سیاهچاله‌ها ما را می‌بلعند؟!

دکتر رفیعی در سفری که اخیرا به ایران داشت، سخنران یک نشست علمی با محوریت سیاهچاله‌ها در مرکز آموزش نجوم ادیب اصفهان بود و در حاشیه این نشست فرصتی دست داد تا با او درباره موضوعات مختلف نجومی گفتگو کنیم.

چگونه به نجوم علاقه‌مند شدید و فعالیت در این زمینه را از چه زمانی آغاز کردید؟

داستان کار نجوم من متفاوت بود. تا سال اول دانشگاه هیچ علاقه‌ای به نجوم نداشتم و هیچ وقت در تماس با جایی نبودم که علاقه‌ای به نجوم ایجاد کند. به دلایلی جذب مکانیک کوانتوم شده بودم و در تحصیلاتم را در رشته فیزیک در دانشگاه آغاز کردم. سال اول یکی از درس‌هایی که گرفتم درس نجوم بود و از آنجا با دکتر کیاست‌پور آشنا شدم. نحوه تدریس ایشان تاثیر خاصی روی من و آینده‌ام گذاشت. اینجا بود که خواندن کتاب‌های مختلف نجومی را آغاز کردم. نخستین فعالیت نجومی جدی من هم به خورشیدگرفتگی سال 1374 برمی‌گردد که به همراه چند نفر از اساتید و دانشجویان دانشگاه اصفهان به بیرجند رفتیم. بعد از آن هم با خبر شدم آقای بوژمهرانی مرکز آموزش نجوم ادیب را تاسیس کردند و من هم داوطلبانه فعالیت‌هایی را در آنجا شروع کردم.

یکی از سرگرمی‌های دوره کارشناسی‌ام این بود که در این مرکز به فعالیت بپردازم. منتها بعدها برای تحصیل در مقطع کارشناسی‌ارشد به مرکز علوم پایه زنجان رفتم و زندگی و تحصیل در آنجا تقریبا ارتباطم را مرکز ادیب قطع کرد. چون تصمیم گرفته بودم که رشته اخترفیزیک را به طور حرفه‌ای و جدی ادامه دهم.

چطور شد که تصمیم گرفتید برای ادامه تحصیل به خارج از کشور بروید و در کشوری مانند کانادا تحصیلات خودتان را در مقطع دکتری ادامه دهید؟

یکی از چیزهایی که من تقریبا از ابتدای دوران لیسانسم به سمت آن کشیده شده بودم، این بود که سعی کنم همیشه هر مطلبی را از بهترین و بالاترین منبع آن بخونم. در طول دوران لیسانسم تقریبا اکثر کتاب‌هایی که در کتابخانه دانشکده فیزیک بود را خواندم. منابع فارسی خیلی کم بود. متوجه شدم باید به سمت منابع انگلیسی بروم. از همان جا متوجه شدم که بهترین کار آن است که در کلاس درس اساتید طراز اول نجوم جهان حضور پیدا کنم. زیرا معتقد بودم دانش دست‌دوم کمکی زیادی به رشد فکری ما نخواهد کرد. این بود که وقتی دوره کارشناسی‌ارشدم را تمام کردم به توصیه دکتر ثبوتی (رئیس مرکز علوم پایه زنجان)، در آزمون ورودی موسسه تحقیقاتی IUCAA (آیوکا) در هند شرکت کردم و بورسیه دکتری آنجا شدم. آیوکا یک موسسه تحقیقاتی بسیار ویژه هست و دانشمندانی همچون «چاندرا شکر» که خود ا موسس آنجا بود، در این موسسه فعالیت می‌کردند.

من 1.5 سال آنجا بودم و تمام درس‌های دوره دکتری را گذارندم و زمانی که قرار بود پروژه‌ها رو شروع کنیم، به این نتیجه رسیدم که بهتر است به کانادا بروم و دوره دکتری را مجددا و این بار در دانشگاه «یورک» این کشور بخوانم. چون کسانی که در دانشگاه‌های کانادا هستند می‌توانند به داده‌های تلسکوپ‌های غول‌پیکر دسترسی داشته باشند و آنجا منابع نجومی زیادی وجود داشت و ابررایانه‌های پیشرفته‌ای داشتند.

