سانسور کیهانی: وجود تکینگی در فضای خارجی سیاهچاله‌ها

مطالعات اخیر نشان داده‌اند که چگونه تکینگی‌های برهنه می‌توانند از قوانین شناخته شده کیهان سرپیچی کنند. سیاهچاله‌ها اغلب به عنوان موجودات مخرب خطرناک توصیف می‌شوند زیرا آنچه را بدست می‌آورند، هرگز رها نمی‌کنند. اما اگر سیاهچاله‌ها نقشی محافظ داشته باشند و ما را از تاثیرات غیرقابل پیش‌بینی مکان‌هایی از فضا که هنوز کشف نکرده‌ایم، دور کنند، آیا باز هم آن‌ها را حضور آن‌ها را خطرناک می‌پنداریم؟

ممکن است این سوال اندکی مبهم به نظر برسد. پاسخ این سوال در قلب پازلی از فیزیک است که سانسور کیهانی دارد و چندین دهه از عمر آن می‌گذرد. شاید بتوان به جرات گفت امروزه محققان به حل این پازل بسیار نزدیک شده‌اند.

در داخل سیاهچاله‌ها، حدود دانش ما از علم فیزیک به بن‌بست می‌رسد. نظریه گرانش فعلی ما، نظریه نسبیت عام اینشتین، شکست قطعی خود را در نقاطی از فضا-زمان به نام تکینگی پیش‌بینی می‌کند. بر اساس معادلات این نظریه، میدان‌های گرانشی به صورت غیرقابل پیش‌بینی رفتار می‌کنند و اغلب به حالتی برانگیخته تشدید می‌رسند که معادلات و دانش فعلی ما قادر به توصیف آنچه اتفاق می‌افتد، نیست.

اصول اساسی فیزیک ایجاب می‌کند که دنیای واقعی و فیزیکی همچنان در داخل سیاهچاله‌ها نیز بامعنا باشد. آن‌ها تمایل دارند تجزیه تحلیل‌های ریاضی را به نحوی تفسیر کنند که برخی از ناشناخته‌های فیزیک، که احتمالا مکانیک کوانتومی را نیز شامل می‌شوند، به مفاهیمی مانند تکینگی شبیه باشند. اما تا زمانی که نظریه واحدی برای تفسیر گرانش و فیزیک کوانتوم به صورت یکپارچه وجود ندارد، نمی‌توان به صورت دقیق توضیح داد که در نقطه تکینگی چه اتفاقی می‌افتد.

خوشبختانه، با وجود ویژگی‌های منحصر به فرد درون سیاهچاله نیازی به نگرانی در مورد تاثیرات عجیب و غریب آن‌ها بر دنیای خارجی نیست. اما اگر این ویژگی‌های منحصر به فرد بتوانند در خارج از فضای سیاهچاله – به صورت خود به خود – ظاهر شوند، چطور؟

این اتفاق می‌تواند پیامدهای سهمگینی با خود به دنبال داشته باشد. از آنجا که ما هنوز نظریه کاملی در توصیف آنچه درون تکینگی اتفاق می‌افتد، نداریم، نمی‌توانیم به پیش‌بینی‌هایی که نسبیت عام در اختیار ما می‌گذارد، اتکا کنیم. Yen Chin Ong، فیزیکدان دانشگاه Yangzhou در چین می‌گوید: «تکینگی‌های برهنه باعث می‌شوند نسبیت عام قدرت پیش‌بینی خود را از دست بدهد.»

در طول دهه 1960، Roger Penrose با مطالعه بر روی ریاضیات سیاهچاله‌ها و ویژگی‌های منحصر به فرد آن‌ها موفق شد تا بلاخره جایزه نوبل فیزیک را در سال 2020 از آن خود کند. در آن زمان، هیچکس شواهد قانع کننده‌ای مبنی بر اینکه معادلات نسبیت عام می‌توانند این تکینگی‌های کشف نشده را به صورتی معقول توصیف کنند، ارائه نکرده بود.

فیزیکدانان در آن زمان، تنها نگاهی کلی به سیاهچاله‌ها داشتند. Penrose سرنخ‌هایی را جمع‌آوری کرد که درنهایت منجر به حدسی آگاهانه شد – نه یک اثبات قدرتمند – که نسبیت عام هرگز چنین پیش‌بینی را ارائه نکرده بود. این حدس به عنوان سانسور کیهانی شناخته می‌شود: ریاضیات باید به نحوی نوشته شود که تکینگی‌های برهنه در طبیعت سانسور شود.

