عام

عشر حقائق عن الثقوب السوداء التي يجب على الجميع معرفتها

الثقوب السوداء ربما تكون الأكثر غموضا.كائنات الكون. بالطبع ، ما لم تكن الأشياء مخفية في مكان ما في أعماقنا ، وهو أمر لا نعرفه ولا يمكننا معرفته ، وهو أمر مستبعد. الثقوب السوداء هي كتلة هائلة وكثافة ، مضغوطة في نقطة واحدة من دائرة نصف قطرها صغير. الخواص الفيزيائية لهذه الأشياء غريبة لدرجة أنها تجبر علماء الفيزياء الفلكية والفيزياء الفلكية الأكثر تطوراً على حل اللغز. قامت سابينا هوسفندر ، عالمة فيزياء نظرية ، باختيار عشر حقائق عن الثقوب السوداء التي يجب على الجميع معرفتها.

ما هو الثقب الأسود؟

الخاصية المميزة للثقب الأسود هيالأفق. هذه هي الحدود التي تغلبت فيها على أي شيء ، ولا حتى الضوء ، يمكن أن يعود. إذا أصبحت منطقة منفصلة مفصولة إلى الأبد ، فإننا نتحدث عن "أفق الحدث". إذا تم فصله مؤقتًا فقط ، فنحن نتحدث عن "أفق مرئي". لكن هذا "مؤقتًا" يمكن أن يعني أيضًا أن المنطقة سيتم فصلها لفترة أطول بكثير من العصر الحالي للكون. إذا كان أفق الثقب الأسود مؤقتًا ، ولكنه طويل العمر ، فإن الفرق بين التمويه الأول والثاني.

ما حجم الثقوب السوداء؟

يمكنك أن تتخيل أفق الثقب الأسود ككرةوسيكون قطرها يتناسب طرديا مع كتلة الثقب الأسود. لذلك ، كلما سقطت كتلة أكبر في الثقب الأسود ، أصبح الثقب الأسود أكبر. بالمقارنة مع الأجسام النجمية ، فإن الثقوب السوداء صغيرة الحجم ، لأن الكتلة تُضغط في أحجام صغيرة جدًا تحت تأثير ضغط الجاذبية الذي لا يقاوم. على سبيل المثال ، يبلغ نصف قطر كتلة الثقب الأسود من كوكب الأرض بضعة ملليمترات فقط. هذا هو 1000000000 مرات أصغر من دائرة نصف قطرها الحالي للأرض.

يُطلق على نصف قطر الثقب الأسود نصف قطر Schwarzschild تكريماً لكارل Schwarzschild ، الذي اشتق أولاً الثقوب السوداء كحل لنظرية النسبية العامة لأينشتاين.

ما يحدث في الأفق؟

عندما تعبر الأفق ، لا شيء من حولكلا شيء خاص يحدث. كل ذلك بسبب مبدأ تكافؤ أينشتاين ، والذي يستتبع أنه من المستحيل أن نجد الفرق بين التسارع في الفضاء المسطح وحقل الجاذبية الذي يخلق انحناء الفضاء. ومع ذلك ، فإن أحد المراقبين بعيدًا عن الثقب الأسود ، الذي يراقب شخصًا آخر يسقط فيه ، سوف يلاحظ أن الشخص سوف يتحرك أكثر فأكثر ، يقترب من الأفق. كما لو أن الوقت القريب من أفق الحدث يتحرك ببطء أكثر من الأفق. ومع ذلك ، سيمر بعض الوقت ، وسيعبر المراقب الذي يسقط في الحفرة أفق الحدث وسيكون داخل دائرة نصف قطرها شوارزشيلد.

ما تواجهه في الأفق يعتمد علىقوى المد والجزر في مجال الجاذبية. تتناسب قوى المد والجزر في الأفق بشكل عكسي مع مربع كتلة الثقب الأسود. هذا يعني أن الثقب الأسود أكبر حجماً وأكثر قوة ، وأقل قوة. وإذا كان الثقب الأسود ضخمًا بدرجة كافية ، فيمكنك التغلب على الأفق قبل أن تلاحظ حدوث شيء ما. سيؤثر عليك تأثير قوى المد والجزر: يطلق على المصطلح التقني الذي يستخدمه الفيزيائيون للقيام بذلك "spaghettification".

في الأيام الأولى للنظرية النسبية العامة ، كان هناك اعتقاد بوجود تفرد في الأفق ، لكن هذا لم يكن كذلك.

