فرازمینی‌ها از سیاه‌چاله‌ها چه استفاده‌ای می‌کنند؟

اگر حیات در جهان ما رایج است و دلایلی هم برای این ادعا داریم، چرا هیچ شواهدی از آن را نمی‌بینیم؟ این پرسش، ماهیت پارادوکس فرمی است. پرسشی که از ابتدای نجوم مدرن ذهن ستاره‌شناس‌ها را به خود مشغول کرده است.

پارادوکس فرمی همچنین استدلالی برای حدس هارت تیپلر است. بر اساس این حدس اگر در گذشته تمدنی پیشرفته در کهکشان ظهور کرده باشد، باید علائم فعالیت آن را در هر نقطه‌ای ببینیم. شواهد احتمالی چنین تمدنی شامل کاوشگرهای خودکپی‌کننده، ابرسازه‌ها و دیگر فعالیت‌های نوع ۳ است.

از سوی دیگر، بر اساس راه‌حل‌های پیشنهادی این پرسش مطرح می‌شود که حیات پیشرفته چگونه در چنین مقیاس‌های بزرگی عمل می‌کند. به باور برخی دیگر، تمدن‌های فرازمینی پیشرفته در فعالیت‌ها و موقعیت‌هایی قرار دارند که از نظرها پنهان‌اند.

گروهی آلمانی-گرجستانی از پژوهشگرها در پژوهش جدید خود نشان دادند تمدن‌های فرازمینی پیشرفته (ETC-ها) می‌توانند از سیاه‌چاله‌ها به عنوان کامپیوترهای کوانتومی استفاده کنند. این فرضیه از دیدگاه رایانشی منطقی است و می‌تواند توجیهی برای نبود فعالیت ظاهری فرازمینی‌ها باشد.

پژوهش مورد بحث به سرپرستی گیا دیوالی، فیزیک‌دان نظری موسسه‌ی فیزیک ماکس پلانک و عضو هیئت فیزیک دانشگاه لودویک ماکسمیلیانز مونیخ و زازا اسمانف، استاد فیزیک دانشگاه آزاد تفلیس و همچنین پژوهشگری از رصدخانه‌ی ملی خارادز گرجستان و مؤسسه‌ی SETI انجام شد. مقاله‌ی پژوهش به صورت آنلاین منتشر شده و در حال بررسی برای انتشار در مجله‌ی بین‌المللی استروبیولوژی است.

اولین پژوهش SETI (پروژه‌ی ازما) در سال ۱۹۶۰ به سرپرستی دکتر فرانک دریک، مخترع معادله‌ی دریک انجام شد. این پژوهش از داده‌های تلسکوپ رادیویی ۲۶ متری رصدخانه‌ی گرین بانک برای شنیدن انتقال‌های رادیویی منظومه‌های ستاره‌ای مجاور تاو نهنگ (Tau Ceti) و اپسیلون جوی (Epsilon Eridani) استفاده کرد.

از آن زمان بخش زیادی از پروژه‌های SETI (جستجوی هوش فرازمینی) در مسیر جستجوی آثار فناوری رادیویی پیش رفتند که این گرایش به دلیل قابلیت پخش امواج رادیویی در فضای میان‌ستاره‌ای به وجود آمد. دیوالی و اسمانف در گفتگو با یونیورس تودی می‌گویند: در حال حاضر وظیفه‌ی اصلی ما جستجوی پیغام‌های رادیویی است و تلاش‌های متعددی را برای بررسی آسمان و یافتن کاندیدهای کره‌ی دایسون انجام دادیم. کره‌های دایسون به ابرسازه‌هایی اطراف ستاره‌ها گفته می‌شود که از انرژی ستاره بهره‌برداری می‌کنند. از سوی دیگر مسئله‌ی SETI به قدری پیچیده است که باید تمام کانال‌های احتمالی را جستجو کرد.

مجموعه‌ی کامل آثار فناوری می‌توانند وسیع‌تر باشند. برای مثال، انتشار نوری یا فروسرخ ابرسازه‌های اطراف تپ‌اخترها، کوتوله‌های سفید وسیاه‌چاله‌ها از این دست آثار هستند. یک مسیرکاملا جدید هم می‌تواند جستجوی تغییرات طیفی غیرعادی آثار فناوری باشد به‌طوری‌که تشخیص آن‌ها از اجرام نجومی عادی امکان‌پذیر شود.

طیف جستجوی محدود، یکی از دلایل اصلی شکست SETI در یافتن شواهد آثار فناوری بود. در سال‌های گذشته، ستاره‌شناس‌ها و اخترفیزیک‌دان‌ها توسعه‌ی جستجو را با بررسی دیگر آثار و روش‌های فناوری مثل پیام‌رسانی به هوش مصنوعی فرازمینی (METI) توصیه کرده‌اند. این روش‌ها عبارت‌اند از: انرژی هدایت‌شده (لیزرها)، انتشار نوترینو، ارتباطات کوانتومی و امواج گرانشی که بسیاری از آن‌ها در گزارش اثر فناوری ناسا (منتشرشده در سال ۲۰۱۸) و کارگاه TechnoClimes ۲۰۲۰ توصیف شده‌اند.

