سیاهچاله ها و سفیدچاله ها Black holes and white holes

دروازه‌های مرگ و نابودی، یا تونل‌هایی به دنیاهای دیگه؟ Gates of death and destruction, or tunnels to other worlds?

از ترسناک‌ترین و ناشناخته‌ترین نقاط جهانمون چقدر اطلاعات داریم؟ How much do we know about the scariest and most unknown parts of our world?

تو دل این غول‌های همیشه گرسنه چی می‌گذره؟ What is going on in the hearts of these always hungry giants?

اصلا چرا باید همچین هیولاهای توی دنیای ما وجود داشته باشن؟ Why should there be such monsters in our world?

تا آخر این ویدیو با من باشید تا زیر و بم یکی از عجیب‌ترین Stay with me until the end of this video for one of the weirdest

چیزایی که تو دنیای ما وجود داره رو با هم بررسی کنیم. Let's examine together the things that exist in our world.

وجود سیاهچاله‌ها اولین بار سال 1916 توی نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی شد. The existence of black holes was first predicted in 1916 in Einstein's general relativity.

اینشتین با این نظریه اعلام کرد که گرانش در واقع یه خمیدگی Einstein announced with this theory that gravity is actually a bending

توی فضازمانه که توی این ویدیو بیشتر در باره‌ش توضیح دادم. In space, which I explained more about in this video.

اما چه اتفاقی میفته وقتی که مقدار این خمیدگی خیلی خیلی زیاد میشه؟ But what happens when the amount of this bending becomes very, very high?

در واقع اینشتین هیچ حرفی از چیزی به نام سیاهچاله نزد. In fact, Einstein did not mention anything called a black hole.

اصلا کلمه‌ی سیاهچاله تا پنجاه سال بعدم وجود نداشت. The word black hole did not exist until fifty years later.

نظرات جالب اینشتین باعث شد یکی از بزرگترین فیزیکدانان هم‌دوره‌ش یعنی Einstein's interesting comments made him one of the greatest physicists of his time

Karl Schwarzschild به این موضوع علاقمند بشه و شروع به کار تو این زمینه کنه. Karl Schwarzschild became interested in this topic and started working in this field.

شوارتزشیلد یه مفهومی رو معرفی کرد به نام سرعت گریز که این حداقل سرعتیه که Schwarzschild introduced a concept called escape velocity, which is the minimum velocity

یه جسم باید داشته باشه تا بتونه از دام گرانش یه جسم دیگه خلاص بشه. A body must have it to be able to get rid of the trap of gravity of another body.

مقدار سرعت گریز، بستگی داره به جرم و شعاع اون جسم، The amount of escape velocity depends on the mass and radius of that object.

یعنی از طریق این فرمول حساب میشه: That is, it is calculated through this formula:

که G ثابت گرانشه، M جرم جسمه، r هم فاصله تا مرکز جسمه. where G is the constant of gravity, M is the mass of the body, and r is the distance to the center of the body.

مثلا برای اجسامی که روی سطح زمینن، مقدار سرعت گریز تقریبا میشه 11.2 کیلومتر بر ثانیه. For example, for objects on the surface of the earth, the value of escape velocity is approximately 11.2 km/s.

یعنی هر جسمی که بخواد از گرانش زمین خلاص بشه و It means any body that wants to get rid of the earth's gravity and

از زمین فاصله بگیره، باید حداقل به سرعت 11.2 کیلومتر بر ثانیه برسه، to leave the ground, it must reach a speed of at least 11.2 km/s,

وگرنه یه مقدار میره بالا بعد دوباره برمی‌گرده به سمت زمین. Otherwise, it will go up a bit and then return to the ground.

در مورد موشک‌هایی که به فضا می‌فرستیم هم این قانون وجود داره، This law also exists in the case of rockets that we send into space.

ولی موشک چون دائما سوخت می‌سوزونه و یه نیرویی برخلاف جاذبه But because the rocket constantly burns fuel and is a force against gravity

وارد میکنه، نیازی نداره که دقیقا به اون سرعت گریز برسه تا بتونه از جاذبه‌ی زمین خلاص بشه. enters, it does not need to reach exactly that escape velocity to be able to get rid of the Earth's gravity.