شما پروژه‌ای که در دوره دکتری روی آن کار کردید، مربوط به سیاهچاله‌های پرجرم بود. سیاهچاله‌ها یکی از مباحثی هست که هم‌اکنون نه تنها ستاره‌شناسان بلکه خیلی از مردم را مجذوب خود کرده است. سیاهچاله چیست؟ و آیا واقعا پایانی سیاه برای زندگی ستارگان پرجرم است؟

اگر بخواهیم ساده بگویم، سیاهچاله موجودی است که برای فرار از آن نیاز دارید با سرعتی سریع‌تر از سرعت نور حرکت کنید. چون طبق قانون طبیعت هیچ چیزی نمی‌تواند سریع‌تر از سرعت نور در خلا حرکت کند. در نتیجه شما هیچ وقت نمی‌توانید از سیاهچاله فرار کنید. یعنی حدی وجود دارد که به آن «افق رویداد» می‌گویند. به محض اینکه از این حد عبور کردید، هیچ بازگشتی برای شما نخواهد بود و برای اینکه بخواهید برگردید باید قوانین فیزیک را بشکنید و این غیر ممکن هست.

در خبرهایی که اخیرا درباره کشف امواج گرانشی منتشر شده است، گفته شده که این امواج در اثر ترکیب دو سیاهچاله به وجود آمده‌اند. یا هر از گاهی خبر از کشف یک سیاهچاله می‌شنویم. ستاره‌شناسان این اجرام یا به قول شما این موجودات را چگونه شناسایی می‌کنند؟

زیبایی سیاهچاله‌ها در این هست که یک جرم گرانشی هستند و روی محیط اطراف خودشان تاثیرگرانشی دارند. به همین ترتیب شما می‌توانید از تاثیر گرانشی این موجودات، آنها را شناسایی کنید. درست است که شما هیچ‌گاه نمی‌توانید سیاهچاله را مستقیما ببینید، اما می‌توانید تمام چیزهایی که اطراف آن در حال چرخش هستند و بعد درون آن فرو می ریزند را ردیابی کنید و از طریق مطالعه این موارد جانبی، اطلاعات مختلفی را از سیاهچاله‌ها به دست بیاورید. خود سیاهچاله هیچ تابش به خصوصی ندارد. فقط یک تابش هاوکینگ وجود دارد که آن هم به صورت نظری تایید شده، اما هنوز هیچ سیاهچاله‌ای را پیدا نکردیم که چنین تابشی از خود ساطع کرده باشد.

چرا ما مطالعه سیاهچاله‌ها برای ستاره‌شناسان مهم و جذاب است؟ و آنها چه چیز مهمی دارند؟

خود سیاهچاله شاید در نگاه اول به نظر موجودات مهمی نباشند. اما دلیل ما برای مطالعه آنها به این خاطر هست که علاقه‌مند هستیم که کل کائنات و قوانین فیزیک را بشناسیم. قوانینی که به تمام اتفاقاتی که در جهان آفرینش رخ می‌دهد، حاکم هستند. برای فهم بهتر این قوانین، یک سری مشاهدات و آزمایش‌هایی انجام می‌دهیم و براساس نتایج آنها مدل‌سازی می‌کنیم. مدل‌سازی در پیش‌بینی‌ برخی از رویدادها و پدیده‌ها به ما کمک می‌کند. این پیش‌بینی‌ها اگر درست باشند، تاییدی بر مدل ما هستند و در واقع توصیف درستی از طبیعت و کائنات هست.

سیاهچاله‌ها به این دلیل خیلی مهم هستند که در لبه مرز دانش ما قرار دارند. جایی قرار دارند که اکثر مدل‌هایی که وجود دارند بسیار لرزان بوده و از خودشان ضعف نشان می‌دهند. قوانین گرانش نیوتن یا گرانش اینشتین رفتار اجرام بزرگ و سنگین کیهانی را به زیبایی توصیف می‌کنند. اما در کنار این آنها، مدل «مکانیک کوانتومی» یا «نظریه میدان‌های کوانتومی» را داریم که در واقع رفتار ذرات خیلی ریز و سبک را بررسی می‌کند. این رفتار کاملا در تضاد با رفتار اجرام بزرگ و سنگین هستند. این دو مدل هر کدام به طور مستقل و جدا از هم به زیبایی هر چه تمام‌تر در حال کار هستند، اما به محض اینکه بخواهیم این دو را به هم نزدیک کنیم، دچار اختلاف سلیقه شدید می‌شویم! تضاد بزرگی پیدا می‌شود و به نظر می‌آید تمایلی ندارند که با هم ترکیب و ادغام شوند. سیاهچاله‌ها دقیقا در همین نقطه قرار دارند. اجرامی بسیار سنگین هستند و در عین حال بسیار کوچک هستند.