دیوالی و اسمانف جستجویی متفاوت را پیشنهاد می‌کنند: شواهد رایانش کوانتومی در مقیاس عظیم. مزایای رایانش کوانتومی به خوبی مستند شده‌اند و عبارت‌اند از: قابلیت پردازش اطلاعات با سرعتی بسیار بیشتر از رایانش دیجیتالی و ایمنی در برابر رمزگشایی.

با توجه به‌سرعت پیشرفت کنونی رایانش کوانتومی، منطقی است که فرض کنیم تمدنی پیشرفته می‌تواند این فناوری را در مقیاسی بزرگ‌تر تطبیق دهد. به باور دیوالی و اسمانف، صرف‌نظر از اینکه یک تمدن چقدر پیشرفته باشد یا ترکیب ذرات و شیمی آن چه تفاوتی با ما داشته باشد، در قوانین فیزیک کوانتوم و گرانش با آن‌ها اشتراک داریم. بر اساس این قوانین می‌توان سیاه‌چاله‌ها را بهینه‌ترین ذخیره‌سازهای اطلاعات کوانتومی در نظر گرفت.

بر اساس پژوهش‌های جدید، احتمالا دستگاه‌هایی وجود دارند که بر اثر برهم‌کنش‌های غیرگرانشی ایجاد شده‌اند و ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات را اشباع می‌کنند. به این دستگاه‌ها اشباع‌کننده (saturon) هم گفته می‌شود، بااین‌حال سیاه‌چاله‌ها قهرمان‌های آشکار این فرضیه هستند. به‌طوری‌که هر ETI که به‌اندازه‌ی کافی پیشرفته باشد می‌تواند از آن‌ها برای ذخیره‌سازی و پردازش اطلاعات استفاده کند.

این فرضیه مبتنی بر پژوهش راجر پنروز، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل است. به باور او می‌توان انرژی نامحدودی را از ارگوسفر سیاه‌چاله برداشت کرد. این فضا درست خارج از افق رویداد قرار دارد و مواد ورودی به سیاه‌چاله در این منطقه دیسکی را تشکیل می‌دهند که تا نزدیک به سرعت نور شتاب می‌گیرد و مقدار قابل توجهی پرتو آزاد می‌کند.

پژوهشگرهای متعددی نشان داده‌اند که این منبع می‌توانند سرچشمه‌ی نهایی نیروی تمدن‌های پیشرفته‌ی فرازمینی باشند که از طریق تغذیه‌ی ماده در یک سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم و برداشت پرتوهای حاصل یا صرفا برداشت انرژی منتشرشده به دست می‌آید. دو احتمال برای سناریوی دوم عبارت‌اند: از کنترل گشتاور زاویه‌ای قرص‌های برافزایشی (فرآیند پنروز) یا برداشت گرما و انرژی تولید شده در جت‌های پرسرعت (شاید به شکل کره‌ی دایسون).

دیوالی و اسمانف در مقاله‌ی خود نشان می‌دهند سیاه‌چاله‌ها می‌توانند منبع نهایی رایانش باشند. این نتیجه بر اساس دو فرض به دست می‌آید: ۱) پیشرفت تمدن، رابطه‌ی مستقیمی با سطح عملکرد رایانشی آن دارد ۲) احتمالا شاخص‌های جهانی مشخصی برای پیشرفت رایانشی وجود دارند که می‌توان از آن‌ها به‌عنوان آثار فناوری بالقوه برای جستجوی هوش فرازمینی استفاده کرد.

دیوالی و اسمانف با استفاده از اصول مکانیک کوانتوم نشان می‌دهند که سیاه‌چاله‌ها چگونه به بهینه‌ترین انباره‌های اطلاعات کوانتومی تبدیل می‌شوند. این سیاه‌چاله‌ها احتمالا ماهیتی مصنوعی دارند و برخلاف سیاه‌چاله‌های بزرگ طبیعی ابعاد کوچکی دارند؛ بنابراین، می‌توانند پرانرژی‌تر از سیاه‌چاله‌های طبیعی باشند.

پژوهشگرها با تحلیل ویژگی‌های ساده‌ی زمان بازیابی اطلاعات و بهینه‌سازی حجم اطلاعات و زمان‌ پردازش نشان دادند که برداشت انرژی از تعداد زیادی سیاه‌چاله‌ی میکروسکوپی بسیار بهینه‌تر از برداشت انرژی از سیاه‌چاله‌های بزرگ است.

در درجه‌ی اول سیاه‌چاله‌های کوچک با شدت بیشتری پرتوها را منتشر می‌کنند و طیف انرژی تابش هاوکینگ آن‌ها بالاتر است. در درجه‌ی دوم چنین سیاه‌چاله‌هایی را باید از طریق برخورد ذرات پرانرژی در شتاب‌دهنده ساخت. این روش اثر پرتویی پرانرژی را تولید خواهد کرد.

