مقدمه

استیون ویلیام هاوکینگ در هشتم ژانویه 1942 م (300 سال پس از مرگ گالیله) در اکسفورد در شمال لندن به دنیا آمد. در جنگ جهانی ، آکسفورد ، به عنوان یکی از مراکز نگهداری از کودکان جنگ زده انگلیس برگزیده شده بود. به هشت سالگی که رسید ، خانواده هاوکینگ به سن آلبانس ، شهری در 32 کیلومتری شمال لندن رفتند که استیون در آنجا به مدرسه سن آلبانس رفت و از همان آغاز ، نبوغ خود را نشان داد. هاوکینگ ، در حومه لندن در خانواده‌ای تحصیل کرده و با فرهنگ رشد کرد. پدرش پزشک و متخصص بیماریهای مناطق حاره و مادرش از فعالان حزب لیبرال بود. استیون پسر کوچک اندامی بود که به کندی خواندن را فرا گرفت و هرگز در کلاس درس از شاگردان متوسط کلاس بالاتر نبود. لیکن او بسیار کنجکاو ، خیال پرور و دوست دار موسیقی بود. او از ابتدا علاقه شدیدی به علوم پیدا کرده و به تحصیل ریاضیات و بعدها به فیزیک پرداخت. اگر چه پدرش دوست داشت که او پزشکی بخواند. در سال 1958 او و چند تن از دوستانش موفق به ساخت یک رایانه ابتدایی ولی با کارایی خوبی شدند. در سال 1959 موفق به دریافت بورس تحصیلی از دانشگاه آکسفورد شد و آنجا بود که قابلیتهای خویش را به خوبی نشان داد.

استیون هاوکینگ و جهانی که او می‌بیند.

وقتی در سال 1962 با درجه ممتاز از دانشگاه آکسفورد فارغ التحصیل شد، برای گرفتن دکترا در کیهانشناسی به دانشگاه کمبریج رفت. در آنجا بود که شیفته شناخت "سیاهچاله‌ها" (که اولین بار توسط رابرت اوپنهایمر مطرح شده بودند) و "تکنیکهای فضا - زمان" شد، پدیده‌هایی که به نظر می‌رسید قوانین فیزیک نسبت به شناخت آنها عاجز مانده بود. پس از دریافت دکتری ، در کمبریج ماند و در همان سنین جوانی با ارائه نظریه‌های جسورانه و طرح سوالهایی درباره برخی فرمولها و نظریه‌های انیشتین و به چالش طلبیدن نام آوران فیزیک ، به شهرت رسید. از همین سالها روی قوانین پایه حاکم بر جهان عمیقا کار کرد. او با راجرپن رز فیزیکدان و ریاضیدان برجسته دانشگاه آکسفورد با استفاده از نظریه نسبت عام انیشتین به این نتیجه رسیدند که فضا- زمان در لحظه مهبانگ (Big-Bang) آغازی داشته و این آغاز در سیاهچاله ای رخ داده است. این نتیجه ضرورت وحدت نسبیت عام و مکانیک کوانتومی را الزام آور ساخت که جهش علمی عظیمی را در نیمه دوم قرن بیستم بوجود آورد. یکی از نتایج این نظریه این استنتاج بود که سیاهچاله‌ها الزاما نباید کاملا سیاه باشند، بلکه می‌توانند پس از گسیل تابش ناپدید شوند. حدس دیگر اینکه جهان در لحظه فرضی هیچ کرانه‌ای ندارد.

همه چیز رو با آخر بود. من از ایستگاه فضایی بین المللی به زمینی نگاه میکردم که روزی همچون مادری مهربان همه چیز را در برمیگرفت و حالا این همه چیز بود که زمین مرا در بر میگیرد...

ائولو نسپولی (Paolo Nespoli) که یک فضانورد اروپایی در این ایستگاه فضایی مستقر است ، عکسهای بی نظیری که از زمین گرفته است منتشر نموده است. این فضانورد 54 ساله در طول سفر 160 روزه خود در فضا این عکسهای حیرت انگیز را تهیه کرده است. جالب است بدانید عکس آخر او که در این آلبوم منتشر شده است مربوط میشود به عکس هوایی از استان فارس در ایران. توصیه میکنم عکسها را در سایز بزرگ ببینید.

 Vesuvio, ایتالیا

در ادامه...

بنابر نظریه نسبیت عام سیاه‌چاله‌ ناحیه‌ای از فضا است که میدان گرانشی فوق‌العاده بالایی دارد بطوریکه هیچ چیز حتی نور نمی‌تواند از میدان گرانشی آن بگریزد. در سیاهچاله ناحیه‌ای به نام افق رویداد وجود دارد که هیچ چیزی بعد از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد و یا به عبارت دیگر بلعیده می‌شود. این یکی از اسرار سیاهچاله‌هاست که دانشمندان روی چگونگی آن به پژوهش می‌پردازند.

