نسبیت عام اینشتین در سیاه‌چاله پنج‌بعدی نقض می‌شود

به گزارش آنا به نقل از BBC، این محققان با استفاده از ابرکامپیوتر ملی کیهان‌شناسی (COSMOS) و به‌کارگیری شیوه‌های شبیه‌سازی و کدهای کامپیوتری جدید، یک سیاه‌چاله مجازی به شکل یک حلقه بسیار نازک ایجاد کردند، به این ترتیب آنها سیاه‌چاله‌ای بدون ویژگی‌های یک سیاه‌چاله معمولی ساختند.

بر اساس این شبیه‌سازی، سیاه‌چاله حلقوی باریک می‌تواند دچار برجستگی‌هایی شود که به‌هم متصل هستند و با گذشت زمان رشته‌هایی که این برجستگی‌ها را به هم متصل می‌کند، به قدری نازک می‌شوند که به مجموعه‌ای از سیاه‌چاله‌های مینیاتوری تبدیل می‌شوند.

فیزیکدانان نظری در سال ۲۰۰۲ سیاه‌چاله‌های حلقوی را کشف کردند، اما این نخستین بار است که خواص آنها با استفاده از ابرکامپیوتر شبیه‌سازی شده است. اگر چنین سیاه‌چاله‌هایی واقعا شکل بگیرند معادلاتی که نسبیت عام بر آنها استوار است، باطل خواهند شد.

نسبیت عام و تکینگی
نسبیت عام اساس درک ما از گرانش است؛ از تخمین سن ستارگان گرفته تا استفاده از GPS، همه بر اساس نسبیت عام اینیشتین هستند.

به زبان ساده، نسبیت عام می‌گوید وقتی جرم وجود داشته باشد در فضا-زمان خمیدگی ایجاد می‌کند و ما به این خمیدگی، گرانش می‌گوییم. اگر جرم به اندازه کافی فشرده شود با خمیده کردن شدید فضا و زمان باعث تشکیل سیاه‌چاله می‌شود. گرانش سیاه‌چاله چنان عظیم است که همه چیز را به دام می‌اندازد و هیچ چیز نمی‌تواند از آن بگریزد؛ حتی نور و امواج الکترومغناطیسی.

بر اساس نسبیت عام، در مرکز سیاه‌چاله، گرانش و به تبع آن خمیدگی فضا- زمان، بی‌نهایت می‌شود که به آن «تکینگی گرانشی» می‌گویند.

به نقطه بی‌بازگشتی که آن سوی آن دیگر هیچ چیز نمی‌تواند از گرانش سیاه‌چاله بگریزد، «افق رویداد» می‌گویند. هیچ ناظر خارجی نمی‌تواند فراسوی این افق رویداد را ببیند چون هیچ چیز حتی نور نمی‌تواند از آن بگذرد و به آن سو راه پیدا کند. بنابراین هر چه در افق رویداد قرار دارد از جمله تکینگی و نور مستقیما قابل مشاهده نیستند.

خمیدگی فضا-زمان​

تکینگی جایی است که گرانش به حدی می‌رسد که قوانین فیزیک دیگر صادق نیستند و فضا-زمان بی‌معنا می‌شود. چون هیچ چیز از جمله نور نمی‌تواند از سیاه‌چاله خارج شود.

بنا به تعریف، نوعی از تکینگی می‌تواند از بیرون دیده شود که به آن «تکینگی برهنه» (پیدا) می‌گویند، اما براساس نظریه سانسور کیهانی که «راجر پنروز» مطرح کرده، به جز بیگ‌بنگ (مه‌بانگ) تکینگی برهنه وجود ندارد.

اگر نظریه سانسور کیهانی درست باشد، نسبیت عام هم همیشه صادق است.

