مقدمه
جی. رابرت اوپنهایمر، فیزیکدان، قبل از آنکه پدر بمب اتمی شود، سهم قابل توجهی در علم سیاه‌چاله‌ها داشت و پیش از کشف آن‌ها تحقیقاتی در موردشان انجام داده بود.
نام اوپنهایمر برای همیشه، چه خوب و چه بد، با قدرت مخرب بمب اتمی و تصویر ابری به شکل قارچ، نمادی از نابودی، گره خورده است. فیلم جدید کریستوفر نولان به نام اوپنهایمر که ۳۰ تیر ماه امسال اکران شده، براساس زندگی‌نامۀ این فیزیکدان است.
چه کسی سیاه‌چاله را کشف کرد؟
اوپنهایمر پیش از سفرش در سال 1942 میلادی به نیومکزیکو، با هدف کمک به توسعۀ بمب اتم، بیشتر در زمینۀ فیزیک کوانتوم فعالیت می‌کرد. او و همکارش، هارتلند اس.اسنایدر، در سال 1939 مقاله‌ای منتشر کردند که در آن از معادلات نظریۀ گرانش آلبرت اینشتین، نسبیت عام، استفاده کرده بودند تا نشان دهند سیاه‌چاله‌ها چگونه متولد می‌شوند. همچنین اوپنهایمر اولین مدل فروپاشی را برای توصیف چگونگی فروپاشی یک ستاره و تبدیل آن به سیاه‌چاله طرح کرد. از طرفی، همانطور که این دو دانشمند روی این مقاله که بسیار به نظریۀ نسبیت عام در سال 1915 بستگی داشت، کار می‌کردند؛ شخص اینشتین در حال تکمیل تحقیقاتی دربارۀ عدم وجود سیاه‌چاله‌ها بود. حالا تاریخ نشان می‌دهد که حق با اوپنهایمر بوده است.
پیش از مدل فروپاشی اوپنهایمر، فیزیکدان دیگری به نام سوبرامانیان چاندراسخار روی سرنوشت ستاره‌ها پس از پایان سوختشان برای همجوشی هسته‌ای، مطالعه می‌کرد. یک ستاره پس از پایان سوختش دیگر نمی‌تواند در مقابل فروپاشی گرانشی مقاومت کند. بنابراین لایه‌های بیرونی خود را از دست می‌دهد، هستۀ آن منقبض می‌شود و باقی‌مانده‌ای از خود برجای می‌گذارد که ماهیت این باقیمانده به جرم هستۀ ستاره بستگی دارد. چاندراسخار دریافته بود که برای هسته‌های ستاره‌ای با جرم کمتر از 1/4 برابر خورشید، فروپاشی گرانشی متوقف می‌شود، در این صورت به آنچه از ستاره باقی می‌ماند، کوتوله سفید می‌گویند. اما برای هسته‌های ستاره‌ای با جرم بیشتر از 1/4 برابر خورشید، در طول فروپاشی گرانشی، فشار و گرمای کافی برای ادامه یافتن همجوشی هسته‌ای به وجود می‌آید. اوپنهایمر و شاگردانش می‌خواستند بدانند که این مسیر فروپاشی گرانشی در ستاره‌های پرجرم به کجا منتهی می‌شود و سرنوشت نهایی بزرگترین ستاره‌های کیهان چیست. این پاسخ را قبلاً فیزیکدانی آلمانی در سال 1916 ارائه داده بود. اوپنهایمر فقط باید چگونگی رسیدن به آنجا را پیدا می‌کرد.
اوپنهایمر، اولین کسی که به وجود سیاه‌چاله‌ها پی برد!
فیزیکدان آلمانی کارل شوارتزشیلد، راه حل ریاضی دقیقی برای معادلات میدانی نسبیت عام به دست آورده بود. اما نکتۀ نگران‌کننده در راه حل او وجود دو نقطۀ تکینگی بود. تکینگی‌ها نشان‌دهندۀ وجود اجرامی با گرانش بسیار زیاد هستند که حتی نور را نیز می‌بلعند. یکی از این تکنیگی‌ها، یا تکینگی مختصاتی را می‌توان با کمی دستکاری در معادلات ریاضی حذف کرد که به آن افق رویداد می‌گویند و مرز بیرونی سیاه‌چاله است. اما با تکنیگی دیگر یا تکینگی گرانشی نمی‌توان به صورت ریاضی رفتار کرد و نقطه‌ای است که در آن قوانین فیزیک کار نمی‌کند؛ قلب سیاه‌چاله. اینجا تولد نظری مفهوم سیاه‌چاله بود. اما هنوز برای چگونگی تشکیل آن پاسخی پیدا نشده بود. درحالی‌که اینیشتین در سال 1939 در تلاش بود تا تکنیگی گرانشی و در پی آن مفهوم سیاه‌چاله را از بین ببرد، اوپنهایمر در حال بررسی چگونگی به وجود آمدن آن‌ها بود. در نهایت اوپنهایمر با پیش‌فرض‌های ساده‌ای که اثرات کوانتومی را نادیده می‌گرفت و چرخش را در نظر نمی‌گرفت، به همکارش اسنایدر کمک کرد. کار اوپنهایمر زمانی نتیجه داد که اسنایدر کشف کرد که آنچه به نظر می‌رسد برای یک ستارۀ در حال فروپاشی اتفاق می‌افتد به دیدگاه ناظر بستگی دارد. در واقع برای ناظرِ دور، نور از منبعی نزدیک به افق رویداد سیاه‌چاله تحت تأثیر نیروهای گرانشی دچار انتقال به سرخ می‌شود و طول موجش افزایش می‌یابد و این روند تا جایی ادامه می‌یابد که از دید ناظر دور، نور «منجمد» می‌شود. اما ماجرا برای ناظر نزدیکی که در حال سقوط در سیاه‌چاله باشد، متفاوت است، او به جایی فراتر از افق رویداد سقوط می‌کند بدون آنکه متوجه چیزی شود. دانشمندان این مفهوم را به دلیل انجماد نور در افق رویداد با عنوان «ستارۀ منجمد» می‌شناختند تا زمانی‌که فیزیکدانی به نام جان ویلر در سال 1967، طی یک سخنرانی اصطلاح “سیاه‌چاله” را برای آن به کار برد.
اوپنهایمر و همکارانش ممکن است مسیری متفاوت از شوارتزشیلد را طی کرده باشند. با این حال، دو تیم فیزیکدان به یک مقصد رسیدند: مفهوم جرم ستاره‌ای که آنقدر پرجرم است که گرانش آن نور را به دام می اندازد و باعث انتقال به سرخ بی‌نهایت می‌شود. در واقع شوارتزشیلد نظریه را در اختیار داشت اما این اوپنهایمر و همکارانش بودند که برای نخستین بار تولد فیزیکی یک سیاه‌چاله را به درستی درک کردند.
سخن آخر
سه سال پس از انتشارِ مقالۀ اوپنهایمر و اسنایدر، اوپنهایمر به لوس آلاموس سفر کرد و اتفاقی تاریخی را رقم زد. اما پیش از آن اوپنهایمر کمک‌های بسیار مهمی به فیزیک سیاه‌چاله و به طور کلی فیزیک کرد. اگرچه عموم ممکن است نام او را با بمب اتم و پروژه منهتن به‌خاطر آورند، جامعۀ علمی از کمک‌های او به فیزیک و اخترفیزیک قدردانی می‌کند.
مترجم: ملیکا بیدآبادی
ویراستار: نازنین‌زهرا بابایی
منبع: space.com
مرکز نجوم آوا استار