حالا اگه به یه طریقی، مقدار شعاع خیلی خیلی کوچیک بشه و برعکس، Now, if somehow, the value of the radius becomes very, very small and vice versa,

مقدار جرم خیلی بیشتر بشه، اندازه‌ی این سرعت گریز If the amount of mass is much higher, the size of this escape velocity

بیشتر و بیشتر میشه تا اینکه به یه جایی میرسه که دیگه اندازش از سرعت نور هم It increases more and more until it reaches a place where it is faster than the speed of light

بیشتر میشه، یعنی از سیصدهزار کیلومتر بر ثانیه هم رد میشه. It will be more, that is, it will exceed three hundred thousand kilometers per second.

حالا این یعنی چی؟

یعنی دیگه هیچ چیز نمی‌تونه از سطح این جسم فرار کنه. حتی خود نور. It means that nothing can escape from the surface of this object. Even light itself.

چون اگه چیزی بخواد این کارو انجام بده باید از سرعت نورم Because if you want to do something, you have to do it at the speed of light

سرعتش بیشتر بشه که می‌دونیم چنین چیزی ممکن نیست. Let it speed up as we know that such a thing is not possible.

اینجا همون جاییه که مفهوم سیاهچاله متولد میشه. This is where the concept of black hole is born.

یعنی جسمی که مقدار جرمش نسبت به شعاعش اونقدر زیاده که حتی نور هم نمی‌تونه It means an object whose mass is so much compared to its radius that even light cannot reach it

از سطحش فرار کنه، برای همین سیاه دیده میشه، هیچ نوری از سطحش منتشر نمیشه. escape from its surface, that's why it appears black, no light is emitted from its surface.

غیر از این، ماده‌ی سازنده‌ی چنین جسمی، دیگه نمی‌تونه Other than this, the building material of such a body cannot

در برابر وزن خودش مقاومت کنه، یعنی نیروهای دافعه‌ای که بین اتم‌ها هست یا to resist its own weight, i.e. the repulsive forces between atoms

نیروهای دافعه‌ای که بین ذرات تشکیل‌دهنده‌ی این اتمهاست، The repulsive forces between the constituent particles of these atoms,

دیگه نمی‌تونه وزن خود این اتم‌ها رو تحمل کنه، در نتیجه این جسم It can no longer support the weight of these atoms, as a result of this body

توی یه نقطه‌ی خیلی خیلی کوچیک فرو می‌ریزه تا It collapses in a very, very small point

اینکه در نهایت یه گودال بی‌انتها توی فضازمان ایجاد میشه. That in the end, an endless pit will be created in space-time.

این باعث میشه که تمام جرم سیاهچاله توی یه نقطه‌ی بی‌نهایت کوچیک فشرده بشه. This causes all the mass of the black hole to be compressed into an infinitesimally small point.

حجم این نقطه صفره اما چگالیش بی‌نهایته، گرانشش هم بی‌نهایته، The volume of this point is zero, but its density is infinite, its gravity is also infinite.

خمیدگی فضازمان هم توی این نقطه بی‌نهایته. The curvature of space-time is also infinite at this point.

به این نقطه توی مرکز سیاهچاله که حجمش صفره ولی چگالیش بی‌نهایته، To this point in the center of the black hole, which has zero volume but infinite density,

میگن تکینگی یا Singularity (سینگیولاریتی). They say singularity or singularity.

تو نقطه‌ی تکینگی، قوانین فیزیک کاملا بی‌معنی میشن. At the singularity, the laws of physics become completely meaningless.

شوارتزشیلد متوجه شد که اطراف این تکینگی، یه مرز کروی وجود داره که Schwarzschild realized that there is a spherical boundary around this singularity

هر جسمی که از این مرز رد بشه دیگه به هیچ وجه نمی‌تونه به عقب برگرده. Any body that crosses this border cannot go back.

این فاصله رو با اسم شعاع شوارتزشیلد می‌شناسیم، We know this distance as the Schwarzschild radius.

یا اسمی که بیشتر استفاده میشه: افق رویداد. Or the more commonly used name: event horizon.

برای درک بهتر افق رویداد همونطور که قبلا هم گفتم می‌تونیم به یه آبشار فکر کنیم. To better understand the event horizon, as I said before, we can think of a waterfall.