تابش هاوکینگ که به افتخار دانشمند بزرگ استیون هاوکینگ نام‌گذاری شد، پرتویی است که خارج از افق رویداد سیاه‌چاله به دلیل آثار کوانتومی نسبیتی منتشر می‌شود. این نشر پرتو باعث کاهش جرم و انرژی چرخشی سیاه‌چاله می‌شود و از نظر تئوری به تبخیر نهایی آن می‌انجامد.

همچنین تابش هاوکینگ حاصل، تعداد زیادی از انواع مختلف ذرات زیراتمی را منتشر می‌کند که ابزارهای مدرن قادر به آشکارسازی آن‌ها هستند. نکته‌ی برجسته درباره‌ی تابش هاوکینگ این است که در تمام انواع ذرات، ماهیتی سراسری دارد؛ بنابراین کامپیوترهای کوانتومی تمدن‌های فرازمینی باید ذرات عادی مثل نوترینو و فوتون را منتشر کنند. به‌ویژه نوترینوها، به دلیل قابلیت نفوذ خارق‌العاده، پیغام‌رسان‌های برجسته‌ای هستند.

به‌این‌ترتیب اثر انگشت‌های جدید تمدن‌های فرازمینی به شکل جریانی از تعداد زیاد نوترینوهای پرانرژی ظاهر می‌شوند که از تابش هاوکینگ سیاه‌چاله‌های کوچک ذخیره‌ساز اطلاعات و همچنین از کارخانه‌های برخوردی سازنده‌ی آن‌ها سرچشمه می‌گیرند. به نظر می‌رسد مؤلفه‌ی هاوکینگ حاصل برهم‌نهی طیف‌های بسیار پرانرژی جرم سیاه باشد.

به عقیده‌ی پژوهشگرها، رصدخانه‌ی IceCube می‌تواند چنین آثار فناوری را مشاهده کند با این‌حال، این صرفا یک نمونه‌ی احتمالی از مسیر جدید و هیجان‌انگیز SETI است. این نظریه از بسیاری ابعاد، منعکس‌کننده‌ی منطق مقیاس بارو است که توسط اخترفیزیک‌دان و ریاضیانی به نام جان دی بارو در سال ۱۹۸۸ ارائه شد. مقیاس بارو که نسخه‌ی بازنگری مقیاس کارداشف است نشان می‌دهد تمدن‌ها را نه تنها بر اساس سلطه‌ی آن‌ها در فضای خارجی (مثل سیاره‌ها، منظومه‌های خورشیدی و کهکشانی) بلکه باید بر اساس حوزه‌های فضای داخلی مثل حوزه‌ی مولکولی، اتمی و کوانتومی شناخت.

مقیاس بارو مهم‌ترین فاکتور فرضیه‌ی عبور یا فرارَوی است که نشان می‌دهد تمدن‌های فرازمینی به آن سوی شناخته‌های ما رسیده‌اند. اینجاست که جنبه‌ی هیجان‌انگیز دیگری از این نظریه آشکار می‌شود که راه‌حل احتمالی دیگری را برای پارادوکس فرمی نشان می‌دهد. بر اساس توضیحات پژوهشگرها:

تاکنون از مسیر طبیعی SETI مثل نوترینوهای پرانرژی و دیگر ذرات تولیدشده بر اساس تابش هاوکینگ سیاه‌چاله‌های مصنوعی چشم پوشی کرده بودیم؛ بنابراین جستجوهای متعدد این ذرات پرانرژی می‌تواند مسئله‌ی وجود تمدن فرازمینی پیشرفته در بخش مرئی جهان را روشن کند.
-
به‌طور خلاصه، ممکن است هنگام رصد کیهان شاهد سکوتی بزرگ باشیم، زیرا تاکنون به روشی غلط به دنبال آثار فناوری بودیم. از این گذشته اگر حیات فرازمینی از بشر جلو افتاده باشد (که با توجه به سن جهان منطقی است)، بدین دلیل است که آن‌ها مدت‌ها پیش از ارتباطات رادیویی و رایانش دیجیتالی فراتر رفته‌اند. یکی دیگر از مزیت‌های نظریه‌ی جدید این است که لازم نیست در مورد تمام هوش‌های فرازمینی صدق کند تا توضیح دهد چرا تا به امروز از وجود هیچ تمدنی آگاه نشده‌ایم.

با توجه به سرعت نمایی پیشرفت رایانش (با استفاده از بشر به‌عنوان الگو)، تمدن‌های پیشرفته احتمالا در پنجره‌ای کوتاه، طول موج‌های رادیویی را پخش می‌کنند. این مسئله بخش مهمی از معادله‌ی دریک است: پارامتر L که به طول مدتی اشاره دارد که تمدن‌ها باید سیگنال‌های شناسایی‌پذیر را در فضا منتشر کنند. در این بین، مطالعه‌ی جدید اثر فناوری بالقوه‌ی دیگری برای جستجوهای هوش فرازمینی در سال‌های پیش‌رو ارائه می‌دهد. پارادوکس همچنان وجود دارد، اما ما برای حل آن صرفا باید نشانه‌ی حیاتی پیشرفته را پیدا کنیم.

۲۲۷۲۲