سیاهچالهها، سفیدچالهها و کرمچالهها
سیاهچاله چیست؟
سیاهچاله بر اساس نظریه‌ی نسبیت عام انیشتین، ناحیه‌ای از فضاست که حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند. در اثر این پدیده و به دلیل بسیار متراکم بودن جرم سیاهچاله، فضازمان دچار فرورفتگی می‌شود. در اطراف سیاهچاله یک ناحیه‌ی ناشناخته وجود دارد که نقطه‌ای بدون بازگشت است و به عنوان افق رویداد شناخته می‌شود. به این دلیل آن را سیاهچاله می‌نامند؛ چون تمام نورهایی را که به آن برخورد می‌کند جذب می‌نماید و هیچ چیز را منعکس نمی‌کند. دقیقا مانند تعریف جسم سیاه کامل در ترمودینامیک.
طبق تئوری مکانیک کوانتومی، سیاهچالهها دارای دما هستند و تابشی تحت عنوان تابش هاوکینگ از خود ساطع می‌کنند که انتشار ضعیفی از ضد پروتون‌ها است. با وجود ناشناخته بودن درون سیاهچاله، می‌توان آن را از طریق تعامل آن با ماده مشاهده کرد. با ردیابی حرکت گروهی از ستاره‌ها که در یک منطقه از فضا در حال چرخشند؛ می‌توان وجود یک سیاهچاله را استنباط کرد. از طرف دیگر، هنگامی که گاز یک ستاره یا سحابی به درون یک سیاهچالهی ستاره‌ای فرو می‌رود؛ مارپیچ‌هایی گازی به سمت داخل تشکیل می‌شود که دمای آن بسیار بالاست. این دمای بالا منشا مقادیر زیادی از تشعشعات است که می‌تواند از زمین و همچنین به کمک تلسکوپ‌های مدارگرد مشاهده شود.
ستاره‌شناسان کاندید‌های بیشماری را شناسایی کرده‌اند که احتمالا سیاهچاله می‌باشند و همچنین شواهدی از وجود سیاهچالهی ابرپرجرم در مرکز کهکشان‌ها پیدا نموده‌اند. در سال 2008، ستاره‌شناسان پس از مشاهده‌ی حرکت ستاره‌های مجاور، شواهدی قانع‌کننده‌ای یافتند که سیاه‌چاله‌ای با جرمی بیش از 4 میلیون برابر جرم خورشید، در نزدیکی منطقه کمان ای * در مرکز کهکشان راه شیری وجود دارد.
سیاهچالهها چگونه به وجود می‌آیند؟
بیشتر سیاهچالهها وقتی ساخته می‌شوند که یک ستارهی غول‌پیکر که ابر غول نام دارد؛ با اندازه‌ای حداقل بیست برابر بزرگتر از خورشید ما می‌میرد و تودهای از جرمی حداقل هم اندازه‌ی جرم خورشید از خود باقی می‌گذارد. ستاره‌ها زمانی می‌میرند که هیدروژن و یا عناصر دیگری که برای همجوشی هسته‌ای استفاده می‌کنند تمام شود. این اتفاق با واپاشی ستاره همراه است. مرگ یک ستارهی ابرغول، ابرنواختر خوانده می‌شود. ستارگان معمولا در حالتی پایدار قرار دارند. به این معنی که انرژی کافی برای تامین فشار و غلبه بر نیروی گرانش را تولید می‌نمایند. هنگامی که سوخت ستاره تمام می‌شود؛ نیروی گرانش بر نیروی الکترومغناطیس ذرات تشکیل‌دهنده غلبه می‌کند. جاذبه، مرکز ستاره را خیلی سریع به سمت داخل می‌کشد (آنقدر سریع که تنها کسری از هزارم ثانیه طول می‌کشد) و تمام جرم ستاره در یک کره‌ی کوچک فرو می ریزد.
فروپاشی آنقدر سریع و عظیم است که موج شوک ایجاد می‌کند و باعث می‌شود ستاره به شدت به سمت بیرون منفجر شود. همان‌طور که گرانش، ستاره را به سمت داخل مچاله می‌کند؛ فشار در مرکز ستاره به حدی می‌رسد که باعث می‌شود اتم‌های سنگین‌تری مانند آهن و کربن برای آزاد سازی انرژی، همجوشی هسته‌ای کنند. انتشار انرژی از ستاره در طی یک دوره‌ی بسیار کوتاه (حدودا یک ساعت) چنان عظیم است که از کهکشان به بیرون می‌ریزد.
هسته‌ی مرکزی باقیمانده به قدری متراکم است (جرم زیاد در یک فضای کوچک یا حجم کم) که اگر می‌توانستید به طریقی فقط یک قاشق چایخوری از آن را به زمین بیاورید؛ به سرعت تا هسته‌ی کره زمین فرو می‌رفت. در نهایت اگر جرم ستاره به حدی زیاد باشد که به اصطلاح یک تکینگی در فضازمان شکل بگیرد؛ سیاهچاله ایجاد می‌شود. در غیر این صورت به یک ستارهی نوترونی یا کوتوله‌ی سفید تبدیل می‌شود. (برای مطالعه‌ی بیشتر بر روی لینک کلیک کنید).