وقتی که قایق‌سوار از یه حد مشخصی به لبه‌ی آبشار نزدیک‌تر بشه، When the boatman gets closer to the edge of the waterfall than a certain limit,

دیگه نمی‌تونه به عقب برگرده، سقوط می‌کنه داخل آبشار. He can't go back anymore, he falls into the waterfall.

در مورد سیاهچاله هم همینطوره، یعنی یه چیزی که از افق رویداد به سیاهچاله نزدیک‌تر بشه The same is the case with the black hole, that is, something that comes closer to the black hole from the event horizon

دیگه نمی‌تونه به عقب برگرده، سقوط می‌کنه داخل یه گودال بی‌انتها توی فضازمان. It cannot go back anymore, it falls into an endless pit in spacetime.

سال 1964 اولین سیاهچاله توی صورت فلکی قو یا Cygnus (سیگنوس) کشف شد. In 1964, the first black hole was discovered in the Cygnus constellation.

اون زمان بین دانشمندا اختلاف بود که این واقعا یه سیاهچاله‌ست At that time, scientists disagreed that this is really a black hole

یا یه چیز دیگه، اما بعدا مشخص شد که دقیقا یه سیاهچاله‌ست، اونم خیلی بزرگ. Or something else, but later it became clear that it is exactly a black hole, and it is very big.

سه سال بعد یعنی سال 1967 فیزیکدان آمریکایی جان ویلر Three years later, in 1967, American physicist John Wheeler

برای اولین بار از کلمه‌ی Black Hole یا سیاهچاله برای این اجسام استفاده کرد. For the first time, he used the word Black Hole for these objects.

کم‌کم سیاهچاله‌ها بیشتر موردتوجه قرار گرفتن، از یه مفهوم تئوری Little by little, black holes are getting more attention from a theoretical concept

تبدیل شدن به چیزایی که توی دنیای واقعی هم وجود دارن. Becoming things that exist in the real world.

الان می‌دونیم که سیاهچاله‌ها اونقدرا هم که فکر می‌کردیم کمیاب نیستن، We now know that black holes are not as rare as we thought.

فقط توی کهکشان راه شیری خودمون میلیون‌ها سیاهچاله وجود داره. There are millions of black holes in our own Milky Way galaxy alone.

یکی از چیزایی که باعث تولد سیاهچاله‌های جدید میشه مرگ ستاره‌های پرجرمه. One of the things that cause the birth of new black holes is the death of massive stars.

در مورد اینکه چطوری این اتفاق میفته توی این ویدیو About how this happens in this video

که درباره‌ی انواع ستاره‌هاست بیشتر توضیح دادم. I explained more about the types of stars.

اما به صورت خلاصه، وقتی ستاره‌های پرجرم سوختشون تموم میشه، But in short, when massive stars run out of fuel,

هسته‌شون ناپایدار میشه و داخل خودش فرو می‌ریزه. Their core becomes unstable and collapses in on itself.

این باعث میشه که هسته‌ی این ستاره‌ها به شدت This makes the core of these stars strongly

متراکم میشه و تبدیل میشه به یه سیاهچاله. It condenses and turns into a black hole.

غیر از این سیاهچاله‌هایی که از مرگ ستاره‌ها به وجود میان، Apart from these black holes that arise from the death of stars,

یه سری سیاهچاله‌ی غول‌پیکر هم تو مرکز خیلی از کهکشانا A series of giant black holes in the center of many galaxies

وجود داره که هنوز اطلاعات کافی نداریم از این که اینا چجوری به وجود میان. There is that we still don't have enough information about how these come into being.

سیاهچاله‌ها همچنان ناشناخته و اسرارآمیز بودن و فقط شبیه‌سازی‌های کامپیوتری Black holes are still unknown and mysterious and only computer simulations

ازشون داشتیم، اما سال 2019 یه خبر مثل بمب تو دنیا ترکید: We had them, but in 2019, a news like a bomb exploded in the world:

اولین تصویر واقعی از یه سیاهچاله! The first real image of a black hole!

