پیش‌بینی عروسک‌های روسی با نظریه نسبیت عام اینشتین

غزال زیاری : یک راه‌حل جدید برای معادلات در انقلابی‌ترین نظریه آلبرت اینشتین حکایت از آن دارد که ستاره‌های فرضی به نام "نستار" ممکن است از ستاره‌های گرانشی که روی هم تلنبار شده‌اند و یا "گرت اخترها" که مثل عروسک‌های روسی که به اسم عروسک‌های ماتریوشکا معروف هستند، ساخته شده باشند.

یکی از تاثیرگذارترین مسائل درباره نظریه گرانش اینشتین در سال ۱۹۱۵، یعنی "نسبیت عام" این است که معادلات مرکزی آن چند جرم کیهانی باورنکردنی را پیش‌بینی کرده است.

علاوه بر پیش‌بینی اینکه گرانش از اجسام جرمی که بافت فضازمان را منحنی می‌کنند به وجود می‌آید، نظریه‌های نسبیت عام، تئوری‌هایی را درباره سیاه‌چاله‌ها و امواجی به نام امواج گرانشی که در آن بافت ایجاد می‌کنند، توسعه می‌دهد. هر دوی این موارد از طریق مشاهدات تائید شده است.

ضدسیاه‌چاله‌ها که سفید چاله نامیده می‌شوند و کرم‌چاله‌ها که به صورت بالقوه آنها را با سیاهچاله‌ها مرتبط می‌دانند، دیگر ایده‌های مبتنی بر نسبیت عام هستند که صرفا در حد نظریه باقی مانده‌اند و فقط گذر زمان نشان خواهد داد که آیا می‌توان گفت که اینشتین در این باره درست گفته یا خیر.

انرژی تاریک چیست؟

از همین رو، ایده نظری دیگری که از نسبیت عام در سال ۲۰۰۱ پدیدار شد، به مفهوم "گرت اختر" یا اجسام فشرده با هسته‌های انرژی تاریک اشاره دارد. انرژی تاریک، نیرویی است که به نظر می‌رسد که روند انبساط جهان را سرعت می‌بخشد. دانشمندان بر این باورند که در "گرت‌اخترها"، انرژی تاریک برای محافظت از ستاره‌ها در برابر نیروهای گرانشی درونی خود، فشاری منفی وارد می‌کنند.

در حال حاضر، راهکار تازه برای نظریه نسبیت عام، جنبه جالب دیگری از این "گرت‌اخترها" را نشان می‌دهد که می‌توانند برروی هم انباشته شده تا دنباله‌ای از "نستار"ها ایجاد شود. دانیل جامپلسکی، فیزیکدان نظری دانشگاه گوته در این باره گفته:« یک نستار مثل یک عروسک ماتریوشکا است. راهکار ما برای معادلات میدانی، امکان ایجاد یک سری کامل از گرت‌اخترهای تودر تو را فراهم می‌کند.»

تماشای گرت اخترها (چیزی شبیه به سیاهچاله ها ولی متفاوت)

تنها یک سال بعد از انتشار نظریه نسبیت عام در جامعه علمی گسترده‌تر، کارل شوارتزشیلد، فیزیک‌دان آلمانی در حالی که در خط مقدم جنگ جهانی اول خدمت می‌کرد، اولین راهکار را برای معادلات میدانی ارائه کرد که حتی باعث تعجب اینشتین شد؛ چرا که اینشتین فکر می‌کرد که سالها طول می‌کشد تا راهکاری دراین رابطه ارائه شود.

در راهکار شوارتزشیلد، دو ویژگی وجود داشت که در نهایت مفهوم سیاه‌چاله را به وجود آورد. این فیزیک‌دان آلمانی پیش‌بینی کرد که در شعاع معینی از جسمی با جرم، سرعت لازم برای فرار آن جسم باید به بیشتر از سرعت نور برسد.

در بیشتر اجسام، این شعاع شوارتزشیلد در اعماق سطح آنها قرار دارد؛ مثلا در خورشید، این شعاع در ۳ کیلومتری قلب آن واقع شده و این درحالی است که شعاع کلی خورشید هفتصد هزار کیلومتر است. اما اگر ستاره‌ای از هم بپاشد و شعاع آن به کمتر از شعاع شوارتزشیلد کاهش پیدا کند، جسمی با مرز بیرونی ایجاد خواهد شد که حتی نور هم نمی‌تواند از آن خارج شود و این منجر به مفهوم افق رویداد سیاه‌چاله می‌شود.

