آیا سیاهچالهها ماشین زمان هستند؟
ممکن است بتوانیم از سیاهچالهها برای سفر به گذشته در زمان استفاده کنیم
سیاهچالهها نوعی ماشین‌های زمان طبیعی را ایجاد می‌کنند که امکان سفر به گذشته و آینده را فراهم می‌کنند. اما انتظار نداشته باشید که به این زودی‌ها به زمان دایناسورها سفر کنید.
سیاهچالهها نوعی ماشین‌های زمان طبیعی را ایجاد می‌کنند که امکان سفر به گذشته و آینده را فراهم می‌کنند. اما انتظار نداشته باشید که به این زودی‌ها به ملاقات دایناسورها بروید.
در حال حاضر، ما فضاپیمایی نداریم که بتواند ما را به یک سیاهچاله نزدیک کند. اما، حتی اگر این جزئیات کوچک را کنار بگذاریم، تلاش برای سفر به گذشته با استفاده از یک سیاهچاله ممکن است آخرین کاری باشد که انجام می‌دهید.
سیاهچاله چیست؟
سیاهچاله یک جسم بسیار پر جرم است که معمولاً زمانی که یک ستاره‌ی در حال مرگ بر روی خود فرو می‌ریزد (رمبش می‌کند) تشکیل می‌شود.
سیاهچالهها نیز مانند سیارات و ستاره‌ها میدان گرانشی در اطراف خود دارند. میدان گرانشی چیزی است که ما را به زمین چسبیده نگه می‌دارد و باعث می‌شود زمین به دور خورشید بچرخد. به عنوان یک قاعده‌ی کلی، هرچه جرم یک جسم بیشتر باشد، میدان گرانشی آن نیز قوی‌تر است.
میدان گرانشی یک سیاهچاله آنقدر قوی است که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن فرار کند. این نکته‌ی قابل توجهی است زیرا نور سریع‌ترین چیزی است که تاکنون علم شناخته است! اتفاقاً به همین دلیل است که سیاهچالهها سیاه (تاریک) هستند: ما نمی‌توانیم مثل حالتی که نور چراغ قوه را به روی درخت در تاریکی بازتاب می‌دهیم، نور را از روی سیاهچاله بازتاب دهیم.
کشیدگی فضا
نظریه‌ی نسبیتِ عام آلبرت اینشتین به ما می‌گوید که ماده و انرژی تأثیر عجیبی بر جهان دارند. ماده و انرژی فضا را خمیده می‌کند. هرچه جرم یک جسم بیشتر باشد، فضا بیشتر در اطراف آن کشیده و خم می‌شود. یک جسم پر جرم نوعی فرو رفتگی در فضا ایجاد می‌کند. وقتی اجسام نزدیک می‌شوند، درون این چاله می‌افتند.
به همین دلیل است که وقتی به اندازه‌ی کافی به هر جسم سنگینی از جمله سیاهچاله نزدیک می‌شوید، به سوی آن کشیده می‌شوید. همچنین به همین دلیل است که نور نمی‌تواند از سیاهچاله بگریزد: لبه‌های این حفره آنقدر شیب‌دار هستند که نور به اندازه‌ی کافی سرعت ندارد تا از آن بیرون آید.
هر چه به حفره‌ای که توسط یک سیاهچاله ایجاد شده است، از فاصله‌ی نزدیک بشوید، شیب آن تند و تندتر می‌شود. نقطه‌ای که در آن آنقدر شیب زیاد می‌شود که نور نمی‌تواند از آن فرار کند، «افقِ رویداد» نامیده می‌شود.
افقِ رویداد فقط برای مسافران زمانِ احتمالی جالب نیست، بلکه برای فیلسوفان نیز جالب است زیرا پیامدهایی برای درک ما از ماهیت زمان دارد. برای نمونه این مقاله درباره پیامدهای فلسفی مفهوم افق رویداد و درک ما از زمان را ببینید.
کشیدگی زمان
وقتی فضا کشیده می‌شود، زمان نیز کشیده می‌شود. این را اینشتین به ما آموخت که فض و زمان جدا از یکدیگر نیستند و به هم وابسته هستند. ساعتی که نزدیک یک جسم پرجرم است کندتر از ساعتی که نزدیک یک جسم بسیار کم‌جرم است تیک می‌زند.
یک ساعت در نزدیکی یک سیاهچاله در مقایسه با همان ساعت بر روی زمین بسیار آهسته‌تر تیک می‌زند. بازه زمانی یک سال در نزدیکی یک سیاهچاله می‌تواند به معنای ۸۰ سال بر روی زمین باشد، همان‌طور که ممکن است در فیلم میان‌ستاره‌ای (Interstellar) اثر کریستوفر نولان مشاهده کرده باشید.