توی یه پروژه‌ی بزرگ بین‌المللی، با استفاده از چندتا تلسکوپ رادیویی بزرگ In a large international project, using several large radio telescopes

تو آمریکای شمالی و جنوبی و اروپا، که معروفن به تلکسوپ‌های افق رویداد، In North and South America and Europe, which are known as event horizon telescopes,

دانشمندا تونستن اولین عکس واقعی از یه سیاهچاله رو ضبط کنن. Scientists were able to record the first real photo of a black hole.

این اولین بار بود که به چهره‌ی واقعی این هیولاها نگاه می‌کردیم! This was the first time we looked at the real face of these monsters!

این سیاهچاله در اصل، سیاهچاله‌ی مرکز یه کهکشان به نام This black hole is actually the black hole in the center of a galaxy called

M87 بود که حدود 55 میلیون سال نوری از زمین فاصله داشت. It was M87, which was about 55 million light-years away from Earth.

اندازه‌ی این سیاهچاله که جزو سیاهچاله‌های خیلی بزرگ بود، The size of this black hole, which was among the very large black holes,

با اون هاله‌ی اطرافش تقریبا به بزرگی کل منظومه‌ی شمسی ما بود. With that halo around it, it was almost as big as our entire solar system.

این هاله‌ی نورانی که اطرافش دیده میشه، گازهای درخشانی هستن که This luminous halo that can be seen around it is the glowing gases

به خاطر کشیده شدن داخل سیاهچاله، حسابی داغ و نورانی شدن. Because of being dragged into the black hole, it becomes hot and luminous.

قسمت تاریک وسطش هم که خود سیاهچاله‌ست. The dark part in the middle is the black hole itself.

الان تلسکوپ‌های افق رویداد، دارن سعی می‌کنن اولین تصویر Now the event horizon telescopes are trying to get the first image

رو از سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان خودمون بگیرن، Take it from the black hole at the center of our galaxy.

ولی خب چون این سیاهچاله‌ سایزش از سیاهچاله‌ی M87 خیلی کوچیکتره، But because this black hole is much smaller than the M87 black hole,

احتمالا زمان زیادی طول بکشه تا بتونن این‌ کارو انجام بدن. It may take a long time for them to do this.

اینجا جواب یکی از سوالاتی که در مورد سیاهچاله‌ها زیاد پرسیده میشه هم داده شده: Here is the answer to one of the frequently asked questions about black holes:

اگه نور هم نمی‌تونه از سطح سیاهچاله‌ها فرار کنه، If light cannot escape from the surface of black holes,

پس چطوری می‌تونیم یه سیاهچاله رو با تلسکوپ رصد کنیم؟ So how can we observe a black hole with a telescope?

جوابش اینه که با تاثیراتی که سیاهچاله روی محیط اطرافش میذاره. The answer is with the effects that the black hole has on its surroundings.

مثلا ما وقتی که رفتار عجیب و چرخش شدید ستاره‌ها For example, when the strange behavior and extreme rotation of the stars

تو مرکز کهکشان خودمون رو دیدیم، متوجه شدیم که باید یه جسم We saw in the center of our own galaxy, we realized that it must be an object

با گرانش خیلی خیلی شدید اونجا وجود باشه که باعث میشه ستاره‌ها اینطور دورش بچرخن. It must be there with very, very strong gravity that causes the stars to revolve around it like that.

درسته که نتونستیم هیچ سیاهچاله‌ای اونجا ببینیم اما با اثراتی که از خودش It is true that we could not see any black hole there, but with its own effects

به جا گذاشته، تونستیم تشخیص بدیم که باید چنین چیزی اونجا وجود داشته باشه. left, we could recognize that there must be something like that there.

سوال بعدی: اگه سیاهچاله‌ها هرچیزی که بهشون نزدیک میشه Next question: If black holes are anything that comes close to them

می‌بلعن، پس تا ابد رشد می‌کنن؟ هیچوقت نابود نمیشن؟ They swallow, so they grow forever? Will they never be destroyed?

خب اینکه وقتی یه چیزی وارد سیاهچاله میشه دقیقا چه بلایی سرش میاد، So what exactly happens to something when it enters a black hole?

فکر می‌کنم هنوز یه رازه، اما می‌تونیم حدس بزنیم که هر چیزی که I think it's still a mystery, but we can guess whatever

وارد سیاهچاله میشه، جرمش به جرم سیاهچاله اضافه میشه. It enters the black hole, its mass is added to the mass of the black hole.

