هم زمان با اینکه ورا روبین با ارائه شواهد قطعی برای وجود ماده تاریک، کیهانشناسی را زیر و رو میکرد، استیون هاوکینگ مشغول انجام کارهای… استیون هاوکینگ بود. که در آن زمان عمدتاً مربوط به سوالات جزئی مانند منشأ نهایی جهان و ماهیت واقعی سیاهچالهها بود.
هاوکینگ در کارش متوجه شد که سیاهچالهها دقیقاً، دقیقاً، کاملاً، ۱۰۰٪ سیاه نیستند. آنها کمی… خاکستری هستند. یا شاید خرمایی غبارآلود. یا شاید چیز دیگری، اما قطعاً سیاه نیستند. به دلیل رابطه پیچیده بین افق رویداد یک سیاهچاله و میدانهای کوانتومی که تمام فضا زمان را در خود فرو میبرند (که فعلاً آن را جادو مینامیم و ادامه میدهیم) باعث می شود سیاهچالهها به آرامی تابش کنند.
خب، این تابش زیادی نیست. برای یک سیاهچاله معمولی با جرم خورشید، ما در مورد نرخی حدود یک فوتون در سال صحبت میکنیم. که… خب، این که چیز مهمی نیست.
اما همه اینها چه ربطی به ماده تاریک دارد؟
از تمام شواهد موجود، گمان میکنیم که ماده تاریک، همان ماده است. این یک نیروی جدید یا تغییر در نحوه عملکرد گرانش نیست. و سادهترین راه برای ایجاد ماده تاریک این است که وجود داشته باشد. مانند ماده معمولی که دقیقاً خیلی درخشان نیست و نمونههای زیادی از آن را در جهان اطراف داریم. سیارات و سیارکها و ذرات غبار، با در نظر گرفتن همه جوانب، به طور خاص درخشان نیستند. و سیاهچالهها، حتی از نوع تابشی،… هم همین طور. آنها به اندازه کافی به سیاه نزدیک هستند که ممکن است نامرئی باشند.
خب، پرونده بسته شد! شما فقط یک کهکشان یا خوشه یا هر چیز دیگری را در نظر بگیرید و آن را با تعدادی سیاهچاله پر کنید، و بوم، شما معمای ماده تاریک را حل کردهاید. نمیتوان سیاهچالهها را دید، اما آنها هنوز جاذبه دارند، و بقیه کیهانشناسی میتواند ادامه یابد.
به جز یک مشکل بسیار کوچک: جهان نمیتواند به اندازه کافی سیاهچاله ایجاد کند.تنها یک راه تایید شده و واقعی برای تولید سیاهچالهها وجود دارد و آن از طریق مرگ ستارگان عظیم است. شما یک ستاره غولپیکر را در نظر بگیرید، بگذارید آنقدر به فعالیت خود ادامه دهد که آهن را در هسته خود ذوب کند و قبل از اینکه متوجه شوید، از درون به بیرون میچرخد و یک انفجار ابرنواختری در انتظار شماست و در لحظهای کوتاه درست قبل از فاجعه کامل، فشار در هسته به چنان سطوح دیوانهواری میرسد که هیچ چیز نمیتواند جلوی فروپاشی کامل، یعنی تشکیل یک سیاهچاله، را بگیرد.
بنابراین برای ساختن سیاهچالهها به ستاره نیاز دارید، و برای ساختن ستارهها به موادی نیاز دارید. اما مواد موجود در جهان محدود است.
ما این را از طریق محاسبهای کاملاً متفاوت میدانیم که اصلاً شامل ماده تاریک نمیشود. به آن هستهزایی بیگ بنگ میگویند و درک ما از چگونگی کارکرد جهان هستی در زمانی است که تنها چند دقیقه از عمر آن میگذشت. در آن زمان، زمانی که کل کیهان قابل مشاهده کمتر از یک سال نوری یا بیشتر بود، دما و فشار آنقدر زیاد بود که همجوشی هستهای میتوانست رخ دهد. این باعث شد پروتونها و نوترونها به هم متصل شوند و دوتریوم، هلیوم و کمی لیتیوم بسازند.
اما جهان نیز در حال انبساط بود و وقتی خیلی بزرگ شد، برای ادامهی همجوشی هستهای بیش از حد سرد شد. این امر، کل مقدار مادهی موجود برای کل تاریخ آیندهی جهان را در خود قفل کرد. و شگفتانگیزترین نکته در مورد این داستان این است که نسبت هیدروژن به هلیوم در جهان را ۷۵٪ هیدروژن و ۲۵٪ هلیوم پیشبینی میکند (که هر چیز دیگری یک خطای گرد کردن است).
و این… چیزی است که ما در جهان واقعی میبینیم. پس این خوب است.
چیزی که هستهزایی بیگ بنگ به ما میگوید این است که کل مقدار ماده معمولی، نوعی ماده که از پروتونها و نوترونها ساخته شده است، نمیتواند بیش از ۴ یا ۵ درصد از کل مقدار مواد موجود در جهان باشد.
از همان ابتدا قفل شده است. بنابراین نمیتوانید ماده تاریک را سیاهچاله کنید، زیرا برای اینکه سیاهچالههای کافی وجود داشته باشد، ابتدا به ستارههای زیادی نیاز دارید، و برای داشتن ستارههای زیاد به ماده زیادی نیاز دارید، و برای داشتن ماده زیاد به پروتونها و نوترونهای زیادی نیاز دارید، و همه محاسبات و تخمینها و نظریهها و مشاهدات و آزمایشهای ما به ما میگویند که پروتونها و نوترونهای کافی وجود ندارد.
بنابراین سیاهچالهها ماده تاریک نیستند.
مگر اینکه استیون هاوکینگ باشید. یا حداقل مثل او در دهه ۱۹۷۰ فکر کنید، چون او الان مرده و دیگر خیلی اهل فکر کردن نیست.
هاوکینگ قصد نداشت معمای ماده تاریک را حل کند. او میدانست که این اتفاق افتاده و در مورد پیشرفتهای جدید کنجکاو بود، اما هرگز آن را محور تحقیقات خود قرار نداد. در عوض، او علاقهمند به یافتن راههایی برای آزمایش کشف جدید خود مبنی بر انتشار تابش توسط سیاهچالهها بود.
محاسبات او نشان داد که سیاهچالههای کوچکتر تابش بیشتری نسبت به سیاهچالههای بزرگتر ساطع میکنند. و اینکه سیاهچالههای واقعاً کوچک مانند ابرنواخترهای کوچک در اثر تابشهای انرژی شدید، منفجر میشوند. اما یک بار دیگر، فرآیند شناختهشدهی ساخت سیاهچالهها تمام لذت را از بین میبرد: ستارهها باید به اندازهی کافی بزرگ باشند تا آهن را برای ایجاد سیاهچاله ترکیب کنند، به این معنی که کوچکترین سیاهچالهها چند برابر جرم خورشید خواهند بود.
و آن سیاهچالهها سرانجام در حدود… ۱۰ به توان ۱۰۰ سال تبخیر خواهند شد. ستارهشناسان افراد صبوری هستند، اما برای دریافت بودجه برای آزمایشی که باید برای چندین برابر سن فعلی جهان ادامه یابد، خوششانس هستند.
پرونده بسته شد. مگر اینکه راه دیگری برای ساختن سیاهچالهها وجود داشته باشد.
ادامه دارد.