سرعت تاریکی چقدر است؟

George Musser

^{ویراستار مجلات Scientific American و Nautilus
مؤلف کتاب Spooky Action At A Distance}

سرعت تاریکی؟ ساده‌اش این است که بگوییم برابر با همان سرعت نور است. اگر خورشید را بتوانیم خاموش کنیم، تنها ۸ دقیقه زمان خواهد برد که آسمان تاریک شود. ولی خب، پاسخ ساده، کسل‌کننده هم هست! آن چه که ما از آن تحت عنوان “سرعت نور” یاد می‌کنیم، سرعت انتشار (Propagation) است، که قرار نیست همواره عاملی تأثیرگذار در تصمیم‌گیری‌هایمان باشد. سایه‌ای که در دورنما سیر می‌کند، سرعتی برابر با سرعت جسمی دارد که آن را به وجود آورده است. برای مثال، فانوس دریایی در هر بار چرخش، هر نقطه از محیط اطراف خود را در فواصل زمانی منظم روشن می‌کند. سرعت سایۀ اجسامی که در مقابل این نور قرار می‌گیرند، با افزایش فاصله از فانوس، بیشتر می‌شود. حال اگر از از فانوس دور و دورتر شوید، به نقطه‌ای خواهید رسید که سایۀ جسم مذکور، با سرعتی فراتر از سرعت انتشار نور شما را در تاریکی فرو خواهد برد (چنین پدیده‌ای واقعاً در کیهان رخ می‌دهد؛ مانند حرکت ستاره‌های نوترونی، که سایه‌ای ابرسریع در فرسنگ‌ها دورتر ایجاد می‌کند).

اما اکنون که صحبتش شد، آیا چیزی به اسم “تاریکی” واقعاً وجود دارد؟ اگر بتوان خورشید را خاموش کرد، [بر خلاف انتظار] زمین در تاریکی مطلق فرو نخواهد رفت. نور ستارگان، نبولا (ابری متشکل از گردوغبار، هیدروژن، هیلم و …) و مه‌بانگ، هم‌چنان آسمان را روشن نگاه خواهد داشت. در چنین شرایطی، زمین و هر آن‌چه روی آن است، از جمله خود ما، هنوز هم مملوء از امواج فروسرخ خواهد بود (ولی خب، ما آن را نمی‌بینیم). بسته به شیوۀ خاموش‌سازی، خورشید هم‌چنان برای مدت زمان نامعلومی خواهد درخشید؛ و تا زمانی که قادر به دیدن باشیم، هم‌چنان چیزهایی را مشاهده خواهیم کرد.
هیچ آشکارساز نوری نمی‌تواند تاریکی مطلق را ثبت کند؛ چرا که افت‌وخیزهای کوانتومی مجالی برای بروز تاریکی مطلق نمی‌دهند. حتی سیاه‌چاله‌ها نیز – که تاریک‌ترین اجسام قابل درک‌اند – مقداری نور از خود نشر می‌کنند. در دنیای فیزیک، برخلاف جهان ما انسان‌ها، روشنی همواره در پی تاریکی است، و به آن اجازۀ بروز نمی‌دهد.

تاریکی مقوله‌ای فیزیکی نیست، بلکه یک وضعیت ذهنی است. برخورد و یا عدم برخورد فوتون‌ها [به شبکیه]، می‌تواند منجر به صدور پاسخی شود که در نهایت به “تاریکی” تفسیر خواهد شد؛ که خب، نمی‌تواند توجیهی برای تجربۀ ذهنی تاریکی باشد؛ هم‌چنان که طول موج امواج قادر به توجیه رنگ (نور) و یا شدت صدا (صوت) نیست.

سرعت چطور؟ آیا چنین مفهومی به صورت عام وجود دارد؟ مفهوم سرعت در چهارچوب “فضا” تعریف می‌شود؛ ولی پدیده‌های مشاهده شده در فیزیک کوانتوم – که هیچ‌گونه مفهوم فضایی بر آن حاکم نیست – حاکی از این حقیقت است که “فضا” از لایۀ بنیادی‌تری از واقعیت مشتق شده است؛ لایه‌ای که چیزی به نام “مکان”، “فاصله” و “سرعت” در آن وجود ندارد.

