سیاه‌چاله‌ها دهه‌هاست که هم دانشمندان و هم عموم مردم را مجذوب و متحیر کرده‌اند. گرانش عظیم و ماهیت اسرارآمیز آن‌ها باعث شده که بحث‌های بی‌پایانی درباره‌شان شکل بگیرد، فیلم‌ها و کتاب‌هایی بر پایه آن‌ها ساخته شوند و کنجکاوی ما را درباره آنچه ممکن است درون این اجرام کیهانی پنهان باشد، تغذیه کنند.
اکنون، یافته‌های اخیر دانشگاه شفیلد به امکانات شگفت‌انگیزی در ارتباط با زمان و انرژی تاریک اشاره دارد.
محققان پیشنهاد می‌کنند که سیاه‌چاله‌ها ممکن است به حالتی که آن را “سوراخ سفید” می‌نامند تبدیل شوند؛ حالتی که می‌تواند ماده و حتی زمان را به جهان ما بازگرداند.
به بیان ساده‌تر، این پژوهش پیوندی انقلابی بین زمان و انرژی تاریک پیشنهاد می‌کند، و نشان می‌دهد که نیروی مرموزی که باعث انبساط جهان می‌شود، ممکن است برای اندازه‌گیری زمان به کار رود.
این ایده دیدگاه‌های استاندارد درباره عملکرد سیاه‌چاله‌ها را به چالش می‌کشد و اساساً همه دانسته‌های ما درباره جهان را زیر و رو می‌کند.
مکانیک کوانتومی و تکینگی
دکتر استفن گیلن، از دانشکده علوم ریاضی و فیزیکی دانشگاه شفیلد، سال‌هاست که تعامل بین مکانیک کوانتومی و گرانش را مطالعه می‌کند.
آخرین همکاری او تحت عنوان “حل تکینگی سیاه‌چاله در گرانش یکنواخت از طریق وحدت‌پذیری” اکنون در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.
در این پژوهش، نویسندگان بررسی می‌کنند که چگونه دانش متعارف در نقطه مرکزی یک سیاه‌چاله، معروف به تکینگی، از کار می‌افتد.
دکتر گیلن می‌گوید:
“مدت‌ها این پرسش مطرح بوده که آیا مکانیک کوانتومی می‌تواند درک ما از سیاه‌چاله‌ها را تغییر دهد و بینش‌هایی درباره ماهیت واقعی آن‌ها ارائه دهد؟”
“در مکانیک کوانتومی، زمان آن‌گونه که ما می‌شناسیم نمی‌تواند پایان یابد، زیرا سیستم‌ها همواره در حال تغییر و تحول هستند.”
پیوند زمان و انرژی تاریک
در این چارچوب نظری، تیم تحقیقاتی انرژی تاریک را به عنوان یک معیار بالقوه برای اندازه‌گیری زمان در نظر می‌گیرد.
آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که انرژی تاریک، که تصور می‌شود نیروی محرک انبساط جهان است، ممکن است به عنوان یک مرجع برای پیشروی زمانی عمل کند.
دکتر گیلن ادامه می‌دهد:
“در حالی که به طور کلی تصور می‌شود که زمان به ناظر وابسته است، در پژوهش ما، زمان از انرژی تاریکی که سراسر جهان را در بر گرفته، استخراج می‌شود.”“ما پیشنهاد می‌کنیم که زمان توسط انرژی تاریکی که همه جا در کیهان حضور دارد و مسئول انبساط فعلی آن است، اندازه‌گیری می‌شود. این ایده محوری جدیدی است که به ما امکان می‌دهد پدیده‌هایی را که درون یک سیاه‌چاله رخ می‌دهند، درک کنیم.”
با استفاده از این دیدگاه، محققان مسیرهای جدیدی را برای تفسیر چگونگی تکامل سیاه‌چاله‌ها باز می‌کنند.
سوراخ‌های سفید به عنوان یک فاز جدید
سوراخ‌های سفید اغلب به عنوان معکوس سیاه‌چاله‌ها توصیف می‌شوند. در حالی که سیاه‌چاله‌ها ماده را برای همیشه به دام می‌اندازند، سوراخ‌های سفید تصور می‌شود که انرژی، ماده و حتی زمان را به فضای کیهانی بازمی‌گردانند.
در مطالعه شفیلد، که با همکاری لوسیا منندز-پیدال از دانشگاه کمپلوتنسه مادرید انجام شده، این تبدیل از سیاه‌چاله به سوراخ سفید زمانی رخ می‌دهد که اثرات کوانتومی در تکینگی مهم می‌شوند و به جای یک نقطه پایانی، یک فاز جدید را جایگزین می‌کنند.
