوانتومی نوارهایی از ذرات داغ را بر حاشیه افق رویداد به وجود می‌آورد که به کیهان تابانده می‌شوند. به این اتفاق «تابش هاوکینگ» گفته می‌شود، چرا که استیفن هاوکینگ اولین بار آن را پیش‌بینی کرد. سیاه‌چاله در مدت زمانی خاص جرم را تابانده و ناپدید می‌شود.


همین‌طور که به درون سیاه‌چاله می‌روید، فضا بیشتر خم می‌شود و در مرکز آن به اوج می‌رسد. فضا و زمان در مرکز تا بی‌نهایت خم می‌شوند. فضا و زمان در فیزیک دو مفهوم معنادار هستند ولی زمانی که به مرکز سیاه‌چاله می‌رسیم کاملا معنای خود را از دست می‌دهند. اینجا چه اتفاقی می‌افتد؟ کسی نمی‌داند. آیا جهان دیگری است؟ این یک راز است.

حالا اگر در سیاه‌چاله بیفتید چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ فرض کنید که شما درون سیاه‌چاله افتاده‌اید و دوستات «آنی» فقط نظاره‌گر شما است.

سرعت شما به سمت افق رویداد بیشتر می‌شود. شما کش می‌آیید و کمی هم کج می‌شود. هر چه به افق رویداد نزدیک‌تر می‌شوید مانند «تصویر آهسته» حرکت می‌کنید. از آنجایی که هوا در فضا وجود ندارد نمی‌توانید برای آنی فریاد بزنید. بر روی گوشی شما یک برنامه نصب است که می‌توانید با کمک آن «پیام مُرس» برای آنی ارسال کنید. اما حواستان باشد که پیام شما کندتر به او ارسال می‌شود، زیرا در اینجا امواج کمی آهسته‌تر حرکت می‌کنند: «درسته، د ر س ت ه، د ر س ت ه.»

آنی از دور با یک ذره‌بین غول‌پیکر شما را می‌پاید. وقتی که به افق رسیدید، شما منجمد می‌شوید؛ درست مانند اینکه شخصی دکمه استپ بازی را فشار داده باشد. بر روی سطح افق رویداد چسبیده و بی‌حرکت می‌مانید تا بالاخره گرما شما را به داخل بکشد.

آنی می‌گوید که شما به تدریج از بین می‌روید. انحنای فضا، توقف زمان و تابش هاوکینگ شما را از پای درخواهد آورد. حتی قبل از اینکه به تاریکی سیاه‌چاله برسید به خاکستر تبدیل خواهید شد.

قبل از اینکه مراسم ترحیم شما را برگزار کنیم، بهتر است آنی را فراموش کنیم و این داستان جذاب را از زبان خودتان بشنویم. درست است، اینجا چیز خیلی عجیب‌تری در حال اتفاق افتادن است. آن چیز چیست؟ هیچ چیز!

فرضیه دوم این بود که شما سالم عبور می‌کنید. حالا تصور می‌کنیم که خاکستر نشدید. شما حالا دارید در درون یکی از مرموزترین چیزهای عالم هستی حرکت می‌کنید. هیچ اختلالی در مسیر شما پیش نخواهد آمد، زیرا شما یک سقوط آزاد را تجربه خواهید کرد چرا که جاذبه را حس نخواهید کرد. این اتفاق برای انیشتین «شادترین تصور» بود.

افق رویداد یک دیوار آجری نیست که شما بتوانید آن را ببینید. شاید اگر از بیرون آن را نگاه کنید، اصلا متوجه آن نشوید. هرچه سیاه‌چاله کوچکتر باشد مشکل بزرگتر می‌شود. نیروی جاذبه آنقدر زیاد خواهد بود که تاثیر آن بر روی پای شما از تاثیرش بر روی سر شما بیشتر خواهد بود. اما سیاه‌چاله‌ای که شما درون آن رفتید، خیلی بزرگ است: میلیون‌ها باز بزرگتر از خورشید خودمان. نیروی گرانشی شما را اذیت نخواهد کرد. نگران اسپاگتی شدن نباشد. مزیت سیاه‌چاله بزرگ این است که می‌توانید راحت در آن زندگی کنید، البته تا وقتی که هنوز به «تکینگی» نرسیده‌اید.

شما به سمت مرکز کشیده می‌شوید و حتی اگر هم بخواهید نمی‌توانید برگردید. چه حسی دارد؟ اما ما این مورد را حس کرده‌ایم، البته نه با فضا و مکان بلکه با زمان. زمان تنها به جلو حرکت می‌کند و هرگز به عقب بازنمی‌گردد. در واقع زمان ما را علی‌رغم میل درونی خود به جلو می‌برد.