پس سیاهچاله‌ها همینطور که ستاره‌های اطرافشونو می‌بلعن، بزرگ و بزرگتر میشن. So black holes get bigger and bigger as they swallow the stars around them.

اما طبق نظر استیون هاوکینگ، این بزرگ شدن دائمی نیست. But according to Stephen Hawking, this enlargement is not permanent.

سیاهچاله‌ها بر اثر یه نوع تابش خاص به نام تابش هاوکینگ Black holes are caused by a special type of radiation called Hawking radiation

کم‌کم جرم خودشونو از دست میدن و اصطلاحا تبخیر میشن. They gradually lose their mass and so-called evaporate.

هرچند سرعت این تبخیر اونقدر کمه که برای تبخیر کامل Although the speed of this evaporation is so low that for complete evaporation

یه سیاهچاله به یه زمانی بیشتر از عمر جهان نیازه. A black hole needs more time than the life of the universe.

یکی دیگه از بحثای جالب تو این زمینه، بحث آروغ زدن سیاهچاله‌هاست! Another interesting discussion in this field is the discussion of burping black holes!

شبیه آدمایی که با حرص و ولع شدید غذا می‌خورن و بین غذا خوردنشونم آروغ می‌زنن، Like people who eat greedily and burp between meals.

سیاهچاله‌ها هم بعضی وقتا از بین گازهای شدیدی که با حرص به سمت خودشون می‌کشن، Black holes also sometimes escape from the intense gases that they greedily pull towards themselves.

یه مقداریشو میخورنو باقیشو به بیرون از خودشون They eat some of it and throw the rest out of themselves

پرتاب می‌کنن که اصطلاحا بهش گفته میشه آروغ سیاهچاله. They throw it, which is called a black hole burp.

اما سیاهچاله‌ها چه اثری روی گذر زمان دارن؟ But what effect do black holes have on the passage of time?

باز طبق نسبیت عام، گرانش عظیم سیاهچاله Again, according to general relativity, the massive gravity of the black hole

باعث میشه که زمان، نزدیک سیاهچاله به شدت کند بشه. It causes time to slow down very much near the black hole.

فرض کنید من توی یه فاصله‌ی دور از سیاهچاله وایسادم، Suppose I am standing at a distance from the black hole.

اما شما دارید به سمت سیاهچاله حرکت می‌کنید.

هرچی شما به سیاهچاله نزدیک‌تر بشید، از نظر من که دارم تماشا می‌کنم، The closer you get to the black hole, the more I look at it.

حرکت شما کندتر و کندتر میشه. Your movement becomes slower and slower.

تا جایی که وقتی شما به افق رویداد سیاهچاله برسید، Until when you reach the event horizon of a black hole,

از نظر من دیگه هیچ حرکتی نمی‌کنید، یعنی انگار زمان برای شما متوقف شده. In my opinion, you don't move anymore, it's as if time has stopped for you.

من هرچقدر که منتظر بمونم نمی‌تونم سقوط شما داخل سیاهچاله رو ببینم. No matter how long I wait, I cannot see you fall into the black hole.

اما برای خود شما، زمان همونطور عادی می‌گذره، در عوض شما هم اگه بتونید برگردید But for you, time passes as normal, in return you can return if you can

عقب رو نگاه کنید، دنیا رو با یه سرعت وحشتناکی می‌بینید که داره می‌گذره. Look back, you see the world passing by at a terrible speed.

مثلا تمام عمر من رو می‌تونید توی یه چشم به هم زدن For example, you can see my whole life in the blink of an eye

ببینید که پیر میشم و می‌میرم و از بین میرم.

البته موضوعی که هست اینه که شما هیچوقت نمی‌تونید Of course, the thing is that you never can

اینقدر به یه سیاهچاله نزدیک بشید. Get this close to a black hole.

چون غیر از دمای خیلی زیادی که نزدیک سیاهچاله وجود داره، Because apart from the very high temperature that exists near the black hole,

اختلاف گرانش حتی توی فاصله‌های خیلی کم به حدی زیاده The difference in gravity is very large even in very short distances

که بدن شما فورا کش میاد و به صورت یه رشته‌ی نازک کشیده میشه به داخل سیاهچاله. that your body immediately stretches and is pulled into the black hole as a thin string.