دکتر گیلن می‌افزاید:
“از لحاظ نظری، ممکن است یک ناظر – یعنی یک موجود فرضی – از یک سیاه‌چاله عبور کند، از میان آنچه ما به عنوان تکینگی می‌شناسیم گذر کند و در سمت دیگر، از یک سوراخ سفید خارج شود. این یک مفهوم کاملاً انتزاعی از یک ناظر است، اما از نظر تئوری می‌تواند اتفاق بیفتد.”
این سناریو، هرچند فرضی، نشان‌دهنده دیدگاه‌های در حال تکامل درباره نحوه عملکرد فیزیک در شرایط شدید است.
تفاوت سیاه‌چاله‌های صفحه‌ای و متعارف
تحقیقات آن‌ها بر اساس یک مدل ساده‌شده به نام سیاه‌چاله صفحه‌ای است. این نسخه با سیاه‌چاله‌های متعارف، که کروی هستند، متفاوت است زیرا مرزی مسطح دارد.
با وجود این تفاوت‌ها، تیم تحقیقاتی معتقد است که فرآیندهای مشابهی ممکن است برای سیاه‌چاله‌های مشاهده‌شده در سراسر کیهان نیز اعمال شوند.
هرگونه انحراف از دیدگاه متعارف درباره تکینگی، پرسش‌های بزرگی را درباره نحوه تعامل زمان، فضا و اثرات کوانتومی مطرح می‌کند.
با استفاده از مکانیک کوانتومی برای نشان دادن اینکه تکینگی ممکن است جای خود را به نواحی نوسانی بدهد، نویسندگان به توصیفی غنی‌تر از جایی که فیزیک و زمان همچنان عمل می‌کنند، اشاره می‌کنند.
اینشتین، گرانش یکنواخت و فضا-زمان
گرانش یکنواخت، که نسخه‌ای از نظریه اینشتین است و برخی متغیرها را ثابت در نظر می‌گیرد، در این پژوهش نقش کلیدی ایفا می‌کند.
در نسبیت عام استاندارد، ثابت کیهان‌شناختی عاملی اضافی است که می‌تواند بر انبساط جهان تأثیر بگذارد.
در گرانش یکنواخت، این ثابت تا حدی در نحوه تنظیم فضا و زمان در نظریه ادغام شده است.
برخی فیزیکدانان آن را روشی ساده‌تر برای مدیریت انرژی تاریک می‌دانند، زیرا می‌تواند تفکیکی بین تأثیر گرانش بر هندسه و نقش انرژی در رشد کیهانی ایجاد کند.
در این مطالعه، گرانش یکنواخت از این استدلال حمایت می‌کند که تکینگی‌های سیاه‌چاله‌ها ممکن است پایان زمان را نشان ندهند.
با تنظیم معادلات اساسی، این رویکرد مسیری برای گنجاندن اثرات کوانتومی فراهم می‌کند که به حفظ پیوستگی فضا و زمان کمک می‌کند.
این با این فرضیه همسو است که ماده و زمان ممکن است با تشکیل یک سوراخ سفید آزاد شوند.
اگرچه هنوز سؤالاتی درباره نحوه تطبیق این بینش‌های ریاضی با مشاهدات واقعی وجود دارد، این چارچوب بعد جدیدی را به بحث‌های مربوط به تکامل کیهانی اضافه می‌کند.
سوراخ‌های سفید و کتاب‌های درسی جدید
به طور خلاصه، این پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که سیاه‌چاله‌ها ممکن است به سوراخ‌های سفید تبدیل شوند که ماده و زمان را آزاد می‌کنند، دیدگاه‌های قدیمی را تغییر داده و به ارتباط جدیدی بین انرژی تاریک و اندازه‌گیری زمان اشاره می‌کنند.
آن‌ها مدلی ارائه می‌دهند که در آن سیاه‌چاله‌ها به جای پایان یافتن در تکینگی، وارد مناطقی از نوسانات کوانتومی می‌شوند، و معتقدند که این دیدگاه می‌تواند مکانیک کوانتومی و گرانش را متحد کند.
بر اساس این نظریه، دانشمندان امکان بالقوه‌ای برای اتصال این ایده‌ها به تلاش‌های ترکیب گرانش و مکانیک کوانتومی می‌بینند.
چنین رویکردهایی می‌تواند درک ما از چگونگی انبساط کیهانی، انرژی تاریک و سیاه‌چاله‌ها را در یک تصویر نظری واحد دگرگون کند.
تحقیقات جدید همچنین رویکردهای نوینی را برای سازگاری گرانش و مکانیک کوانتومی پیشنهاد می‌کند، که ممکن است راه را برای نظریه‌های بنیادی جدید و پیشرفت‌های انقلابی در درک ما از کیهان هموار کند.
همان‌طور که این ایده‌ها پیش می‌روند، دانشمندان به آزمایش چگونگی تأثیر انرژی تاریک و فرآیندهای کوانتومی بر این معمای عظیم کیهانی ادامه خواهند داد.
