سیاهچاله چیست؟

سیاهچاله ناحیه ای از فضاست كه مقدار بسیار زیادی جرم در آن تمركز یافته و هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه آن خارج شود. از آنجا كه بهترین تئوری جاذبه در حال حاضر تئوری نسبیت عام انیشتن است، در مورد سیاهچاله و جزئیاتش باید طبق این تئوری تحقیق و نتیجه گیری كنیم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرایط ساده تر آغاز می كنیم. فرض كنید روی سطح یك سیاره ایستاده اید. یك سنگ را به سمت بالا پرتاب می كنید. با فرض اینكه آن را خیلی خیلی محكم پرتاب نكرده باشید برای مدتی به سمت بالا حركت می كند و نهایتاً شتاب جاذبه باعث می شود به پایین سقوط كند. اما اگر سنگ را به اندازه ی لازم محكم پرتاب كرده باشید می توانید آن را به كل از جاذبه سیاره خارج كنید. در این حالت سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتی كه لازم است تا یك شیء را از جاذبه ی سیاره خارج كند، سرعت فرار یا سرعت گریز نام دارد. همانطور كه انتظار می رود سرعت فرار به جرم سیاره بستگی دارد. اگر سیاره ای جرم زیادی داشته باشد كشش جاذبه آن زیاد خواهد بود و نتیجتةً سرعت فرار آن بیشتر خواهد شد. سیاره سبكتر سرعت فرار كمتری خواهد داشت. سرعت فرار در زمین Km/s 11.2 یا  25000 m/h  است. در حالی كه سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 یا m/h 5300 است.  حال یك جرم بسیار زیاد را كه در یك ناحیه با شعاع بسیار كوچك تمركز یافته تصور كنید. سرعت فرار چنین ناحیه ای از سرعت نور بیشتر خواهد بود و چون هیچ شیئی نمی تواند سریعتر از نور سیر كند پس هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه چنین ناحیه ای خارج شود ، حتی یك دسته پرتو نور.

ایده تفكر در مورد جرمی چنان چگال كه حتی نور نیز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقریباً بلافاصله پس از بیان نظریه نسبیت عام توسط انیشتین ، كارل شوارتز شیلد یك راه حل ریاضی برای معادلات تئوری این اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصی چون اُپنهایمر و ولكف واشنایدر در دهه 1930 به طور جدی درباره امكان وجود چنین نواحی در عالم به تحقیق پرداختند. این پژوهشگران نشان دادند، هنگامی كه محتویات سوخت یك ستاره پرجرم به پایان می رسد، نمی تواند در مقابل جاذبه درونی خود مقاومت كند و به صورت یك سیاهچاله در خود فرو می ریزد. در نسبیت عام جاذبه از عوامل انحراف فضای 4 بعدی است. اشیاء بسیار پرجرم باعث انحرافات محورهای زمان و فضا می شوند در حدی كه قوانین هندسی اعتبار خود را از دست می دهند و به كار نمی آیند. این انحراف در اطراف یك سیاهچاله بسیار چشمگیر است و باعث می شود كه سیاهچاله ها خصوصیات عجیبی داشته باشند.

هر سیاهچاله چیزی به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحی كروی است و مرز سیاهچاله را مشخص می كند. شما می توانید وارد این افق شوید اما نمی توانید از آن رهایی یابید. در حقیقت وقتی وارد افق شدید محكوم به نزدیك و نزدیك تر شدن  به مركز سیاهچاله هستید. درباره افق می توان این تصور را داشت كه افق جایی است كه در آن سرعت گریز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گریز كمتر از سرعت نور است. بنا بر این در صورتی كه راكت های شما به اندازه كافی انرژی داشته باشند می توانید از افق دور شوید اما وقتی وارد افق شدید راهی برای خروج ندارید. افق خصوصیات هندسی عجیبی دارد، برای یك ناظر كه فاصله زیادی از سیاهچاله دارد، افق جای خوبی به نظر می رسد كه كروی و ساكن است. اما در صورتیكه به سیاهچاله نزدیك شوید متوجه خواهید شد  افق با سرعت بسیار زیاد و یا در حقیقت با سرعت نور به سمت بیرون در حركت است. چون افق با سرعت نور به سمت بیرون گسترش می یابد، پس برای خروج از افق باید سرعتی بیش از سرعت نور داشته باشیم. و چون می دانیم كه نمی توانیم با سرعتی بیش از سرعت نور سیر كنیم پس هیچ گاه نخواهیم توانست از سیاهچاله فرار كنیم.