معادلاتی که در نظریه گرانش اینشتین و میدان‌های کوانتومی وجود دارند، به طور جداگانه به خوبی جواب می‌دهند، اما وقتی با هم ترکیب می‌شوند، دچار یک سری ناخود سازگاری‌های خیلی عمیق می‌شوند که ما به هیچ وجه نمی‌توانیم آنها را حل کنیم.

پس ما به داده‌های بیشتری نیاز داریم...

فقط داده‌ها نیستند. باید پای تخیلات را هم به میان کشید؛ که چطوری این مدل‌ها را کنار هم بذاریم. هنوز دانش بشر به اندازه کافی نیست. حال اگر به پرسش شما برگردم باید بگویم که مطالعاتی که در مورد سیاهچاله‌ها انجام می‌شود به ما کمک می‌کند که ما بفهمیم این دو نظریه را چطوری به هم نزدیک کنیم. اما در عین حال وجود این سیاهچاله‌ها یک کمک خیلی بزرگ دیگری می‌کند. ما نیاز داریم تحول کائنات را هم بررسی کنیم. یعنی ببینیم با گذشت زمان شکل و شمایل جهان و اجرام آسمانی چطوری تغییر می‌کنند. چه اتفاقی درون آنها می‌افتد و چگونه رشد می‌کنند؟ وقتی این کارها را انجام می‌دهیم، می‌فهمیم مدل‌ها براساس آن فرض‌های اولیه خیلی ساده ما، کار نمی‌کنند. مگر اینکه بحث «سیاهچاله‌های کلان جرم» (ابرسیاهچاله‌ها) را به مدل‌های خود اضافه کنیم. این کار منجر به نتایجی می‌شود که ما در مشاهدات خود آنها را می‌بینیم و ثبت می‌کنیم.

وجود سیاهچاله‌ها شاید در قدیم به عنوان یک موجود اضافه و خیلی زیبا دیده می‌شدند؛ اما امروزه به عنوان یک بخش جدانشدنی مدل‌های کیهان‌شناسی به حساب می‌آیند. یعنی اگر آنها را از مدل‌ها حذف کنیم، این مدل‌ها نمی‌توانند طبیعت را با دقت مناسب توصیف یا پیش‌بینی کنند.

یک ذهنیتی که درباره سیاهچاله در اذهان مردم وجود دارد این است اگر به آن نزدیک شویم، ما را می‌بلعد! به راستی سیاهچاله‌ها موجودات بلعنده‌ای هستند؟!

یک سوء تفاهمی که وجود دارد این است که همه فکر می‌کنند سیاهچاله‌ها می‌بلعند. یعنی شما آن را به عنوان یک موجود جدید و متفاوت می‌بینید. راستش اگر همین امروز شما خورشید را بردارید و به جای آن یک سیاهچاله بگذارید، هیچ تغییری در منظومه شمسی رخ نخواهد داد. تنها تغییری که رخ می دهد این است که سیاهچاله هیچ نوری تولید نمی‌کند و عملا چیزی به اسم «روز» نخواهیم داشت. به ناگاه همه چیز شب خواهد بود. اما در هر صورت هیچ احساس دیگری نخواهید داشت. زمین همان‌طور که قبلا به دور خورشید می‌گردید، به گردش خود ادامه می‌دهد؛ با این تفاوت که الان به دور سیاهچاله می‌گردد. طول شبانه‌روز هیچ تغییری نخواهد کرد و هیچ اتفاق خاص دیگری نخواهد افتاد. به جز اینکه فقط یک شب مطلق خواهیم داشت. یک سیاهچاله تا زمانی که شما خودتان عمدا از افق رویداد آن رد نشوید، هیچ کاری با شما نخواهد داشت و کسی را نمی‌بلعد!

