نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.
سی پی اچ در ژورنالها
|
سیاهچاله ها
|
|
در این ستاره ها هیچ یک از نیروهای فیزیکی نمی تواند با رمبش مقابله کند و بنا براین یک سیاهچاله خلق می شود.سیاهچاله های کوچکتر از این فقط در صورتی خلق می شوند که مواد آن تحت یک فشار عظیم قرار بگیرد.فشار عظیم مورد نیاز این گونه سیاهچاله ها در مراحل اولیه تشکیل جهان(مهبانگ)وجود داشته است .شاید تشکیل سیاهچاله هایی که کمتر از خورشید جرم دارند مربوط به آن زمان باشد.سیاهچاله های بسیار عظیم شامل جرمی برابر میلیون ها تا بیلیونها برابرمنظومه خورشیدی هستند این سیاهچاله ها خاصیت های جالبی دارنداز قبیل :چگالی میانگین آنها می تواند خیلی پایین باشد حتی پایین ترازآب.که به دلیل این است که شعاع شوارزشیلد باجرم رابطه مستقیم دارد ولی چگالی با عکس مجذور جرم رابطه دارد .سیاهچاله هایی با این سایز به دو طریق شکل می گیرند:1-با تجمع آهسته مواد 2-قرار گرفتن تحت فشار مستقیم در ابتدای مهبانگ.این سیاهچاله ها در وسط بعضی از کهکشان ها مانند یک ماشین فعال هستند از قبیل کهکشان های چرخشی ونامنظم و همچنین کوازارها.
افق واقعه افق واقعه یک سطح فرضی است که جرم سیاهچاله را در بر می گیرد.در افق واقعه سرعت فرار با سرعت نور مساوی است.ذرات در خارج ازاین ناحیه می توا نند در آن سقوط کنند ولی هرگز نمی توانند از آن خارج شوند.اصولا اشیا در میدان گرانشی شاهد یک تاخیر زمانی هستند.در نزدیکی افق واقعه تاخیر زمانی به سرعت افزایش می یابد.برای یک مشاهده گر خارجی زمان نزدیک شدن شیی به افق واقعه بی نهایت است یعنی نور شدیدا به قرمز انتقال می یابد.از نظر ناظر خارجی ذره آهسته وآهسته تر نزدیک می شود ولی هرگز به افق واقعه نخواهد رسید.اما در واقع یک جسم سقوط کننده از افق واقعه خواهد گذشتو به نقطه تکینگی میرسد.همانطوری که به طور پیوسته به تکینگی نزدیک می شود کشیده خواهد شدو جسم به سبب نیروهای کشندی منبسط و گسیخته می شود . توجه شود که در محوطه تکینگی نیروهای گرانشی خیلی قوی تر از قسمت های دیگر است.
آشکار سازی سیاهچاله ها ما چگونه مي توانيم به آشكار ساختن سياه چاله اميدوار باشيم كه همان گونه که از نامش پيدا ست هيچ نوري از آن ساطع نمي شود؟ اما راهي بر اي آن وجود دارد. ستاره شناسان، منظومه هاي بسياري را مشاهده كرده اند كه در آنها دو ستاره به دور يكديگر گردش مي كنند و با نيروي جاذبه به سوي يكديگر كشيده مي شوند، آنان همچنين منظومه هایي را ديده اند كه در آنها تنها يك ستاره مرئي در حول يك همبازي نامرئي گردش مي كند. بديهي است كه كسي نمي تواند في الفور داوري كند كه آن همبازي يك سياه چاله است زيرا شايد: آن صرفا يك ستاره خيلي كم نوري باشد كه دیده نمی شود.