نکته جالب تر اینجاست که راه‌حل شوارتزشیلد پیشنهاد کرد که ممکن است نقطه‌ای وجود داشته باشد که در آن ماده چنان متراکم باشد که حتی خود معادلات نسبیت عام نیز شسته شوند. این به عنوان "تکینگی مرکزی یک سیاه‌چاله" شناخته می‌شود؛ دقیقا جایی که تمامی نظریه‌های فیزیکی شناخته شده، معنا و مفهومی نخواهند داشت.

این ایده‌ها در سال ۱۹۷۱ و زمانی که انسان اولین سیاهچاله را کشف کرد، تائید شد. بعد از آن، در دهه ۲۰۰۰، کشف شد که یک منبع رادیویی قوی در قلب کهکشان راه‌شیری، در حقیقت یک سیاهچاله فوق‌العاده بزرگ است که جرم آن ۴.۵ میلیون برابر خورشید است. این خلا عظیم در کهکشان راه‌شیری، Sagittarius A* (Sgr A*) نام گرفت.

شکل بصری سیاه‌چاله‌ها، همانطور که توسط نسبیت عام به تصویر کشیده شده، در سال ۲۰۱۹ به طرزی باورنکردنی تائید شد.آن هم هنگامی که تصویری از یک حلقه درخشان از مواد در اطراف سیاه‌چاله عظیمی در قلب کهکشان Messier ۸۷با استفاده از تلسکوپ Event Horizon ثبت و در اختیار عموم قرار گرفت.

در سال ۲۰۰۱ بود که پاول مازور و امیل موتولا، در یک تئوری، گرت‌اخترها یا ستاره‌های متراکم گرانشی را جایگزینی برای سیاه‌چاله‌ها معرفی کردند.

مقایسه گرت‌اخترها و سیاه‌چاله‌ها

از دیدگاه فیزیک‌دانان نظری، گرت‌اخترها، مزایای متعددی نسبت به سیاه‌چاله‌ها دارند؛ آنها تقریبا به اندازه سیاه‌چاله‌ها فشرده هستند و تاثیری گرانشی در سطح‌شان دارند که به اندازه سیاهچاله‌ها قوی است؛ در نتیجه شباهت زیادی بین آنها وجود دارد.

اما در این بین چندین تفاوت کلیدی هم مشاهده می‌شود؛ مثلا گرت‌اخترها، دارای افق رویداد نیستند و در نتیجه نور و اطلاعات را در پشت یک صفحه نمایش یک طرفه نمی‌بندند. به علاوه در قلب گرت‌اخترها تکینگی وجود ندارد و به نظر می‌رسد که قلب آنها مملو از انرژی تاریک است.

نظریه مازور و موتولا درباره گرت اخترها، شامل پوسته بسیار نازکی از ماده‌ای معمولی است که توضیح دادنش برای دانشمندان کار دشواری به نظر می‌رسد. نستارها نشان می‌دهند که انباشت شدن، باعث می‌شود که پوسته آنها ضخیم‌تر شود.

جامپلسکی در این باره گفته:« تصور اینکه چنین چیزی وجود داشته باشد، کمی ساده‌تر است.» البته فقط به این دلیل که معادلات میدان نسبیت عام اجازه می‌دهد تا جسمی در کیهان وجود داشته باشد، بدان معنا نیست که این شی باید حتما وجود داشته باشد.

لوچانو رزولا، یکی از توسعه‌دهندگان نظریه نستار و فیزیک‌دان نظری دانشگاه گوته دراین باره گفته:« متاسفانه ما هنوز نمی‌دانیم که چنین گرت‌اخترهایی چطور ایجاد می‌شوند. حتی اگر نستارها وجود هم نداشته باشند، کاوش در خواص ریاضی، به ما کمک خواهد کرد تا به درک بهتری از سیاه‌چاله‌ها برسیم.»

چنین تحقیقاتی بسیار کاربردی و مفید هستند، حتی اگر نظریه اول به نتیجه نرسد؛ چرا که نشان‌دهنده راه‌های شگفت‌انگیزی هستند که از نظریه‌ای متولد شده‌اند که اولین بار حدود یک قرن پیش مورد توجه قرار گرفته بود.

رزولا ادامه داد:« این فوق‌العاده است که ۱۰۰ سال بعد از آنکه شوراتزشیلد اولین راهکار را برای معادلات میدان اینشتین از نظریه نسبیت عام ارائه کرد، هنوز امکان یافتن راه‌حل‌های جدیدی وجود دارد. این کمی شبیه به یافتن یک سکه طلا در راهی است که قبلا افراد زیادی این مسیر را کاوش کرده بودند.»

منبع: livescience

227227

برای دسترسی سریع به تازه‌ترین اخبار و تحلیل‌ رویدادهای ایران و جهان اپلیکیشن خبرآنلاین را نصب کنید.

کد خبر 1878726