پس ما باید در آن محدوده قرار بگیریم؟

ما در حالت عادی داخل هیچ سیاهچاله‌ای فرو نمی‌رویم، مگر آنکه عمدا خود را در محدوده افق رویداد آن قرار دهیم. این ذهنیت اشتباه است که اگر به دور سیاهچاله‌ای بچرخیم، در آن بلعیده می‌شویم. کلا برای اینکه به یک جسم یا موجودگرانشی نزدیک شویم باید چیزی به نام «اندازه حرکت زاویه‌ای» را از دست دهیم. همین حرکت زاویه‌ای است که باعث می‌شود ماهواره‌ها روی زمین سقوط نکند. اما یک ماهواره معمولی که در ارتفاع پایین کار می‌کند را در نظر بگیرید، بعد از مدتی به خاطر برخورد با مولکول‌های جو سرعتش کم می‌شود و اگر موتورهایش را برای افزایش ارتفاع روشن نکند، به سمت زمین سقوط می‌کند. سیاهچاله‌ها هم دقیقا مثل زمین هستند. تا زمانی که شما بخشی از سرعت‌ خودتان را بنا به هر دلیلی از دست ندهید، هیچ‌گاه داخل سیاهچاله نمی‌افتید.

البته باز هم باید تاکید کنم که لازم است در افق رویداد آن سیاهچاله قرار بگیرید؛ که آن هم به مرکز سیاهچاله بسیار نزدیک است و شما هیچ وقت به آن حد نخواهید رسید. زیرا تا قبل از رسیدن به آن محدوده، تحت تاثیر اختلاف گرانشی تغییر شکل داده و قبلا تکه‌تکه شده و به مولکول تبدیل شده‌اید. به عبارت بهتر قبل از بلعیده‌شدن، شما مرده‌اید!

اکران فیلم «میان ستار‌ه‌ای» بحث سیاهچاله را بین مردم بیش از گذشته داغ کرد. به خصوص بحث عبور از وسط سیاهچاله‌ای و یا رفتن به سیاره‌ای که یک ساعت آنجا برابر با 7 سال زمین بود. همیشه این پرسش مطرح هست که چرا داخل سیاهچاله‌ها و چنین محیط‌هایی که قرار می‌گیریم، مفهوم زمان دگرگون می‌شود؟

این به فهم ما از مسئله‌ای به نام زمان بر می‌گردد. ساده‌ترین تعریف زمان وقوع یک اتفاق به صورت متناوب است. مثلا فرض کنید اتمی داریم که نوسان می‌کند و به تعداد مشخصی ثانیه می‌زند. حالا تصور کنید اگر همین اتم را به جای اینکه در هوا برای شما نوسان کند و برای ما ثانیه بزند به داخل محیطی مثل عسل که چسبندگی بیشتری داشته باشد، ببریم، این نوسانات آهسته‌تر انجام شده و زمان کندتر می‌شود.

در واقع از بعد از اینشتین می‌دانیم فضا یک محیط کاملا خالی نیست. ماهیت خاص خودش را دارد. شما وقتی یک اتم را در فضا قرار می دهید، تحت تاثیر آن خمیدگی‌هایی که در فضا وجود دارد، این اتم رفتار متفاوتی از خودش نشان دهد. حالا شما وقتی خیلی از سیاهچاله دور هستید (مثلا زمین)، مانند این است که شما در هوایی قرار دارید که هیچ فشاری به این اتم نمی‌آید. این اتم به صورت معمولی نوسان می‌کند. اما به محض اینکه به سمت سیاهچاله می‌رویم، هر چقدر سیاهچاله نزدیک‌تر می‌شویم. این خمیدگی فضا ـ زمان آنقدر زیاد می‌شود که این اتم برای نوسان‌کردن مجبور است با خمیدگی فضا هم مقابله کند و در نتیجه سرعت نوسانش کم می‌شود. به همین نسبت وقتی ما به افق رویداد یک سیاهچاله نزدیک می‌شویم، به حالتی می‌رسیم که فشار به حدی زیاد است که اتم به هیچ عنوان نمی‌تواند تکان بخورد و به خاطر زمان متوقف می‌شود.

اگر قبول کنیم که انسان از سلول، و خود سلول‌ها هم از اتم‌ها تشکیل شده‌اند، و اتم‌ها در حال نوسان هستند، این احتمال وجود دارد که بدن انسان تحت فشار گرانشی داخل یک سیاهچاله کاملا فریز شده و تحولی نداشته باشد.

از سیاهچاله‌ها فاصله بگیریم و به مریخ برویم؛ سیاره‌ای که کاوش‌های آن در این سال‌ها بسیار خبرساز است. بخشی از فعالیت‌های علمی شما به انجام پروژه‌ای در زمینه کشف متان روی این سیاره متمرکز بود. لطفا درباره این پروژه و نقشی که در آن داشتید صحبت کنید.