Avi Loeb

^{استاد دانشکدۀ علوم دانشگاه هاروارد و دارندۀ مقام استادی .Frank B. Baird Jr این دانشگاه
مدیر گروه ستاره‌شناسی دانشگاه هاروارد
مؤسس Black Hole Initiative}

نزدیک به سیاه‌چاله، ماده سرعتی نزدیک به سرعت نور پیدا می‌کند. و زمانی که همین ماده وارد افق رویداد^۱ (Event Horizon) شود، دیگر راه برگشتی برای آن وجود نخواهد داشت. این منطقۀ خطر حتی می‌تواند نور را هم تا ابد در خود گرفتار کند. از همین رو، سیاه‌چاله را می‌توان به یک زندان تمام‌عیار تشبیه کرد.

حتی ستاره‌ای به قد و قامت خورشید نیز، در صورت نزدیک شدن به سیاه‌چاله‌ای بزرگ – مانند سیاه‌چالۀ مرکزی راه شیری که جرمی برابر با جرم ۶ میلیون خورشید دارد – به باریکه‌ای از جنس گاز تغییر شکل می‌یابد؛ و یا به عبارت دیگر Spaghettified می‌شود.

اگر ماده به درون سیاه‌چاله سقوط کند، دچار اصطکاک شده و دمایش بالا می‌رود؛ که در نتیجۀ آن شروع به درخشیدن می‌کند. اگر نرخ برافزایش (Accretion) به اندازۀ کافی بالا باشد، تشعشعات نورانی مذکور احتمالاً قادر خواهد بود از سقوط اجسام دیگر به درون سیاه‌چاله جلوگیری کند.
بسیاری از سیاه‌چال‌های غول‌آسا در کیهان، با جرمی میلیاردها برابر جرم خورشید، بالاترین نرخ برافزایی ممکن را دارند، که تحت عنوان “کران ادینگتون” (Eddington Limit) نیز شناخته می‌شود.

^{۱. در نسبیت عام، منطقه‌ای از فضازمان است که در آنجا تمام مرزهای فضا به شدت تحت تأثیر سیاه‌چاله است و اگر جسمی وارد این ناحیه شود، سرانجام بروی تکینگی سیاهچاله سقوط می‌کند. (برگرفته از دانشنامۀ آزاد ویکی‌پدیا)}

Neil DeGrasse Tyson

^{مدیر عامل Hayden Planetarium در RCES
محقق و بنیان‌گذار دپارتمان اخترفیزیک موزۀ تاریخ طبیعی آمریکا
مجری مستند تلویزیونی Cosmos: A Spacetime Odyssey}

سرعت تاریکی … فرض کنید تاریکی چیزی است که توسط روشنایی زدوده می‌شود. نور، تاریکی را با سرعت [ثابت] خود می‌زداید، از همین رو، سرعت تاریکی برابر با منفی سرعت نور خواهد بود. اگر نور کمیتی برداری باشد، دارای بزرگی و جهت است، بنابراین منفی خواندن نور به معنی معکوس نمودن جهت این بردار است. در نتیجه، تاریکی به جای پیش‌روی، عقب‌گرد می‌کند. من این قضیه را “منفی سرعت نور” نام گذاشته‌ام.

Sarah Caudill

^{محقق پُست‌دکترا در مرکز Leonard E. Parker، دانشگاه ویسکانسین-میلواکی}

سیاه‌چاله چنان گرانشی دارد که حتی نور نیز نمی‌تواند پس از عبور از مرز افق رویداد، از آن بگریزد. به دلیل وجود این جاذبۀ قدرتمند، ناظری که خارج از این میدان گرانشی حضور داشته باشد، گرفتار اتساع زمان (Time Dilation) خواهد شد. برای مثال، اگر ناظری در دوردست به تماشای شی‌ء درخشانی بنشیند که در حال سقوط به درون سیاه‌چال است؛ از دید وی، حرکت این شیء به طور پیش‌رونده‌ای کند خواهد بود، تا آن‌جا که از دیدگان محو شود. از همین رو، این ناظر حتی قادر نخواهد بود جسم مورد نظر را در لحظۀ عبور از افق رویداد مشاهده کند.

