چه می شود ؟ چرا شما نمی توانید زیاد اوج بگیرید ؟

نیرو گرانش به سرعت شما را به زیر می کشد ؛ شما می توانید در هنگام پرش در سطح مریخ و ماه اوج بیشتری بگیرید زیرا هر دوی آنها از زمین کوچکترند . نیروی گرانش بروی سطح ماه 6/1 سطح زمین است . اساسا" شما در سطح زمین در دام افتاده اید ؛ مگر اینکه موشکی داشته باشید از سرعت گریز زمین بگذرد . اگر چیزی بتواند سرعت کافی را برای گریز از گرانش زمین  بدست آورد این امکان را دارد که به فضای بیرونی راه یابد .

ظاهرا" ماکسیمم سرعت ها در جهان سرعت نور است  حالا سؤال اینجا است که : اگر سرعت گریز سیارات از سرعت نور فراتر رود چه رخ می دهد و یا به عبارت دیگر چه می شود اگر گرانش به قدری قوی باشد که نور را به دام اندازد ؟

جواب این است شما در این صورت سیاهچاله ای را خواهید داشت ؛ سیاهچاله یک جسم گرانشی است که میدان گرانشی آن به حدی قوی است که نور هم قادر نیست از آن بگریزد . افق رویداد سیاهچاله جایی است که نور در گم می شود و سرانجام به داخل سیاهچاله فرومی افتد . هر چیز به درون افق رویداد راه یابد هرگز قادر نیست دوباره به خارج از افق بازگردد ، حتی فوتون های نور که سرعتی در حدود 300000 کیلومتر در ثانیه دارد .

سیاهچاله می تواند از متلاشی شدن گرانش ستاره ای که در حال مرگ است پدید آید ، ولی این ستاره باید حداقل 2 برابر خورشید جرم داشته باشد . میزان گرانش یک ستاره معمولی با فشارهای واکنش های هسته ای در هسته ستاره متناسب است. وقتی که ستاره پیر می شود تمام هیدروژن آن به هلیم تبدیل و هلیم هم به عناصر سنگین تر مانند آهن و نیکل تبدیل می شوند ، ولی دیگر بازدهی تبدیل هیدروژن را به هلیوم ندارد . این ستاره ها می توانند دارای سه سرنوشت باشند .

اولین و دومین رویداد برای ستاره هایی رخ می دهد که کمتر از 2 برابر خورشید جرم دارند (این سرنوشت برای ستاره هایی همانند خورشید خودمان رخ می دهد) این دو سرنوشت به دفع فشار فرمیونی وابسته است ، این موضوع در مکانیک کوانتومی به چشم می خورد . این دوحالت نمی توانند در حالت کوانتومی در زمان یکسان باشند . این دوسرنوشت پایا برای اینگونه ستاره ها فروریخته به صورتهای زیر خواهد بود :

1- کوتوله سفید : این حالت با دفع فشار فرمیونی الکترون ها در اتم های سنگین در هسته پشتیبانی می شود .

2- ستاره نوترونی : این حالت با دفع فشار فرمیونی نوترون ها در هسته ی اتم های سنگین در هسته پشتیبانی می شود .

اگر جرم ستاره فروریخته بیش از 2 برابر جرم خورشید باشد آنگاه دفع فشار فرمیونی الکترون ها و نوترون ها نیروی کافی را برای جلوگیری از فروریزی گرانش ندارند .

برآورد سن جهان چندین برابر متوسط عمر ستارگان است ، این بدان معنا است که ستارگان زیادی وجود داشته اند که حاوی جرمی بیشتر از دوبرابر خورشید بوده اند . این ستارگان از هیدروژن زاده شده اند و پس از پایان عمرشان رمبیده اند ، یعنی اینکه جهان باید حاوی تعداد زیادی سیاهچاله باشد ؛ همه ی اینها در صورتی صدق می کنند که مدل برگزیده شده برای آرایش آنها که توسط اخترفیزیکدانان تعیین شده است صحیح باشد .