در 100 سالی که از معرفی نسبیت عام گذشته، آزمایش‌ها همگی بر این نظریه مهر تأیید زنده‌اند اما این نظریه هم مثل بسیاری دیگر از نظریه‌های علمی دیگر محدودیت‌هایی دارد که از همه مهم‌تر وقتی موضوع تکینگی برهنه پیش می‌آید.

نسبیت عام تا وقتی که تکینگی پشت افق رویداد مخفی است کاملا صادق است اما اگر تکینگی پشت افق رویداد مخفی نباشد و دیده شود، یعنی تکینگی برهنه، نسبیت عام دیگر صدق نمی‌کند.

به گفته مارکوس کونش، یکی از نویسندگان این تحقیق، تا زمانی که معادلات سانسور کیهانی معتبر باشند، ما با خیال راحت می‌توانیم آینده را بیرون سیاه‌چاله پیش‌بینی کنیم. چون ما در فیزیک در نهایت سعی می‌کنیم که بر اساس شناختمان از وضع فعلی کائنات، آینده را پیش‌بینی کنیم.

اما اگر تکینگی برهنه بیرون افق رویداد وجود داشته باشد چه؟ اگر چنین شود این تکینگی پیدا و دیده خواهد شد، این یعنی جسمی با چگالی بی‌نهایت، چگالی بی‌نهایت هم یعنی اینکه تمام قوانین فعلی فیزیک فعلی دیگر به درد نمی‌خورند.

اما در فیزیک نظری این پیش فرض مطرح است که تکینگی برهنه در ابعاد بالاتر می‌تواند وجود داشته باشد.

بر اساس برخی شاخه‌های فیزیک نظری از جمله نظریه ریسمان، جهان می‌تواند تا یازده بعد داشته باشد. ابعاد بالاتر می‌توانند عظیم و گسترده باشند یا چنان ریز و در خود پیچیده که قابل ردیابی نباشند.

بشر طول و عرض و ارتفاع را مستقیما و فضا-زمان را به‌طور غیر مستقیم درک می‌کند، اما درک ابعاد بالاتر فقط در انرژی‌های خیلی زیاد امکان‌پذیر است، مثل آزمایش‌هایی که در شتابدهنده‌هادرونی بزرگ در سرن سوییس انجام می‌شود.

یک سیاه‌چاله بسیار عظیم (70 میلیون برابر خورشید) در وسط کهکشان مارپیچ M81

نسبیت عام خود پیش‌بینی نمی‌کند که جهان چند بعد دارد. از این رو فیزیکدانان سعی می‌کنند نسبیت عام را در ابعاد بالاتر مطالعه کنند تا ببینند آیا نسبیت عام همچنان صادق می‌ماند یا نه.

آنچه محققان داشنگاه کمبریج و کوئین مری نشان داده‌اند این است که در جهانی پنج‌بعدی نسبیت عام دیگر صادق نیست و تکینگی برهنه ظاهر خواهد شد و نظریه سانسور کیهانی باطل می‌شود.

ساران تونیاسوووناکول، یکی از پژوهشگران این تحقیق، می‌گوید: «اگر سانسور کیهانی در ابعاد بالاتر صادق نباشد، ما باید بررسی کنیم و ببینیم دنیای چهار بعدی چه خاصیتی دارد که این نظریه در آن صادق است».

اکثر فیزیکدانان معتقدند که سانسور کیهانی در دنیای چهار بعدی صادق است اما اگر این نظریه رد شود، باید راهی تازه برای توضیح جهان هستی یافت؛ یکی از گزینه‌ها گرانش کوآنتومی است

اخبار علمی - آنا

100 سالگی نظریه نسبیت عام اینشتین

این روزها همه درباره صدسالگی مهم‌ترین دستاورد آلبرت اینشتین یعنی نظریه نسبیت عام حرف می‌زنند. در سال ۱۹۱۵ اینشتین نظریه نسبیت عام را برای گروهی از دانشمندان زمان خود در آکادمی علوم پروس مطرح کرد.