با اينهمه برخي از اين منظومه ها مانند منظومه
معروف به صورت فلكي غرنوق نيز منبع سرشاري از اشعه ايكس هستند
بهترين توضيح براي اين پديده اين است كه بگوييم ماده درون اين
ستاره نامريي از سطح آن به بيرون فوران كرده است و هنگامي كه اين
ماده بدنبال همبازي نامريي خود مي افتد حركتي مارپيچي پديدار كرده
( تا اندازه اي شبيه جهش آب از يك آبپاش يا فواره ) و بسيار داغ و
سوزان شده و شروع به انتشار اشعه ايكس مي كند.براي اين كه چنين
مكانيسمي به تحقق بپيوندد آن جسم نامريي بايد همانند يك كوازار يا
شبیه ستاره نوتروني يا يك سياهچاله كوچك باشد.كمترين جرم اين جسم
ناپيدا را مي توان به وسيله مدار مشهود آن ستاره مرئي تعيين
كرد.اين جرم در مورد صورت فلكي غرنوق تقريبا 6 برابر خورشيد مي
باشد كه بر طبق دستاوردها براي جسمي نامرئي كه به صورت كوازار باشد
اين مقدار بسيار زياد به نظر مي رسد و نيز براي ستاره نوتروني جرم
عظيمي به شمار مي رودبنابراين اين جسم پرده نشين بايد يك سياهچاله
باشد. آنتروپی سیاهچاله آنتروپی سیاهچاله آنتروپی است که توسط سیاهچاله حمل می شود .ترمودینامیک کلاسیک بیان می کند که آنتروپی در یک سیستم بسته همیشه یک تابع افزایشی است و جهان یک سیستم بسته است.اگر سیاهچاله آنتروپی نداشته باشد ممکن است قانون دوم ترمودینامیک نقض شوددر نتیجه تنها راهی که قانون دوم صدق کند این است که بپذیریم که افزایش آنتروپی بیشتر از جبران کاهش آنتروپی حمل شده توسط جسم بلعیده شده می باشد.ما تصور می کنیم که سیاهچاله دارای یک تکینگی در مرکز است که توسط یک افق واقعه کروی احاطه شده است . می دانیم هنگامی سیاهچاله بوسیله رمبش ستاره نوترونی خلق می شود که نوترون ها در برابر جاذبه شکست بخورند. همچنین می دانیم که همه مواد دارای یک خاصیت موجی هستند و کوانتوم مکانیک رفتار این امواج را شرح می دهد.حال سئوال این است که چه امواجی در داخل سیاهچاله ها وجود دارند؟ جواب این است :امواج ایستاده.امواجی با یک گره در افق واقعه .ما می دانیم انرژی نشان دهنده یک موج مخصوص رابطه فرکانس و دامنه یک نوسان را بیان می کند.امواج فرکانس بالا دارای انرژِی های بیشتری هستند. فرض می کنیم که جرم –انرژِی کل یک سیاهچاله در داخل افق واقعه ثابت است بنابراین ما دارای امواج ایستاده متفاوتی هر یک با انرژی خاص خود هستیم و جمع انرژی های همه امواج مساوی کل جرم-انرژی سیاهچاله است. راههای زیادی وجود دارند که کل جرم-انرژی می توانند در میان امواج ایستاده پخش شوند.معلوم می شود که همه امواج ایستاده ممکن با یک درجه مساوی محتمل هستند.بنابراین ما می توانیم احتمال یک ترکیب خاص امواج شامل جرم-انرژی کل یک سیاهچاله را محاسبه نمائیم .آنتروپی فقط اندازه گیری احتمال است.هاوکینگ این آنتروپی را محاسبه کرد:
SBH=k boltzman* A/4*L2planck Lplanck=(G*ћ/c3)1/2
توجه شود که آنتروپی سیاهچاله با سطح افق واقعه A متناسب است.اندیس BH از”black hole” یا “Hawking-Bekenstein” گرفته شده است.
تابش هاوکینگ هر جسمی با دمای بالاتر از صفر مطلق انرژی تابش خواهد کردو ما فقط می دانیم که سیاهچاله دمای غیر صفر دارد بنابراین ترمودینامیک می گوید که سیاهچاله تابش انرژی (و تبخیر )خواهد داشت .تابش هاوکینگ تابش گرمایی است که گمان می رود از سیاهچاله خارج می شود که ناشی از اثرات کوانتومی است.بویژه تابش از شوآرزشیلدسیاهچاله تابش جسم سیاه با دمای T=ћ*c3/8лGMk می باشد که ћ ثابت پلانک cسرعت نور kثابت گرانشی و Mجرم سیاهچاله است. سئوال: هیچ چیز از افق واقعه نمی تواند خارج شود پس چگونه سیاهچاله تابش می کند؟ جواب این سئوال از طریق تولید زوج است. استيون هاوكينگ استدلال كرد كه زوج ذره‌هاي بسياري به طور غير منتظره، در افق رويداد يك سياهچاله به وجود مي‌ايند و از بين مي‌روند. بنابر تصور او، ابتدا يك زوج از ذرات مجازي ظاهر مي‌شود. قبل از آنكه اين زوج به يكديگر برسند و يكديگر را منهدم كنند، ذره‌اي كه انرژي منفي دارد از افق رويداد عبور كرده، وارد سياهچاله مي‌شود. آيا اين بدان معني است كه ذره با انرژي مثبت بايد همتاي بدبخت خود را، با هدف برخورد و منهدم كردن دنبال كند؟ نه. ميدان جاذبه در افق رويداد يك سياهچاله به قدر كافي قوي است كه با ذرات مجازي، حتي با ذرات بدبخت با انرژي منفي كار شگفت‌انگيزي مي‌كند: ميدان جاذبه مي‌تواند آنها را از « مجازي» به « واقعي» تبديل كند. اين تبديل، تغيير قابل ملاحظه‌اي در زوج به وجود مي‌آورد. آنها ديگر مجبور نيستند با يكديگر برخورد كرده و يكديگر را منهدم كنند. آنها مي‌توانند هر دو مدت بسيار طولانيتري، جدا از هم وجود داشته باشند. البته ذره با انرژي مثبت نيز مي‌تواند در سياهچاله بيفتد، ولي مجبور به چنين كاري نيست. او از مشاركت آزاد است، مي‌تواند بگريزد. براي يك مشاهده كننده از دور، به نظر مي‌آيد كه از سياهچاله بيرون آمده است. در حقيقت اين ذره، نه از بيرون،بلكه از نزديك سياهچاله مي‌آيد. در اين ضمن همتاي او انرژي منفي به سياهچاله وارد كرده است. تابشي كه به اين ترتيب از سياهچاله گسيل مي‌شود، تابش هاوكينگ ناميده مي‌شود. با تابش هاوكينگ، كه دومين كشف مشهور او در زمينه سياهچاله‌ها بود، استيون هاوكينگ نشان داد كه اولين كشف مشهور او، قانون دوم ديناميك سياهچاله (كه مساحت افق رويداد هيچ‌گاه نمي‌تواند كاهش يابد)، هميشه استوار نيست. تابش هاوكينگ اين معني را مي‌دهد كه يك سياهچاله مي‌تواند كوچك شده و در نهايت كاملاً از بين برود، چيزي كه يك مفهوم واقعاً اساسي است.هنگامی که ذرات فرار می کنند سیاهچاله یک مقداری از جرم و در نتیجه انرژی خود را از دست می دهد(E=mc2).توان ساطع شده به وسیله یک سیاهچاله در قالب تابش هاوکینگ می تواند به آسانی تخمین زده شود.برای یک مورد ساده غیر چرخشی ترکیب فرمول برای شعاع شوآرزشیلد یک سیاهچاله ،قانون استفان – بولتزمان در باره تابش جسم سیاه ، فرمول بالا برای دمای تابش و فرمول سطح افق واقعه به ما فرمول زیر را می دهد:
P=ћ*c6/15360ЛG2 M2
این فرمول از آن جایی ارزشمند است که هنوزاز کالبد گرانش کلاسیکی به دست نیا مده است.توان تابش هاوکینگ برای یک سیاهچاله با جرم خورشید10-28 وات است .مدت زمانی که طول می کشد تا یک سیاهچاله تبخیر شود عبارت است از:
Tev=5120*G2*M03 /ћ*c4
بنا براین برای یک ثانیه زندگی ،سیاهچاله باید جرمی در حدود 2.28*105 kg و توان آغازی 6.84*1021 w را دارا باشد. تناقض:بر اساس مدل هاوکینگ سیاهچاله تابشی را از خود بروز می دهد ولی تمامی اطلاعاتی که ممکن است به همراه خود از درون سیاهچاله بیرون بیاورد بر اساس خواص بنیادی سیاهچاله ها از بین می رود این مسئله با اصول مکانیک کوانتومی در تناقض آشکار است. در سال 1996 آندريو استرومينگر و كامران وفا با استفاده از نظريه ريسمانها بهمحاسبه ي انتروپي سياه چاله ها پرداختند وبه همان جواب هاوكينگ رسيدند. در سال 2004 فيزيكدانان با توجه به نظريه ريسمانها و كوانتوم مكانيك به محاسبه پرداختند و نشان دادند كه اطلاعات مي تواند از سياه چاله ها بگريزد و هاوكينگ نتيجه را پذيرفت.
سمیرا شیخی
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 |
|
Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons |
آرشیو موضوعی
|
|
از آغاز کودکی به پدیده های فیزیکی و قوانین حاکم بر جهان هستی کنجکاو بودم. از همان زمان دو کمیت زمان و انرژی بیش از همه برایم مبهم بود. می خواستم بدانم ماهیت زمان چیست و ماهیت انرژی چیست؟