صفت «سیاه» در نام سیاه‌چاله به این خاطر است که همه نوری که به داخل آن راه می‌یابد را به دام می‌اندازد دقیقا مانند مفهوم جسم سیاه در ترمودینامیک. یک سیاهچاله برخلاف درون نامرئی‌اش می‌تواند حضور خود را از راه کنش و واکنش با محیط پیرامون نشان دهد. ما از طریق دیدن حلقهٔ تجمعی و یا یک گروه از ستاره‌ها که به دور یک ناحیه تاریک و خالی در حال گردش‌اند می‌توانیم به حضورشان پی‌ببریم.

یک سیاهچاله اغلب شی‌ای تعریف می‌شود که سرعت گریز آن حتی از سرعت نور بیشتر است. سرعت گریز حداقل سرعت ممکن برای یک جسم می‌باشد تا بتواند از میدان گرانشی جسمی دیگر فرار کند. برای درک بهتر موضوع تصور کنید روی سطح یک سیاره ایستاده‌اید و سنگی را مستقیما به بالا پرتاب می‌کنید. فرض کنید که سنگ را با قدرت زیادی پرتاب نکرده باشید سنگ برای مدتی بالا خواهد رفت اما در نهایت به خاطر گرانش سیاره پایین خواهد افتاد. اگر سنگ را به اندازه کافی محکم پرتاب کنید سنگ ممکن است از گرانش سیاره بگریزد در این حالت سنگ برای همیشه به بالا رفتن ادامه خواهد داد. سرعتی که نیاز است با آن سنگ را پرتاب کنید تا از گرانش سیاره بگریزد سرعت گریز نامیده می‌شود. سرعت گریز برای کره زمین تقریبا برابر ۱۱ کیلومتر بر ثانیه می‌باشد و برای خورشید ۶۶۰ کیلومتر بر ثانیه‌است. بدین ترتیب هر چه جرم افزایش می‌یابد و یا شعاع کاهش می‌یابد و به طور کلی هرچه جسم چگال‌تر باشد سرعت گریز نیز افزایش می‌یابد. می‌توان حدس زد که سرعت گریز برای یک سیاهچاله با جرمی حدود چند میلیون برابر خورشید چقدر است.

مطمئنا سرعت گریز سیاهچاله‌ها بیشتر از سرعت نور می‌باشد در نتیجه هیچ چیز نمی‌تواند از آن فرار کند. در نظریه نسبیت عام تمام جرم یک سیاهچاله در تکینگی متمرکز می‌شود که می‌تواند یک نقطه یا یک حلقه یا یک کره باشد. در اطراف تکینگی کره فرضی به نام افق رویداد وجود دارد که «نقطه بدون بازگشت» را مشخص می‌کند. مرزی که هرچیزی که از آن عبور کند به ناچار به سمت تکینگی هدایت می‌شود. همچنین محدوده یک سیاه چاله تا جایی است که جاذبه جرمی سیاهچاله وجود دارد، به عنوان مثال محدوده سیاهچاله کهکشان راه شیری از خود کهکشان راه شیری بزرگتر میباشد.

به طور کلی سیاهچاله ها از نظر دانشمندان به دو دسته سیاهچاله‌های چرخشی و غیرچرخشی تقسیم می‌شوند. اما دسته بندی معمول بر اساس جرم آنان می‌باشد. وقتی سیاهچاله‌ها براساس فروپاشی گرانشی یک ستاره شکل می‌گیرند سیاهچاله‌های ستاره‌وار نامیده می‌شوند. سیاهچاله‌هایی که در مرکز کهکشان‌ها یافت شده‌اند جرمی چند میلیون برابر جرم خورشید دارند و در نتیجه سیاهچاله‌های پرجرم نامیده می‌شوند. دانشمندان معتقدند بین این دو اندازه سیاهچاله‌هایی با جرم چندین هزار برابر جرم خورشید نیز وجود دارند که سیاهچاله‌های جرم متوسط نامیده می‌شوند و اما ریزسیاهچاله‌ها که دانشمندان معتقدند در زمان انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند و همچنین امکان ساخت چنین سیاهچاله‌هایی در دستگاههای شتاب دهنده ذرات روی زمین وجود دارد. با این وجود تا کنون هیچ ریزسیاهچاله‌ای از سوی دانشمندان شناسایی نشده‌است.

