ساخت سیاه‌چاله در زمین/ رویای بی‌سرانجام استیون هاوکینگ

«استیون هاوکینگ»(Stephen Hawking) گفته بود: امیدوارم سیاه‌چاله‌ها را بسازید. این بخشی از نوشته «توماس هرتوگ»(Thomas Hertog)، کیهان‌شناس بلژیکی و همکار قدیمی استیون هاوکینگ است. هرتوگ در کتاب جدید خود به نام «درباره منشا زمان: نظریه نهایی استیون هاوکینگ»(On the Origin of Time: Stephen Hawking's Final Theory) به شرح زندگی و کارهای ناتمام این فیزیک‌دان مشهور پرداخته است.

هرتوگ در بخشی از این کتاب نوشته است: ما از آسانسور باری که ما را به زیر زمین برده بود، به یک غار پنج طبقه محل «آزمایش اطلس»(ATLAS experiment) در «آزمایشگاه سرن»(CERN)، سازمان افسانه‌ای تحقیقات هسته‌ای اروپا در نزدیکی ژنو وارد شدیم. «رولف هویر»(Rolf Heuer) مدیر کل سرن، پاهایش را با ناراحتی تکان داد. سال ۲۰۰۹ بود و یک نفر در آمریکا شکایت کرده بود زیرا نگران بود که «برخورد دهنده هادرونی بزرگ»(LHC) تازه ساخته‌ شده سرن، سیاه‌چاله‌ها یا شکل دیگری از مواد عجیب را تولید کند که می‌توانند زمین را از بین ببرند.

برخورددهنده هادرونی بزرگ، یک شتاب‌دهنده ذرات حلقه‌ای‌شکل است که اساسا برای ایجاد ذرات بنیادی موسوم به «بوزون هیگز»(Higgs boson) ساخته شده است. بوزون هیگز در آن زمان، حلقه مفقوده مدل استاندارد فیزیک ذرات بود. برخورددهنده هادرونی بزرگ، در یک تونل زیر مرز سوئیس و فرانسه ساخته شده است، محیط کلی آن ۲۷ کیلومتر است و پروتون‌ها و آنتی‌پروتون‌ها را که در لوله‌های خالی دایره‌ای خود می‌چرخند، تا ۹۹.۹۹۹۹۹۹۱ درصد سرعت نور شتاب می‌دهد.

در سه نقطه واقع در امتداد حلقه، پرتوهای ذرات شتاب‌دار را می‌توان به سمت برخوردهای بسیار پرانرژی هدایت کرد و شرایطی را به وجود آورد که در کسر کوچکی از ثانیه پس از انفجار بزرگ در کیهان حاکم بود. ردپای ذرات ایجادشده در این برخوردهای شدید، توسط میلیون‌ها حسگر شناسایی می‌شوند که مانند لگوهای کوچک روی هم چیده شده‌اند تا آشکارسازهای غول‌پیکری را مانند آشکارساز اطلس یا «سیم‌لوله فشرده میونی»(CMS) بسازند.

این شکایت به سرعت رد شد زیرا ترس گمانه‌زنانه در مورد آسیب‌های آینده، در واقع صدمه‌ای نیست که بتوان به آن پرداخت. در نوامبر همان سال، برخورددهنده هادرونی بزرگ پس از یک انفجار در تلاش قبلی، با موفقیت روشن شد و آشکارسازهای اطلس و سیم‌لوله فشرده میونی به زودی آثاری از بوزون‌های هیگز را در بقایای برخورد ذرات پیدا کردند. با وجود این، برخورددهنده هادرونی بزرگ تاکنون یک سیاه‌چاله را ایجاد نکرده است.

هرتوگ در ادامه کتاب نوشته است: چرا برای استیون و به عقیده من، هویر کاملا غیرمنطقی نبود که امیدوار باشند بتوان سیاه‌چاله‌ها را در برخورددهنده هادرونی بزرگ تولید کرد؟ ما معمولا حضور سیاه‌چاله‌ها را بقایای فروپاشیده ستارگان پرجرم می‌دانیم. با وجود این، چنین دیدگاهی بسیار محدود است زیرا هر چیزی در صورت فشرده شدن در یک حجم کافی می‌تواند به سیاه‌چاله تبدیل شود. حتی یک جفت پروتون-آنتی‌پروتون که تقریبا به اندازه سرعت نور شتاب می‌گیرد و در یک شتاب‌دهنده ذرات قوی در هم کوبیده می‌شود، اگر برخورد انرژی را به اندازه کافی در حجم کوچکی متمرکز کند، سیاه‌چاله را تشکیل می‌دهد. مطمئنا این یک سیاه‌چاله کوچک و زودگذر خواهد بود زیرا فورا از طریق انتشار تشعشعات موسوم به «تابش هاوکینگ»(Hawking radiation) تبخیر می‌شود.

در عین حال، اگر امید هاوکینگ و هویر برای تولید سیاه‌چاله‌ها محقق می‌شد، نشان‌دهنده پایان چندین دهه تلاش فیزیک‌دانان ذرات برای کشف طبیعت در فواصل کوتاه‌تر، از طریق برخورد ذرات با انرژی‌های روزافزون بود. برخورددهنده‌های ذرات مانند میکروسکوپ‌ها هستند اما به نظر می‌رسد که گرانش، یک محدودیت اساسی را برای وضوح آنها تعیین می‌کند زیرا هر زمان که انرژی را بیش از اندازه افزایش می‌دهیم و سعی می‌کنیم تا حجم کوچک‌تری را بررسی کنیم، باعث تشکیل سیاه‌چاله می‌شود.

در آن نقطه، افزودن انرژی بیشتر به جای افزایش بیشتر قدرت بزرگ‌نمایی برخورددهنده، سیاه‌چاله بزرگتری را تولید می‌کند. بنابراین عجیب است که گرانش و سیاه‌چاله‌ها، تفکر معمول در فیزیک را مبنی بر این که انرژی‌های بالاتر به کاوش در فواصل کوتاه‌تر می‌پردازند، کاملا معکوس می‌کنند. به نظر نمی‌رسد که نقطه پایانی ساخت شتاب‌دهنده‌های بزرگ‌تر، کوچک‌ترین عنصر سازنده بنیادی باشد، بلکه یک فضازمان منحنی ماکروسکوپی است.

هرتوگ اضافه کرد: با توجه به این توضیحات، فیزیک ذرات بدون گرانش در چه مقیاس میکروسکوپی به فیزیک ذرات با گرانش تبدیل می‌شود؟ یا به عبارت دیگر، تحقق رویای استیون برای تولید سیاه‌چاله چقدر هزینه دارد؟ این پرسشی است که به اتحاد همه نیروها مربوط می‌شود. جستجو برای یک چارچوب یکپارچه که تمام قوانین اساسی طبیعت را در بر داشته باشد، از قبل رویای اینشتین بود. این امر به طور مستقیم به این بستگی دارد که آیا کیهان‌شناسی چندجهانی واقعا پتانسیل ارائه یک دیدگاه جایگزین را در مورد طراحی دلگرم‌کننده زندگی در جهان ما را دارد یا خیر. درک کردن چگونگی تناسب هماهنگ همه ذرات و نیروها با هم می‌تواند اطلاعات بیشتری را در مورد منحصربه‌فرد بودن قوانین فیزیک بنیادی یا فقدان آن ارائه دهد و مشخص کند که در چه سطحی می‌توان انتظار داشت که قوانین فیزیک بنیادی در مقیاس چندجهانی متفاوت باشند.

۵۸۵۸