حتی بدون به وجود آمدن ابرنواختر، زمانی که در یک فضای کوچک، ماده‌ی زیادی وجود داشته باشد و بدون اینکه انرژی کافی برای مقابله در برابر جاذبه را داشته باشد و جلوی فرو ریختن آن را بگیرد؛ باز هم یک سیاهچاله تشکیل می‌شود. سیاهچالهها همچنین در مرکز تمام کهکشان‌های بزرگ جهان یافت می‌شوند. به این سیاهچالهها، سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم گفته می‌شود و بزرگترین نوع سیاهچالهها هستند. زمان شکل‌گیری آنها به زمانی برمی‌گردد که جهان بسیار جوان بوده است. این نوع سیاهچالهها به شکل‌گیری کهکشان‌ها نیز کمک کرده‌اند.
کرمچالهها
در فیزیک، کرمچاله یک ویژگی توپولوژیکی فرضی از فضازمان است که اساسا مانند یک میانبر فضازمانی عمل می‌کند. از لحاظ تئوری، کرمچاله شبیه به یک تونل با دو انتهای جداگانه در فضا است. در سال 1935، آلبرت انیشتین و ناتان روزن برای اولین بار ایده‌ی کرمچاله را مطرح کردند. آنها دریافتند که نسبیت عام، امکان وجود پل‌هایی را فراهم می‌کند که در ابتدا پل‌های انیشتین روزن نامیده می‌شدند اما اکنون به عنوان کرمچاله شناخته می‌شوند. این لوله‌های فضازمانی به عنوان میانبرهای مناطق دور در فضازمان عمل می‌کنند.
هیچ مدرک مشاهده شده‌ای برای وجود کرمچالهها وجود ندارد؛ اما در یک سطح نظری راه حل‌های معتبری برای معادلات نظریه نسبیت عام وجود دارد که شامل کرمچالهها می‌شود و با فرض اینکه نسبیت عام صحیح است؛ ممکن است کرمچاله وجود داشته باشد.
سفیدچاله چیست؟
یک سفیدچاله، در نسبیت عام، یک منطقه‌ی فرضی از فضازمان است که چیزی نمی‌تواند از بیرون وارد آن شود؛ اما ماده و نور ممکن است از آن به بیرون فرار کنند. به معنای دیگر، معکوس یک سیاهچاله است که می‌توان از بیرون وارد آن شد؛ اما از آن هیچ چیز، حتی نور، هم نمی‌تواند فرار کند. با این حال، از لحاظ نظری امکان‌پذیر است که مسافری به یک سیاهچالهی چرخان وارد شده و از تکینگی فرار کند و به درون یک سفیدچاله‌ی چرخان منتقل شود. در واقع این پدیده به مسافر اجازه می‌دهد تا از جهان ما به جهان دیگری سفر کند. سفیدچالهها در نظریه‌ی سیاه‌چاله‌های ابدی ظاهر می‌شوند.
مانند مخروط زمانی آینده که در سیاهچالهها وجود دارد؛ حل‌های مشابهی از معادلات انیشتین وجود دارد که مخروط‌های زمانی گذشته را، با نام سفیدچالهها نتیجه می‌دهد. با این حال، این منطقه برای سیاه‌چاله‌هایی که از طریق فروپاشی گرانشی ستاره‌ها شکل گرفته‌اند وجود ندارد و هیچ فرآیند فیزیکی شناخته شده‌ای وجود ندارد که از طریق آن بتوان سفیدچاله ایجاد کرد.
سفیدچالهها مانند سیاهچالهها دارای خواصی مانند جرم، بار و حرکت زاویه‌ای هستند. آنها نیز مانند هر جرم دیگری ماده را تحت تاثیر قرار می‌دهند با این تفاوت که اجرام در حال سقوط به سمت یک سفیدچاله هرگز به افق رویداد آن نمی‌رسند (اگرچه در مورد راه حل شوارتزشیلد، افق رویداد سفیدچاله، در گذشته به افق رویداد یک سیاهچاله در آینده تبدیل می‌شود؛ بنابراین هر چیزی که به داخل آن بیفتد سرانجام به افق سیاهچاله می‌رسد). نظریه‌هایی وجود دارند که نشان می‌دهند سفیدچالهها جهان‌های جدیدی از ماده را ایجاد می‌کنند که منشا آن سیاه‌چاله‌هایی از دنیای موازی دیگر است. مانند تولد جهان ما.
برای مطالعات بیشتر در مورد سیاهچالهها، سفیدچالهها و کرمچالهها می‌توانید کتاب Unveiling the edge of time نوشته‌ی جان گریبین را از لینک زیر دانلود کنید. مزیت این کتاب توضیحات جامع در مورد این نظریات بدون استفاده از ریاضیات تخصصی است.