به این اتفاق، اصطلاحا میگن اسپاگتی شدن. This is called becoming spaghetti.

پس به نظر میاد تا زمانی که کاری به کار این هیولاهای گرسنه So it seems that these monsters are hungry as long as there is something to do

نداشته باشیم و نزدیکشون نشیم، اونا هم کاری با ما ندارن. Don't have and don't sit near them, they have nothing to do with us either.

اما این طرز فکر شاید زیادم درست نباشه. But this way of thinking may not be correct.

اگه بدون اینکه ما بفهمیم، یه سیاهچاله به کره‌ی زمین نزدیک بشه و ببلعتش چی؟ What if, without us knowing, a black hole approaches the earth and swallows it?

برای اینکه همچین اتفاقی بیفته، این سیاهچاله باید For such a thing to happen, this black hole must

خیلی به زمین نزدیک شده باشه که احتمالش خیلی کمه. It is very close to the earth, which is very unlikely.

حتی اگه خورشید خودمون با همین جرمی که داره Even if our own sun has the same mass

تبدیل به یه سیاهچاله بشه بازم زمین به چرخیدن دورش ادامه میده، If it becomes a black hole, the earth will continue to rotate around it.

هرچند دیگه خبری از زندگی نیست چون خبری از نور خورشید نیست. Although there is no more life because there is no sunlight.

پس در کل زیاد لازم نیست نگران نابودی زمین با یه سیاهچاله باشیم. So, in general, we don't need to worry about the destruction of the earth with a black hole.

اما اگه سیاهچاله به یه طریقی روی خود زمین ایجاد بشه چی؟ But what if a black hole is somehow created on the earth itself?

این همون چیزی بود که اون اوایل شروع به کار سرن باعث نگرانی یه عده شده بود. This was the thing that caused some people to worry when CERN started working.

در مورد آزمایشگاه‌های سرن قبلا یه ویدیو منتشر کردم که از این لینک می‌تونید ببینیدش. I have already published a video about CERN laboratories, which you can watch from this link.

زمانی که سرن شروع به کار کرد، یه عده‌ای این موضوع رو مطرح کردن که When CERN started working, some people raised this issue

آزمایشاتی که تو سرن انجام میشه می‌تونه سیاهچاله‌های کوچیکی ایجاد کنه که Experiments conducted at CERN can create small black holes that

زمین رو می‌بلعن و باعث نابودی ما میشن. They devour the earth and destroy us.

حتی کلی هم شکایت کردن و کارشون به دادگاه کشید، They even complained and took their case to court.

ولی خب به نظر میاد که نتونستن جلوی فعالیت سرن رو بگیرن. But it seems that they could not stop CERN's activity.

دانشمندایی که موافق این آزمایشات بودن نظرشون این بود که

برخوردهایی که انجام میشه، شبیه همون برخوردهاییه که دائما توی طبیعت The collisions that take place are similar to those that occur constantly in nature

داره اتفاق میفته ولی هنوز باعث نابودی زمین نشده، یعنی در کل بی‌خطره، It is happening, but it has not yet caused the destruction of the earth, that is, it is generally safe.

اما طرف مقابل اصرار داشتن روی خطرناک بودن این آزمایشات. But the other side is insisting on the dangerousness of these experiments.

نظر دانشمندا اینه که حتی اگه این برخوردها باعث ایجاد سیاهچاله‌های ریز The opinion of scientists is that even if these collisions cause the creation of tiny black holes

بشه، این سیاهچاله‌ها خیلی ناپایدارن، فورا از بین میرن، از طرفی هم مقدار جرمی که Yes, these black holes are very unstable, they disappear immediately, on the other hand, the amount of mass

می‌تونن از زمین بخورن خیلی خیلی کمه.

بهرحال هنوزم بحث سر این موضوع زیاده و هیچکدوم از دو طرف قانع نشدن. However, there is still a lot of discussion on this issue and neither side is satisfied.

یکی از عجیب‌ترین‌ها و ناشناخته‌ترین موضوعات در مورد سیاهچاله‌ها،