سیاهچاله ها باید از ستاره های که بین 2 تا 100 برابر خورشید جرم دارند به وجود آمده باشند . راه دیگر آفریده شدن سیاهچاله این است که گرانش در مرکز خوشه های بزرگ ستاره ای فروریزد ، این نوع سیاهچاله از خورشید بسیار بزرگترند و جرم شان تا میلیون ها و یا حتی میلیارد ها برابر خورشید می رسد . اینگونه سیاهچاله ممکن است در هر مرکز هر کهکشان وجود داشته باشند ؛ برای مثال در مرکز کهکشان خودمان که راه شیری است سیاهچاله ای وجود دارد .

خواص سیاهچاله ها

بعد از پرتاب تلسکوپ فضایی هابل در سال 1990 بسیاری از مشاهدات آن به رصد سیاهچاله ها اختصاص داده شد . اما موضوع سیاهچاله ار کجا آغاز شد ؟ این موضوع در تئوری های نظری فیزیک آغاز شد به خصوص تئوری نسبیت عام اینشتین . فیزیکدانان برای شرح نیروی گرانشی سازگار با سرعت نور آن را به دست ریاضیات سپردند . حال چکیده ای مختصر از سیاهچاله های نظری را به عرض شما عزیزان می رسانم . این چکیده در مورد مدل نظری سیاهچاله ها است. می دانیم ما در حال مطالعه ی سیاهچاله ها هستیم ؛ ریاضیات نسبیت عام ما را قادر می سازد تا در مورد رفتار سیاهچاله ها پیشگویی کنیم  و همچنین این محاسبات ما را در درک و فهم این اجرام یاری می کنند . در نسبیت عام مسیر نور این امکان را دارد تا با بسیاری از توزیع های ماده و انرژی در معادله ای که به معادله خط اقصر معروف است محاسبه می شود . ( خط اقصر همان خطی است که کوتاهترین فاصله را در بین دو نقطه در یک سطح نشان می دهد ) زمانی که نور در سفر خود از خط اقصر از میان فضا – زمان می گذرد هنگامی که با افق رویداد یک سیاهچاله روبه رو می شود هرگز نمی تواند بازگشتی داشته باشد . جالب است در جهانی که هیچ گاه چگالی انرژی منفی نمی باشد این رفتار نور موجب می شود در ریاضیات دو خاصیت قاطع از سیاهچاله ها نمایان شود .

1- مساحت رویه ی افق رویداد یک سیاهچاله ممکن است افزایش یابد ولی هرگز کاهش نمی یابد ، این بدان معنا است که ممکن است  دو سیاهچاله به هم متصل شوند و سیاهچاله ی بزرگتری را پدید آورند ولی هرگز یک سیاهچاله به دو قسمت تقسیم نمی شود .

2- در افق رویداد کشش گرانش ثابت و پایدار است و در هر جای افق رویداد مقدار آن ثابت است .

براساس خاصیت نخست برای سیاهچاله غیر ممکن است که محو شود زیرا سیاهچاله نمی تواند کوچک شود و یا به دو سیاهچاله کوچک تقسیم شود .

حال که ما می دانیم نور قادر به فرار از سطح سیاهچاله نیست پس ما چطور می توانیم امید داشته باشیم که سیاهچاله ها را ببینیم ؟

در این طبیعت ما جهانی را مشاهده می کنیم که از گرد و غبار و گازی که ستاره ها و کهکشان ها و سیارات را می سازد ساخته شده است و پر شده است . زمانی که گاز و غبار می خواهند به سیاهچاله سقوط کند آنها می توانند به سمت سیاهچاله مکیده شوند و بنابراین در این حالت سزیع می چرخند بنابراین اتم هایشان یونیزه می شود و تولید نور و روشنایی می کنند که به بیرون افق می گریزند و به ما می رسند . بنابراین ستاره شناسان و اخترفیزیکدانان با مشاهدات نجومی خود آنها را رصد می کنند ، هرچند که دیدن این نور هم چندان آسان نیست زیرا بسیاری از سیاهچاله این غبار بین ستاره ای را که یونیزه شده است جذب می کند و در این حالت بسیاری از خصیصه های پنهان می ماند .