به این ترتیب می‌توان از سیاهچالهها برای سفر به آینده استفاده کرد. اگر می‌خواهید به زمان آینده‌ی زمین جهش کنید، خیلی ساده به نزدیک یک سیاهچاله پرواز کنید و سپس به زمین بازگردید. اگر به اندازه‌ی کافی به مرکز سیاهچاله نزدیک شوید، ساعتِ شما کندتر تیک می‌زند، اما تا زمانی که از افق رویداد عبور نکنید، همچنان می‌توانید از گرانش سیاهچاله فرار کنید.
حلقه‌های زمانی
در مورد سفر به گذشته چطور؟ این‌جاست که مساله واقعاً جالب می‌شود. یک سیاهچاله، زمان را چنان خمیده می‌کند که می‌تواند بر روی خود بپیچد. تصور کنید یک ورق کاغذ بردارید و دو انتهای آن را به هم وصل کنید تا یک حلقه‌ی بسته تشکیل شود. این همان کاری است که به نظر می‌رسد یک سیاهچاله با زمان انجام می‌دهد.
این رفتار سیاهچاله یک ماشین زمان طبیعی را پدید می‌آورد. اگر می‌توانستید به نحوی وارد حلقه‌ای شوید که فیزیکدانان آن را «منحنی بسته‌ی زمان‌گونه» می‌نامند، خود را در مسیری از فضا خواهید یافت که از آینده شروع می‌شود و به گذشته ختم می‌شود.
در داخل این حلقه، همچنین متوجه خواهید شد که تمایز علت و معلول دشوار است. چیزهایی که در گذشته هستند باعث اتفاقاتی در آینده می‌شود که به نوبه خود باعث می‌شود اتفاقاتی در گذشته رخ دهد! این حلقه‌های بسته‌ی زمان‌گونه ممکن است به پارادوکس خودراه‌انداز. (bootstrap paradox) منجر شوند که پیامدهای عجیبی دارد. در برخی از آثار رسانه‌ای نیز برهم خوردن رابطه علت و معلول در چنین حلقه‌های بسته‌ی زمانی به تصویر کشیده شده‌اند. برای مثال در سریال Dark (2017) یا فیلم Predestination (2014) این پارادوکس و پیامدهای عجیب آن به تصویر کشیده شده‌اند.
گرفتاری!
خب، پس حالا شما یک سیاهچاله پیدا کرده‌اید و می‌خواهید از فضاپیمای قابل اعتماد خود برای بازگشت به گذشته و بازدید از زمان دایناسورها استفاده کنید. بسیار خوب، موفق باشید!
اما در این میان، سه مشکل وجود دارند. اول این‌که، شما فقط می‌توانید به گذشته‌ی سیاهچاله سفر کنید نه قبل از پیدایش سیاهچاله. این بدان معناست که اگر سیاهچاله پس از مرگ دایناسورها ایجاد شده باشد، دیگر نمی‌توانید به اندازه کافی به عقب برگردید.
مسأله‌ی دوم هم این‌که، احتمالاً باید از مرز افق رویداد عبور کنید تا بتوانید وارد حلقه‌ی زمانی شوید. این بدان معناست که برای خروج از حلقه در یک زمان خاص در گذشته، باید بتوانید از افق رویداد خارج شوید. این بدان معناست که باید سریع‌تر از نور سفر کنید، که ما تقریباً مطمئن هستیم غیرممکن است.
اما سومی، و احتمالاً بدتر از همه، شما و فضاپیمایتان در معرض “اسپاگتی شدن” (رشته‌ای شدن) قرار می‌گیرید. خوشمزه به نظر می‌رسد، نه؟
متأسفانه این‌طور نیست. همان‌طور که از افق رویداد عبور می‌کنید، مانند رشته فرنگی صاف و کشیده می‌شوید. در واقع، احتمالا آنقدر نازک خواهید شد که فقط رشته‌ای از اتم‌های در حال چرخش به دور یک فضای خالی خواهید شد. البته ممکن است برای یک سیاهچاله کلان‌جرم که معمولا در مرکز کهکشان‌ها قرار دارند و از نظر اندازه بسیار عظیم هستند، اثر اسپاگتی شدن کم‌تر باشد و امیدی برای زنده ماندن باشد.
با این همه، اگرچه فکر کردن به ویژگی‌های سیاهچالهها که موجب پیچ و تاب دادن به زمان می‌شود سرگرم‌کننده است، اما سفر به گذشته و بازدید از دایناسورها در آینده‌ی نزدیک فعلا به صورت یک موضوع فانتزی باقی می‌ماند.