همه به دنبال کشف حیات در سیاره مریخ هستند. چند معیارخیلی مهم برای وجود حیات وجود دارد. یکی از آنها آب و بعد از آن متان و کربن است. متان به این دلیل خیلی مهم است که از نتیجه یک فرآیند زیستی است. شما باید باکتری داشته باشید تا این باکتری برای شما کربن را با اکسیژن ادغام کند تا متان تولید کند. یا باید آتشفشان داشته باشید. وجود آتشفشان به معنای وجود فعالیت‌های درو‌ن‌سیاره‌ای است. اما در هر دو حالت، کشف متان نشانه‌ای از وجود احتمالی حیات است. در پروژه‌ای که من در آن شرکت داشتم، ما به دنبال آن بودیم که بتوانیم با سامانه‌ای، متان را با دقت بالایی در مریخ اندازه‌گیری کرده و منابع را شناسایی کنیم.

این سامانه در واقع ترکیب دو سیستم لیزری بود و سعی می‌کرد مقدار متان موجود در محیط‌های مختلف را بررسی کند. ما باید چنین چیزی را می‌ساختیم. براساس برنامه این پروژه باید ابتدا روی قطب شمال آزمایش می‌شد. اگر می‌توانستیم متان را با همان تکنیک روی کره زمین و با همان دقتی که می‌خواستیم اندازه‌گیری کنیم، آنگاه این سامانه برای نصب روی یک روبات و ارسال آن به مریخ بهینه‌سازی می‌شد.

آیا نتیجه رضایت‌بخش بود؟

نتیجه پروژه ما مثبت نبود. به خاطر اینکه مقدار متانی که لازم بود سامانه ثبت کند، بیشتر از اون حدی بود که روی مریخ انتظار داشتیم وجود داشته باشد. یعنی آن حد بیشینه‌ای که در مریخ برای ما تعریف شده بود، با حد کمینه‌ای که ما در زمین می‌توانستیم ثبت کنیم با همدیگر هم‌خوانی نداشتند و این پروژه مثل خیلی از پروژه‌های دیگری به نتیجه مناسب منتج نشد.

شما در خارج از کشور فعالیت‌های حرفه‌ای در زمینه نجوم داشتید؛ فکر می‌کنید که اگر در داخل ایران بخواهیم فعالیت‌هایی را انجام دهیم که در سطح جهانی در بحث نجوم در حوزه حرفه‌ای بتوانیم موثر باشیم، به نظر شما چه بسترهایی باید در کشور آماده شود؟ زیرا خود شما کسی بودید که چون می‌دانستید بسترهایی در کشور فراهم نیست، برای ادامه تحصیل به خارج از کشور مهاجرت کردید.

این پرسش مهمی است. برای یک کار پژوهشی خیلی خوب، یک سری معیار وجود دارد. بخشی از آنها امکانات و بخشی دیگر هم به شرایط آب و هوایی مناسب مربوط به آن پروژه و نیز نیروی انسانی وابسته است. بعد از تمام اینها، بحث مدیریت مناسب آن پروژه مطرح می‌شود. ما از نظر آب و هوایی شرایط نسبتا خوبی داریم. اینجا محیط کویری داریم. از نظر امکانات می‌توانیم به رصدخانه‌ها با تلسکوپ‌های خیلی خوب را در کشور راه‌اندازی کنیم. فقط بحث هزینه است که اگر مسئولین همت کنند و اهمیت این مباحث را متوجه باشد، انجام آنها کار غیر ممکنی نیست.

قسمت بعدی مسئله نیروی انسانی متخصص و مسئله مدیریت علمی نوین است. به این ترتیب که اکثر رصدخانه‌های امروزی به حضور مستقیم نیروها وابستگی ندارند. یک سامانه خودکار همه کارها را انجام می‌دهد. کافی است شما برای پروژه‌ای که می‌خواهید کار کنید درخواست دهید. این پروژه در صف قرار می‌گیرید و کمیته‌ای براساس اهمیت کاری که می‌خواهید انجام دهید، درخواست شما را بررسی می‌کند و در نهایت کار زمان‌بندی شده و اجرا می‌شود. این فرآیند نیازمند آن است که عده‌ای متخصص وجود داشته باشند که بدانند چطوری این پروژه‌ها رو رده‌بندی کنند و اولویت‌های آنان را مشخص نمایند. و این کار به تجربه درازمدت مدیریت علمی نیاز دارد.

محمدرضا رضائی