ماده تاریک، در اخترشناسی و کیهان شناسی، ماده‌ای فرضی است که چون از خود نور (امواج الکترومغناطیسی) گسیل یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیما" دید^{[۱] [۲] [۳]}، اما از اثرات گرانشی موجود بر روی اجسام مرئی، مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، می‌توان به وجود آن پی برد. بر اساس مشاهدات فعلی، که بر روی ساختارهایی بزرگتر از کهکشانها صورت گرفته‌است، و همچنین مطالب مربوط به انفجار بزرگ، ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل دهنده بخش زیادی از جرم موجود در جهان قابل مشاهده است^[۳]. اجزای ماده تاریک جرم بسیار بیشتری از قسمت دیده شدنی کائنات دارند.^[۴] فقط حدود ۴٪ از مجموع کل چگالی انرژی در کیهان را می‌توان مستقیم مشاهده کرد (با توجه به اثرهای گرانشی آن)، که این مقدار شامل باریونها و تابش‌های الکترومغناطیسی نیز می‌شود. همچنین تصور می‌شود که ۲۲٪ از ماده تاریک تشکیل شده باشد و ۷۴٪ باقی مانده را نیز انرژی تاریک تشکیل داده باشد، که همانند ماده تاریک در فضای کائنات توزیع شده و به همان اندازه ماده تاریک ناشناخته و مجهول مانده‌است. ^{[۵] [۶]} تعیین خواص و ویژگی‌های این توده ناشناخته به یکی از مهم‌ترین مسائل کیهان‌شناسی مدرن و فیزیک ذرات تبدیل شده‌است. این نکته قابل ذکر است که اسامی «ماده تاریک» و «انرژی تاریک» در بیشتر مبین عدم اطلاع انسان از ماهیت این دو ماده و ناشناخته بودن آن است.^[۵] یک اخترشناس در این باره می‌گوید: «به یاد داشته باشید که ما این پدیده را انرژى تاریک مى نامیم اما این نامگذارى ممکن است این باور غلط را در ذهن مخاطبان ایجاد کند که ما حقیقتاً مى دانیم که آن پدیده چیست. اما باید اذعان داشت که ما واقعاً چیز زیادى در این باره نمى دانیم».^[۶]

با اینکه ساختار و ویژگی‌های ماده تاریک هنوز کاملا" مشخص نیست^[۱]، اما این طور تصور می‌شود که بخش اعظم ماده تاریک موجود در جهان، «غیر باریونی» باشد، که به معنا آن است که دارای هیچ اتمی نیست و به وسیله نیروی مغناطیسی به سمت مواد معمولی جذب نخواهد شد. ماده سیاه غیرباریونی شامل نوترینو و احتمالا" دارای اجزای دیگری مانند مواد فرضی ای چون «آکسیون» (axions) و «ابرمتقارن» (supersymmetric) می‌باشد. برخلاف ماده تاریک باریونی، ماده تاریک غیر باریونی در شکل گرفتن عناصر در ابتدای آفرینش نقشی نداشته و وجودش تنها به دلیل جاذبه گرانشی آن اثبات می‌شود. به علاوه، اگر همه اجزایی که ماده تاریک از آنها تشکیل شده باشد ابرمتقارن باشند، واکنش‌ها و برخوردهای آن‌ها با یکدیگر موجب نابودی آن‌ها شده و فراورده‌هایی قابل مشاهده نظیر فوتون و نوترینو حاصل می‌شوند.^[۷]

با اینکه وجود ماده تاریک در جهان مهم و ضروری به نظر می‌رسد، اما هنوز مدارک و دلایل قطعی مبنی بر وجود این ماده و طبیعت آن به دست نیامده‌است. با این وجود تئوری ماده تاریک به عنوان قابل قبول‌ترین فرضیه برای توجیه انحراف در حرکت وضعی کهکشان است. سرعت چرخشی ستاره‌ها در کهکشان‌ها از رابطه‌ای که از قوانین کپلر انتظار داریم پیروی نمی‌کند و برحسب فاصله از مرکز کهکشان ثابت است. برای توضیح این پدیده باید توزیع جرم در کهکشان به طور خطی با شعاع زیاد شود، اما این توضیح با مشاهدهٔ کهکشان‌ها در قسمت مرئی که نشان می‌دهد بیشتر جرم در ناحیه مرکزی متراکم شده‌است ناسازگار است. بنابراین فرض می‌شود که این جرم نایافته از مادهٔ تاریک (که آن را نمی‌بینیم) ساخته شده باشد.^[۱] چند فرضیه دیگر نیز، مانند فرضیه موند (MOND) و فرضیه توز (TeVeS) برای توجیه این موضوع مطرح شده‌اند، اما هیچ کدام به اندازه نظریه ماده تاریک در مجامع علمی مقبولیت پیدا نکرده‌اند.

با این وجود برخی پژوهش‌های جدید نشان داده‌است امکان دارد در مشاهدات تلسکوپ Wmap اشتباهاتی رخ داده باشد که اگر این امر ثابت شود به این نظریه اشکالاتی وارد می‌شود.^[۸]