این قضیه را می‌توان از دید جسم در حال سقوط نیز مشاهده کرد. اگر سیاه‌چاله‌ای را در مرکز ابری درخشان از گازها در نظر بگیریم، که حاصل خرد شدن ستاره در پی نزدیک شدن بیش از حد به سیاه‌چالۀ مذکور است؛ جسم در حال سقوط دیسکی مسطح تحت عنوان “دیسک برافزایش” (Accretion Disk) را تشکیل خواهد داد. گاز مذبور می‌تواند به داخل سیاه‌چال نفوذ کند، ولی این فرآیند آنی نیست؛ چرا که فشار ناشی از تابش این گاز داغ، نوعی محدودیت سرعت در جهت عکس جاذبۀ درون‌سوی سیاه‌چاله وارد می‌کند. از همین رو، در صورت سقوط گاز به درون سیاه‌چال، سیاه‌چاله بزرگ‌تر خواهد شد. برای نمونه، سیاه‌چاله‌ای را در نظر بگیرید که هم‌اکنون جرمی ۱۰ برابر جرم خورشید دارد؛ در صورتی که نرخ برافزایش برای این سیاه‌چاله بیشینه مقدار باشد، طی حدود یک میلیارد سال آتی، جرمی برابر با جرم ۱۰۰ میلیون خورشید خواهد داشت.

David Reitze

^{مدیر اجرایی لابراتوار LIGO، انستیتو فناوری کالیفرنیا}

اساساً، پاسخ به این سوال بستگی به موقعیت شما دارد؛ آیا شما در حال بلعیده شدن به درون یک سیاه‌چالۀ بی‌انتها هستید و یا آن‌قدری از آن دور هستید که بتوانید ناظر جسم دیگری باشید که در حال سقوط به اعماق این پرتگاه بی‌انتهاست؟ در صورتی که شما آن جسم بخت‌برگشته باشید، سرعت‌تان احتمالاً خیلی زیاد خواهد بود، که در اصل رقمی نزدیک به سرعت نور است.

ولی اگر ناظری باشید که در دوردست‌ها ایستاده، سرعت بلعیده شدن جسم مذکور، به دلیل اثری موسوم به “اتساع زمان گرانشی”، به شکل فاحشی برایتان کندتر خواهد بود؛ زمان در میدان گرانشی کندتر می‌گذرد؛ علی‌الخصوص نزدیک به میدان جاذبۀ دیوانه‌وار افق رویداد، که بسیار کندتر خواهد بود. از همین رو، سفر جسم در حال سقوط به مقصد افق رویداد، از دید ناظر، تا ابد در جریان خواهد بود.

نیایش افشردی

^{دانشیار اخترفیزیک دپارتمان فیزیک و ستاره‌شناسی دانشگاه واترلو}

به اعتقاد من، تاریکی سرعتی بی‌نهایت دارد. در فیزیک کلاسیک، تاریکی وسیعی که در فضا وجود دارد ممکن است خلأ پوچ باشد. ولی از مکانیک کوانتوم به یاد داریم که چیزی تحت عنوان “فضای تاریک” و یا “فضای خالی” وجود ندارد.
ما حتی در مکانی که نوری وجود ندارد می‌توانیم ببینیم، و میدان الکترومغناطیس نیز هم‌چنان به افت‌و‌خیز خود ادامه می‌دهد، به خصوص در مقیاس کوچک و زمان کم. حتی انتظار می‌رود امواج گرانشی نیز که اخیراً در لابراتوار LIGO ثبت شدند این قبیل افت‌وخیزها را داشته باشند.

مشکل این‌جاست که گرانش این امواج کوانتومی، بی‌نهایت است. به عبارت دیگر، در حال حاضر هیچ‌گونه تئوری منطقی از گرانش کوانتومی ارائه نشده است که بتوان پذیرفت. یکی از راه‌های اجتناب از این مشکل، این است که سرعت تاریکی، یا امواج کوانتومی، در مقیاس کوچک و زمان‌های کوتاه به سمت بی‌نهایت میل کند. البته، این تنها یکی از احتمالات است، ولی هم‌چنان دیدگاه خوبی برای درک مه‌بانگ، سیاه‌چاله، انرژی تاریک و گرانش کوانتومی می‌باشد.