نجوم یک پژوهش: امواج گرانشی می‌توانند زمین را نابود کنند

در سال ۲۰۱۵، دانشمندان الگوهایی تداخلی را در لیزرهای رصدخانه‌ی موج گرانشی تداخل لیزری (LIGO) مشاهده کردند و موفق شدند که برای نخستین‌بار، امواجی گرانشی که در حال تغییر دادن ساختار فضا بودند را رصد و به صورت مستقیم به آن‌ها نگاه کنند. این امواج گرانشی را یک جفت سیاه‌چاله که جرم هر یک از آن‌ها ۳۰ برابر جرم خورشید بود و با نیمی از سرعت نور به دور یکدیگر گردش می‌کردند، به‌وجود آوردند. این امواج پیش از ترکیب شدن دو سیاه‌چاله با یکدیگر ایجاد شده بودند. این امواج با وجود این‌که انرژی بسیار بالایی دارند، چیزی در حدود ۱.۳ میلیارد سال بعد به سیاره ما برخورد کردند. فاصله‌ی این دو سیاه‌چاله از زمین، چیزی در حدود ۱.۳ میلیارد سال نوری بوده است و اعوجاجی که به وجود آوردند نیز در مقیاس یک پروتون بود و چیزی در حدود ۰.۲ ثانیه به طول انجامید.

ما تا امروز شاهد دو رویداد مهم درباره‌ی شناسایی و آشکارسازی امواج گرانشی بوده‌ایم و اکنون نیز گروهی از فیزیک‌دانان باور دارند که شاید این حرکت‌های موج‌دار گرانشی صرفا به‌صورت رویدادهایی با عمر کوتاه نباشند. آنها فکر می‌کنند که این رویدادها به‌طور دائمی ساختار فضا را تغییر می‌دهند. امواج گرانشی به صورت نوسان‌های کوچکی در فضا-زمان هستند که بر اثر حرکت یک شی دارای جرم به‌وجود می‌آیند؛ درست مانند هنگامی که بعد از پرتاب سنگ به دریاچه، امواج آب از نقطه‌ی فرود شروع به انتشار به سمت بیرون می‌کنند. وجود این امواج برای اولین بار در تئوری نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی شد، اما چون این امواج بسیار خفیف هستند، تاکنون نتوانسته بودیم وجود آن را ثابت کنیم.

یکی از شناخته شده‌ترین آثار قرارگیری در مجاورت یک سیاه‌چاله، پدیده‌ی Spaghettification است، به این مفهوم که اگر به یک سیاه‌چاله بسیار نزدیک شوید، همانند ماکارونی، کش خواهد آمد. تصور کنید که از سمت پاهای خود در حال ورود به داخل یک سیاه‌چاله هستید، از آنجایی که پاهای شما نسبت به سرتان از لحاظ فیزیکی به سیاه‌چاله نزدیک‌تر هستند، بنابراین نیروی گرانشی قوی‌تری را نسبت به سرتان تجربه خواهند کرد. همچنین به دلیل آنکه بازوهایتان در راستای مرکز ثقل بدنتان قرار ندارد، بنابراین جهت نیروی گرانشی وارد شده  به آن‌ها اندکی با جهت نیروی وارد شده به سرتان متفاوت خواهد بود. فیزیکدانان فرانس پتریوس (Frans Pretorius) از دانشگاه پرینستون و ویلیام ایست (William East) از دانشگاه کانادا از لحاظ نظری نشان دادند که سیاه‌چاله‌ها به‌طور بالقوه می‌توانند در هر نقطه از جهان رخ دهند، از جمله در مجاورت زمین.

دلیل ظهور این پدیده‌ی عجیب به‌‌علت تقابل بین دو امواج گرانشی است. هرچند، رخ دادن این اتفاق در اطراف زمین بسیار نادر است، اما احتمالاش صفر نیست. موج گرانشی که بر اثر چنین حادثه‌ای رخ می‌دهد ابتدا دارای انحنای بزرگ است و در طول زمان که به سمت جلو گسترش می‌یابد، مسطح‌تر می‌شود. اگر دو موج مسطح در فضا به یکدیگر برخورد کنند در یک نقطه‌ی خاص و در یک زمان امکان دارد یک ناحیه‌ی تکینگی به‌وجود آید که در آن انحنای فضا-زمان بی‌نهایت می‌شود. در نتیجه، تکینگی بعد از خروج موج‌ها ناپدید می‌شود. اگر این موج‌ها قدرت کافی داشته باشند و از زمین عبور کنند زمین را نابود می‌کنند. همه ما با کوچکترین حرکاتمان امواج گرانشی تولید می کنیم اما این امواج به قدری ناچیز هستند که هیچ تاثیر مشخصی روی فضا-زمان نمی‌گذارند. رصدخانه عظیم لیگو طراحی شده است تا امواجی به بزرگی امواج ایجاد شده توسط سیاهچاله‌ها را اندازه بگیرد.

چنانچه سیاه‌چاله‌ای در مجاورت کره‌ی زمین قرار گیرد، از لحاظ تئوری چه اتفاقاتی ممکن است رخ دهد؟ در این مورد نیز همان آثار گرانشی که منجر به پدیده‌ی کش‌آمدگی می‌شدند، رخ خواهد داد. بخشی از زمین که در مجاورت سیاه‌چاله قرار دارد، نسبت به سایر بخش‌های آن، مقدار نیروی گرانشی به مراتب بیشتری را متحمل خواهد شد، بنابراین زمین شروع به فروپاشی خواهد کرد. اما چنانچه یک سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم در حال بلعیدن ما در زیر نقطه‌ی افق رویداد خود باشد، احتمالا متوجه وقوع این رخداد نباشیم، چرا که حداقل برای مدت کوتاهی، همه‌چیز عادی به نظر خواهد رسید. در این حالت احتمالا تا زمان وقوع حادثه مدتی طول بکشد. اما چندان جای نگرانی نیست، زیرا علاوه بر پایین بودن احتمال قرارگیری یک سیاه‌چاله در مجاورت کره‌ی زمین، احتمالا در صورت وقوع چنین رخدادی، پس از فروپاشی زمین به صورت هولوگرافیک به حیات خود ادامه خواهیم داد. گزارش‌های این پژوهش در arxiv منتشر شده است.