این فقط یک قیاس ساده نیست. درون سیاه‌چاله، زمان و مکان آن‌قدر خمیده می‌شوند که جایشان را به هم عوض می‌کنند. این حس یعنی اینکه به تکینگی فضا و زمان نزدیک می‌شوید و هیچ راه فراری هم ندارید.

شاید حالا یک سوال برایتان پیش بیاید. آنی چرا غیرمنطقی حرف می‌زند؟ اگر شما درون سیاه‌چاله هستید و هیچ چیزی را در آن حس نمی‌کنید، پس چرا آنی پافشاری می‌کرد که شما در بیرون از افق جزغاله شده بودید؟ آیا آنی توهم دارد؟

در واقع آنی کاملا منطقی حرف می‌زند. از دید او، شما به خاکستر تبدیل شدید. حتی او می‌توانست بیاید و خاکسترهای شما را جمع کند و به عزیزانتان بفرستد. قوانین طبیعت حکم می‌کند که شما از دید آنی بیرون افق بمانید. زیرا فیزیک کوانتومی می‌گوید که اطلاعات به هیچ وجه از بین نخواهند رفت. بنابراین، ذراتی که هویت شما را تشکیل می‌دهند باید در همان بیرون افق بمانند. اما اجازه دهید اینجا کاری به قوانین فیزیک آنی نداشته باشیم. از طرف دیگر، قوانین فیزیک می‌طلبد که شما بدون برخورد با ذرات داغ یا هر چیزی دیگری سقوط کنید. اگر در غیر این صورت باشد، «شادترین تصور» انیشتین و نظریه نسبیت عام او نقض می‌شود.

درست است. قوانین فیزیک می‌گویند که شما به صورت یک مشت خاکستر در بیرون سیاه‌چاله بمانید و همزمان نیز در داخل آن سالم و سلامت به حرکت خود ادامه دهید. اما یک قانون سومی نیز وجود دارد و آن این است که اطلاعات شبیه‌سازی نمی‌شوند. در این حالت شما باید همزمان در دو جا (بیرون سیاه‌چاله و داخل آن) حضور داشته باشد، در حالی که فقط یک شخص با مشخصات شما می‌تواند وجود داشته باشد.

بر اساس قوانین فیزیک این رویه غیرمنطقی است. اما صبر کنید، فیزیکدانان این معمای سرگیجه‌آور را «پارادوکس اطلاعات سیاه‌چاله‌ای» نامیدند که خوشبختانه در دهه 90 میلادی یک راه‌حل برای آن پیدا شد.

لئونارد سوسکیند متوجه شد که هیچ پارادوکسی در این مورد وجود ندارد، زیرا هیچ کس این شبیه‌سازی را نمی‌بیند. آنی فقط یک نسخه از شما را می‌بیند و خودتان نیز فقط یک نسخه از خودتان را می‌بینید. کسی همزمان هر دو را نمی‌بیند. شما و آنی با هم هیچ ارتباطی هم ندارید. هیچ شخص سومی هم نمی‌تواند حضور داشته باشد که همزمان شما را در هر دو جا ببیند. بنابراین هیچ قانونی از فیزیک نقض نشده است.

حالا یک مسئله دیگر هم پیش می‌آید و آن خود شما هستید. آیا شما نمی‌خواهید اصل قضیه را بدانید؟ آیا نمی‌خواهید بدانید که واقعا زنده هستید یا همان موقع مرده‌اید؟

بزرگترین رازی که سیاه‌چاله به ما آموخته این است که هیچ واقعیتی وجود ندارد. واقعیت به این وابسته است که از چه کسی می‌پرسید. آنی یک داستان را واقعی می‌بیند و شما یک داستان دیگر را واقعی می‌دانید. تمام.

در تابستان سال 2012، چند فیزیکدان به نام‌های احمد المیری، دونالد مارولک، جو پولشینسکی و جیمز سالی یک آزمایش را انجام دادند که آزمایش آن‌ها تقریبا هر آنچه که ما در مورد سیاه‌چاله‌ها می‌دانستیم را زیر سوال می‌برد.

آن‌ها متوجه شدند که سوسکیند بر این اساس نتیجه‌گیری کرده که عدم توافق بین شما و آنی توسط افق رویداد قطع خواهد شد. مهم نبود که آنی شما را داخل سیاه‌چاله می‌بیند یا خیر. اگر راه‌های دیگری وجود داشته باشد که با شما ارتباط برقرار کند چه؟ نسبیت وجود راه‌های دیگر را رد می‌کند، اما مکانیک کوانتوم قوانین را کمی به هم می‌ریزد. ممکن است آنی با کمک «کنش شبح وار از راه دورِ» انیشتین از پشت افق رویداد به داخل یک نگاهی بیندازد.

