تاریخچه سیاه چاله

اوایل دهه ۱۹۷۰ استیون هاوکینگ فیزیکدان نامی بریتانیایی تحقیقات او و دیگر دانشمندان فیزیک نظری، به ترمودینامیک سیاه چاله منجر شد. همانند ترمودینامیک، این قوانین نیز رابطه بین جرم و انرژی، ناحیه و انتروپی و گرانشی و درجه حرارت را بیان می‌کند.

 ترمودینامیک سیاهچاله شاخه‌ای از علم فیزیک است که به مطالعه قوانین ترمودینامیک در افق رویداد سیاهچاله می‌پردازد. به همان اندازه که مطالعه مکانیک آماری مربوط به تابش سیاهچاله منجر به ظهور تئوری مکانیک کوانتومی شد، تلاش برای فهمیدن مکانیک آماری سیاهچاله تأثیر شدیدی روی درک گرانش کوانتومی داشت که در نهایت منجر به فرمول بندی اصل تمام نگاری(holographic principle) شد.

هاوکینگ معتقد بود که سیاهچاله‌ها حرارت دارند و چون اجسام داغ گرما از دست می‌دهند، در نهایت تبخیر شده و ناپدید می‌شوند. در سال ۱۹۷۰ میلادی نیز دانشمندی به نام "یاکوب بکنشتاین" مطرح کرد که آنتروپی سیاهچاله‌ها با منطقه‌ای در سیاهچاله به نام "افق رویداد" مرتبط است و بیشینه آنتروپی سیاه‌چاله اندازه مشخصی دارد. در فیزیک نظری، نظریهٔ میدان‌های کوانتومی(QFT) چارچوبی نظری برای ساختن مدل‌های مکانیک کوانتومی از ذرات زیراتمیدر فیزیک ذرات و شبه‌ذره‌ها در فیزیک ماده چگال است. یک نظریه میدان کوانتومی، ذرات را به شکل حالاتی برانگیخته از میدان فیزیکی زمینه می‌بیند، به همین دلیل این ذرات "کوانتای" میدان نامیده می‌شوند. کارهای هاوکینگ به توضیح نتایج "یاکوب بکنشتاین" کمک کرد و هاوکینگ در سال ۱۹۷۴، نظریه‌ای را درباره سیاه‌چاله‌ها ارائه کرد که در آن عنوان شده بود که با وجود جاذبه و جرم عظیمی که این هیولاهای فضایی دارند، امواج رادیویی در شرایطی خاص از دام آنها خارج و به سوی فضا گسیل می‌شوند.

نظریه "تابش هاوکینگ" تابش جسم سیاه است که پیش‌بینی می‌شود به خاطر تأثیر کوانتومی در نزدیکی افق رویداد، از سیاه‌چاله تابیده شده باشد. این نظریه براساس نظریهٔ میدان‌های کوانتومی و نسبیت عام اینشتین ارائه شد.

تابش هاوکینگ باعث کاهش جرم و انرژی سیاه‌چاله می‌شود که به تبخیر سیاه‌چاله شناخته می‌شود. به همین خاطر سیاه‌چاله‌هایی که جرم آن‌ها به روش دیگری افزایش نمی‌یابد با گذر زمان جرم آن کاهش یافته و در پایان، از بین می‌روند. پیش‌بینی می‌شود که تابش ریز سیاه‌چاله‌ها، بیشتر از سیاه‌چاله‌های بزرگ‌تر باشد. بنابراین با سرعت بیشتری کوچک شده و از میان می‌رود.

هاوکینگ در مقاله خود به دنبال یافتن این مساله بوده است که برای اشیایی که در سیاهچاله می‌افتند، چه اتفاقی می‌افتد. وی در سال ۲۰۱۵ اعلام کرد که سیاهچاله‌ها در اصل "خاکستری" بوده‌اند. هاوکینگ و همکارانش در مقاله جدید اظهار کرده‌اند که اگر اطلاعات توسط سیاهچاله‌ها بلعیده شوند، آنتروپی آن‌ها تغییر خواهد کرد.

وی اعلام کرده که یک سیاهچاله کوچک به اندازه یک کوه، پرتو ایکس و پرتو گاما از خود به اندازه ۱۰ میلیون مگاواتساطع می‌کند که برای تأمین برق تمام جهان کافی است. هاوکینگ خودش هشدار داده که احتمالاً بسیار سخت خواهد بود که بدون آنکه این انرژی به انسان‌ها آسیب بزند و تمدن بشری را نابود کند، بتوان از آن استفاده کرد و سیاهچاله را به اصطلاح تحت کنترل خود درآورد. یک راهکار این است که سیاهچاله در مدار زمین و فاصله مناسب از ما قرار بگیرد تا بتوان از انرژی ساطع شده آن استفاده کرد.