سانسور کیهانی ایده‌ای است که فیزیکدانان در صحت آن اتفاق نظر دارند. اگرچه محققان روش‌هایی را برای تشخیص تکینگی‌های برهنه – نشانه‌های قابل مشاهده‌ای که می‌تواند آن‌ها را از سیاهچاله متمایز کند – پیشنهاد کرده‌اند، اما اخترشناسان هنوز هیچ مدرک موثقی از آن‌ها نیافته‌اند. با این وجود، پس از بیش از 50 سال هیچکس حدس‌های Penrose را رد نکرده است.

چند دهه پس از تلاش‌های Roger Penrose در درک بهتر سیاهچاله‌ها، مطالعات نظری از ایده سانسور کیهانی حمایت بیشتری انجام داد. سپس در سال 2010، فیزیکدانان Luis Lehner و Frans Pretorius از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری استفاده کردند تا نشان دهند سطح بیرونی سیاهچاله می‌تواند به قطعات مختلف تقسیم و خرد شود و بدین ترتیب تکینگی برهنه را پشت سر بگذارد. هرچند تقسیم به قطعات مختلف با اعوجاج همراه است، اما این پدیده از طریق یک فرآیند با نام ناپایداری Gregory-Laflamme رخ می‌دهد که فقط در جهان‌های با بیش از سه بعد فضایی می‌توان شاهد آن‌ها بود. این نوع از ناپایداری‌ها که آشکار کننده تکینگی هستند، باید در جهان سه بعدی ما غیر ممکن باشند و این اصل مطابق با توصیفی است که نسبیت عام در این باره ارائه می‌دهد.

علیرغم وجود چنین ناپایداری، هنوز هم می‌توان به مطالعه سیاهچاله‌ها با هدف یافتن معنا برای تکینگی‌ها بود. محققان می‌توانند به دنبال فرآیندهایی باشند که نتیجه‌ای مشابه دارند و از خود بپرسند آیا چنین چیزی در جای دیگری از عالم ما اتفاق می‌افتد؟ Pau Figueras، فیزیکدان دانشگاه Queen Mary در لندن می‌گوید: «اگر این فرآیند خاص تنها راه نقض سانسور کیهانی است و مسئله حضور سیاهچاله‌ها را زیر سوال نمی‌برد، در نتیجه به راهی برای اثبات حدس‌های Penrose در فضا-زمان دست یافته‌ایم.»

فعالیت‌های Lehner و Pretorius باعث ایجاد علاقه به سانسور کیهانی در میان فیزیکدانان شد. به گفته Figueras، این مسئله در دهه گذشته طرفداران بیشتری پیدا کرده است که می‌توان علت آن را در پیشرفت‌های محاسباتی که چگونگی تکامل سیاهچاله را تجزیه و تحلیل می‌کنند، بررسی کرد. در حقیقت این دسته از مطالعات با هدف آشکار شدن ویژگی‌های منحصر به فرد سیاهچاله انجام می‌شوند. Figueras ادامه می‌دهد: «ما نمی‌دانیم چطور می‌توان نسبیت عام و در نتیجه سیاهچاله‌ها را شبیه‌سازی کرد اما محاسبات پیشرفته‌ای در توصیف آن‌ها به کمک رایانه انجام می‌دهیم. آنچه به عنوان نتیجه دریافته‌ایم این است که تکینگی‌های برهنه بیش از آنچه انتظار می‌رفت، در جهان‌هایی با ابعاد اضافی رایج هستند.»

Figueras و همکارانش در یکی از مقالات خود نشان دادند که هنگام برخورد سیاهچاله‌ها، ویژگی‌های منحصر به فردی از تکینگی برهنه ظاهر می‌شوند. چنین برخوردهایی حتی در سطوح انرژی پایین نیز اتفاق می‌افتند. اما محققان دریافته‌اند که چنین رویدادهایی در جهان ما دارای نتایج یکسان نیستند – یک برخورد سپس ایجاد پیچیدگی‌هایی درون سیاهچاله می‌شود که قادر به توصیف آن نیستیم.

اثبات کامل یا رد قاطع حدس Penrose در مورد سانسور کیهانی همچنان مبهم است. Ong می‌گوید: «چه این حدس صحت داشته باشد یا نه، بررسی خود پازل دیگر دغدغه اصلی نظریه‌پردازان نیست. ما چنین بینشی را در مسیر مطالعات خود بدست آوردیم و باید در خاطر داشته باشیم که آنچه اهمیت دارد سفر پیش روی ما برای اکتشافات است و نه فقط مقصد.»