همه چیز در جهان روزی تبخیر خواهد شد

بر اساس نظریه‌ی معروف استیون هاوکینگ، سیاه‌چاله‌ها به‌مرور زمان تبخیر می‌شوند و همزمان با کشمکش ویرانگر افق رویداد با میدان‌های کوانتومی اطراف، جرم خود را به شکل نوعی تابش عجیب از دست می‌دهند.

بااین‌حال به نظر می‌رسد که تخلیه‌ی شدید جرم از افق رویداد ممکن است آنقدرها برای نابودی سیاه‌چاله حیاتی نباشد. به گزارش ساینس‌‌آلرت، بر اساس پژوهش جدید مایکل واندراک، والتر وان سویجلکوم و هینو فالکه اخترفیزیک‌دان‌های دانشگاه رادبود هلند، شیبی به‌اندازه‌ی کافی تند در خمیدگی فضازمان می‌تواند به نتیجه‌ی مشابهی بینجامد.

این اتفاق بدان معنی است که تابش هاوکینگ یا چیزی بسیار شبیه به آن، ممکن است به سیاه‌چاله‌ها محدود نباشد و سایر اجرام را نیز دربر بگیرد؛ بدین معنی که جهان قرار است به آرامی در برابر چشمان ما تبخیر شود. واندارک می‌گوید: «ما نشان می‌دهیم که علاوه‌بر تابش معروف هاوکینگ، شکل جدیدی از تابش نیز وجود دارد.»

هرچند تاکنون موفق به رصد تابش هاوکینگ نشده‌ایم، نظریه و آزمایش‌ها این پدیده را ثابت می‌کنند. اما تابش هاوکینگ دقیقا چیست؟ احتمالا شما سیاه‌چاله‌ها را جاروبرقی‌هایی کیهانی می‌دانید که با گرانش قوی‌شان هر چیزی را به شکلی بی‌رحمانه درو می‌کنند و پایانی اجتناب‌ناپذیر برایشان رقم می‌زنند.

چنین ذهنیتی کمابیش صحیح است؛ اما گرانش سیاه‌چاله لزوما از اجسام هم‌ارز آن بیشتر نیست. در واقع چیزی که اهمیت دارد چگالی بسیار بالای سیاه‌چاله‌ها است؛ یعنی جرم زیادی را در فضایی بسیار بسیار کوچک انباشته کرده‌اند. در مجاورت مشخصی از چنین جرمی، گرانش به قدری قوی است که رسیدن به سرعت گریز غیر ممکن خواهد بود که حتی نور نمی‌تواند از آن فرار کند. این مجاورت با عنوان افق رویداد شناخته می‌شود.

هاوکینگ از نظر ریاضی نشان داد که افق‌های رویداد می‌توانند با ترکیب پیچیده‌ای از نوسانات که در هرج‌ومرج‌ میدان‌های کوانتومی موج می‌زند، تداخل پیدا کنند. در چنین شرایطی دیگر امواج نمی‌توانند مانند حالت عادی خنثی شوند و به همین ترتیب تعادل در تولید ذرات جدید به هم می‌خورد.

انرژی درون ذراتی که به صورت ناگهانی ایجاد شده‌اند، به‌طور مستقیم با سیاه‌چاله مرتبط است. سیاه‌چاله‌های کوچک، شاهد شکل‌گیری ذرات پرانرژی در نزدیکی افق رویداد خواهند بود. افق رویداد مقادیر زیادی از انرژی سیاه‌چاله را به‌سرعت دور می‌کند و موجب می‌شود که سیاه‌چاله‌ی متراکم در زمانی کوتاه ناپدید شود.

سیاه‌چاله‌های بزرگی که درخشش پائینی دارند، در بازه‌ی طولانی‌تری انرژی و جرم خود را از دست می‌دهند. از نظر تئوری، پدیده‌ی مشابهی در میدان‌های الکتریکی رخ می‌دهد. این پدیده‌ که به اثر شوینگر معروف است به نوسان‌های قوی در میدان کوانتومی الکتریکی گفته می‌شود که می‌توانند تعادل ذرات الکترون پوزیترون را از بین ببرند و برخی ذرات دیگر را به وجود بیاورند. با این حال اثر شوینگر مانند تابش هاوکینگ نیازی به افق رویداد ندارد و تنها چیزی که لازم دارد میدانی بسیار قدرتمند است.

واندارک و همکاران این پرسش را مطرح کردند که آیا ممکن است ذرات در منحنی فضازمانی، مشابه اثر شوینگر ظاهر شوند. به همین دلیل این اثر را در مجموعه‌ای از شرایط گرانشی مختلف بازسازی کردند. وان سویجلکوم توضیح می‌دهد:

نشان می‌دهیم آن سوی سیاه‌چاله منحنی فضازمان نقش مهمی در ایجاد پرتوها ایفا می‌کند. ذرات در آنجا بر اثر نیروهای کشندی میدان گرانشی جدا شده‌اند.

هرچیز سنگین یا چگال می‌تواند خمیدگی چشمگیری در فضازمان به‌وجود آورد. اساسا، میدان گرانشی این اجرام باعث خمیدگی فضازمان اطراف آن‌ها می‌شود. سیاه‌چاله‌ها کرانی‌ترین نمونه‌ها هستند اما فضا زمان در اطراف هر جرم دیگری مثل ستاره‌های نوترونی و کوتوله‌های سفید و همچنین اجرام سنگینی مثل خوشه‌های کهکشانی خم می‌شود.

بر اساس سناریوهای فوق، گرانش می‌تواند بر نوسان‌های میدان‌های کوانتومی تأثیر بگذارد و به ظهور ذرات جدیدی مشابه تابش هاوکینگ بینجامد، با این تفاوت که در این سناریو نیازی به افق رویداد نیست. به باور فالک، این یعنی اجرام فاقد افق رویداد مثل بقایای ستاره‌های مرده و دیگر اجرام عظیم جهان، از چنین تابشی برخوردارند و پس از مدتی طولانی همه چیز در جهان درست مانند سیاه‌چاله‌ها تبخیر می‌شود. این تغییرات نه‌تنها درک ما از تابش هاوکینگ بلکه دیدگاهمان نسبت به جهان و آینده را تغییر خواهد داد.

البته نیازی به نگرانی درباره‌ی آینده نیست. برای تبخیر سیاه‌چاله‌ای هم جرم خورشید نیاز به ۱۰ به توان ۶۴ سال داریم. پیش از تبخیر شدن زمان زیادی داریم.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر شده و در پایگاه آرکایو در دسترس است.