در قسمت قبل دو اصل از خاصیت های سیاهچاله ها که در زمینه افق رویداد بودند گفته شد ؛ ما به آنها خواص کلاسیک می گوئیم زیرا آنها با حل معادلات اینشتن مشخص شده بودند . اینها معادلاتی هستند که در مکانیک کوانتوم کاربردی ندارند.

وقتی که ما مکانیک کوانتوم را به تحلیل کلاسیک سیاهچاله ها اضافه می کنیم چه رخ می دهد ؟

ساده ترین راه برای ترکیب نسبیت عام کلاسیک با مکانیک کوانتوم این است که پراکندگی ذرات را در فضا زمان خمیده مشاهده کنیم ، جایی که انحنای فضا زمان نمی تواند پراکنگی  ذرات کوانتومی واکنش نشان دهد این تا اندازه ای تقلید است . زیرا ما در حال محافظت از گرانش کلاسیک هستیم و فقط برای ذرات از فیزیک کوانتوم استفاده می کنیم . این رویدادی بسیار مبهوت کننده و مهم در تئوری سیاهچاله است .  

تباهی سیاهچاله

فیزیکدانی که پراکندگی ذرات کوانتومی را در فضازمان خمیده نظری مطالعه می کنند به این موضوع پی برده اند که تعریف ذرات و ضد ذرات به مشاهده گر وابسته است ، که در قاعده های همیشگی دربرابر تئوری نسبیت عام است . تصویری که از همه ی این مطالعات پدیدار می شود آن است که اگر فیزیکدانی به درون سیاهچاله چیزی پرت می کرد ، او تمایل نداشت هر رویداد خاصی را در افق رویداد ببیند . او فقط می خواست پیروز شدن بر نیروی گرانش عظیم را در مرکز مشاهده کند . هرچند اگر او فقط بیرون افق رویداد را با طنابی پیوسته با شستش محافظت می کرد انگشتش از داغی سوپ ساطع شده از سیاهچاله می سوخت . اما چطور ذرات می توانند از سیاهچاله خارج شوند ؟ در صورتی که حتی نور نمی تواند از سطح سیاهچاله بگریزد !

در فیزیک کلاسیک سیاهچاله ها افق رویداد مانعی مطلق برای هر چیز که می خواهد از آن بازگردد است . هر چند مکانیک کوانتوم آن را به صورت تردید کوانتومی آورده است و نوسان خلاء کوانتومی جایی که جیی که ذرات و ضد ذرات مرتب در حال آفریدن و نابودی یکدیگرند . یک جفت ذره و ضد ذره در لحظه ی کوتاهی واقع در خارج از افق رویداد سیاهچاله آفریده می شوند . قبل از آن جفت می تواند مانند همیشه نابود شود . ضد ذره به عقب افق رویداد مکیده می شود ، در صورتیکه ذره در جهت مخالف پس زده می شود و بیرون انداخته می شود ( یا بلعکس ) . سیاهچاله ذره را از میان افق رویداد پس می زند . در این صورت جرم به اندازه جرم ذره سیاهچاله کاهش یافته است ، حالا مساحت افق رویداد روبه کاهش گذاشته است . اما چطور این رویداد ممکن است ؟ این بدان معنا است که کل منطقه ی سیاهچاله در زمان کاهش خواهد یافت و سیاهچاله می تواند تباه شود و این برخلاف پیشگویی فیزیک اینشتین و غفلت مکانیک کوانتوم است .

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40