این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که دو مجموعه از ذرات که در فضا پخش شده‌اند به شکلی مرموز با هم در ارتباط باشند. آن‌ها هر دو بخشی از یک کل نامرئی هستند، بنابراین اطلاعات مورد نیاز برای توضیح آن‌ها را نمی‌توان به شکل مجزا در هر مجموعه پیدا کرد، چرا که باید در رابطه «شبح وار» بین آن‌ها این اطلاعات را پیدا کرد.

ایده این فیزیکدانان نیز این بود که فرض کنیم آنی بخشی از اطلاعات را نزدیک افق نگه دارد که به آن اطلاعات الف می‌گوییم. اگر داستان آنی از خاکستر شدن شما درست باشد، بنابراین شما مرده‌اید. الف با اطلاعات ب نیز در ارتباط است که حالا در تابش بیرونی است.

اما اگر داستان شما درست باشد چه؟ اگر شما سالم رد شده باشید، بنابراین اطلاعات الف با دسته‌ای دیگر از اطلاعات پ در ارتباط خواهد بود. اطلاعات پ حالا در درون سیاه‌چاله است. حالا نکته اینجا است که فقط یک ارتباط می‌تواند وجود داشته باشد. اطلاعات الف می‌تواند با اطلاعات ب در ارتباط باشد یا اطلاعات پ.


حالا آنی با دستگاه خود امتحان می‌کند. جواب یا ب است و یا پ. اگر جواب پ باشد، داستان شما درست بوده ولی قوانین کوانتوم شکسته شده‌اند. ارتباط الف و پ می‌گوید که این اطلاعات هرگز در اختیار آنی قرار نخواهد گرفت. در این صورت قانون کوانتوم نقض می‌شود: اطلاعات هرگز از بین نمی‌روند.

در این صورت فقط چراغ اطلاعات ب باقی می‌ماند. اگر ب روشن شود، داستان آنی اثبات می‌شود ولی نظریه نسبیت عام نقض می‌شود. در این حالت، شما به خاکستر تبدیل شده‌اید. حالا به سوال اصلی خود بازمی‌گردیم. زمانی که شما در یک سیاه‌چاله می‌افتید چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ می‌میرید یا سالم رد خواهید شد؟


در حقیقت هیچ کس پاسخ این سوال را نمی‌داند. این سوال یکی از بحث‌برانگیزترین سوالات فیزیک بنیادی است. بیش از یک قرن است که فیزیکدانان تلاش می‌کنند نسبیت عام را با مکانیک کوانتومی وفق دهند و می‌دانند که بالاخره یکی سربلند بیرون می‌آید. معمای دیوار آتشین شاید به کمک دانشمندان بیاید.

اما معمای دستگاه آنی و اطلاعات الف، ب و پ بسیار جالب است. دو دانشمند به نام‌های دنیل هارلو و پاتریک هایدن این سوال را بررسی کردند. آن‌ها می‌گویند حتی اگر آنی قوی‌ترین کامپیوتر ممکن از نظر قوانین فیزیک را هم در اختیار داشته باشد خیلی زمان می‌برد تا بفهمد اطلاعات الف با ب در ارتباط بوده است یا پ. به عبارتی آن‌ها می‌گویند ممکن است آن‌قدر زمان ببرد که دیگر خود آن سیاه‌چاله نابود شده باشد.


در این صورت است که پیچیدگی مشکل دوچندان می‌شود. زیرا آنی هرگز نخواهید فهمید که ارتباط بین کدام جفت برقرار بوده است. بدین ترتیب، هر دو روایت می‌تواند همزمان درست باشد. یعنی باز هم به همان داستان برمی‌گردیم که واقعیت وابسته به نظاره‌گر بوده و قوانین فیزیک هم دست‌نخورده باقی مانده است.

در این حالت، فیزیکدانان چیز جدیدی دارند که در مورد آن تامل کنند. بحث سفر انسان به فضا و سیاه‌چاله یک طرف و قوانین فیزیک و جنجال‌های دانشمندان بر سر آن‌ها در طرف دیگر موضوع قرار دارد.

اگر ماهیت حقیقیِ واقعیت گوشه‌ای پنهان شده باشد، بهترین جا برای اینکه به دنبال آن بگردیم همین سیاه‌چاله‌ها هستند. بهترین راه این است که از بیرون به دنبال «واقعیت» بگردیم؛ حداقل تا وقتی که بفهمیم دیواره آتشین واقعا چیست. البته یک راه دیگر نیز وجود دارد و آن این است که آنی را به داخل سیاه‌چاله بفرستیم؛ دیگر نوبت او است.