ما هو داخل ثقب أسود؟

</ p>

لا أحد يعرف بالتأكيد ، لكن بالتأكيد ليس كتابًافوج. تتنبأ النظرية العامة للنسبية بوجود تباين في الثقب الأسود ، وهو المكان الذي تصبح فيه قوى المد والجزر كبيرة بشكل لا نهائي ، وبمجرد أن تتغلب على أفق الحدث ، لم يعد بإمكانك الذهاب إلى أي مكان باستثناء التفرد. وفقًا لذلك ، من الأفضل عدم استخدام الموارد الوراثية في هذه الأماكن - إنها ببساطة لا تعمل. لنقول ما يحدث داخل الثقب الأسود ، نحن بحاجة إلى نظرية الجاذبية الكمية. من المعترف به عمومًا أن هذه النظرية ستحل محل التفرد بشيء آخر.

كيف يتم تشكيل الثقوب السوداء؟

نحن نعرف حاليا عن أربعة مختلفةطرق لتشكيل الثقوب السوداء. نحن نفهم أفضل انهيار النجوم. يشكل النجم الكبير بما فيه الكفاية ثقبًا أسودًا بعد توقف تركيبه النووي ، لأنه تم تصنيع كل شيء يمكن توليفه بالفعل. عندما يتوقف الضغط الناتج عن التوليف ، تبدأ المادة في الانخفاض إلى مركز الثقل الخاص بها ، وتصبح أكثر كثافة. في النهاية ، يتم ضغطه بحيث لا يمكن لأي شيء التغلب على تأثير الجاذبية على سطح النجم: هكذا ولد الثقب الأسود. وتسمى هذه الثقوب السوداء "الثقوب السوداء للكتلة الشمسية" وهي الأكثر شيوعًا.

النوع الشائع التالي من الثقوب السوداءهي "ثقوب سوداء ضخمة" ، والتي يمكن العثور عليها في مراكز العديد من المجرات والتي تحتوي كتل أكبر بنحو مليار مرة من الثقوب السوداء للكتلة الشمسية. لم يعرف بعد بالضبط كيف تشكلت. من المعتقد أنه بمجرد أن بدأت الثقوب السوداء للكتلة الشمسية ، والتي تمتص في المجرات المكتظة بالسكان العديد من النجوم الأخرى ونمت. ومع ذلك ، يبدو أنها تمتص المادة بشكل أسرع مما توحي به هذه الفكرة البسيطة ، وما زال كيفية إجراء ذلك موضوع البحث.

الأفكار الأكثر إثارة للجدل هي الثقوب السوداء الأولية ،التي يمكن أن تتشكل من قبل أي كتلة تقريبا في تقلبات الكثافة الكبيرة في الكون في وقت مبكر. على الرغم من أن ذلك ممكن ، إلا أنه من الصعب العثور على نموذج ينتج عنه دون إنشاء كمية زائدة منه.

أخيرًا ، هناك فكرة مضاربة جدًاعند مصادم هادرون الكبير ، يمكن أن تتشكل ثقوب سوداء صغيرة مع كتل قريبة من كتلة بوس هيغز. هذا يعمل فقط إذا كان الكون لدينا أبعاد إضافية. في حين لم يكن هناك دليل لصالح هذه النظرية.

كيف نعرف أن الثقوب السوداء موجودة؟

لدينا الكثير من الأدلة الرصدية.وجود كائنات مدمجة ذات كتل كبيرة لا تنبعث منها ضوء. هذه الأشياء تفرض نفسها على جذب الجاذبية ، على سبيل المثال ، بسبب حركة النجوم الأخرى أو السحب الغازية من حولهم. كما أنها تخلق عدسة الجاذبية. نحن نعلم أن هذه الأشياء ليس لها سطح صلب. يأتي هذا من الملاحظات ، لأن المادة التي تسقط على جسم ذي سطح ، يجب أن تنبعث منها جزيئات أكثر من المادة التي تسقط في الأفق.

لماذا قال هوكينج العام الماضي أن الثقوب السوداء غير موجودة؟

لقد كان يعني أن الثقوب السوداء لا تملك أفقًا أبديًا للأحداث ، ولكن أفقًا ظاهرًا مؤقتًا (انظر النقطة الأولى). بالمعنى الدقيق للكلمة ، يعتبر أفق الحدث فقط ثقب أسود.

كيف تنبعث الثقوب السوداء من الإشعاع؟

الثقوب السوداء تنبعث من الإشعاع بسبب الكمالآثار. من المهم أن نلاحظ أن هذه هي الآثار الكمية للمادة ، وليس الآثار الكمومية للجاذبية. يغير الوقت الديناميكي للثقب الأسود المنهار من تعريف الجسيم. مثل مرور الوقت ، الذي يتم تشويهه بجانب الثقب الأسود ، يعتمد مفهوم الجزيئات بشكل كبير على المراقب. على وجه الخصوص ، عندما يعتقد مراقب يسقط في ثقب أسود أنه يسقط في فراغ ، فإن المراقب بعيدًا عن الثقب الأسود يعتقد أن هذا ليس فراغًا ، ولكنه مساحة مليئة بالجزيئات. إنه امتداد الزمان والمكان الذي يسبب هذا التأثير.

اكتشف لأول مرة من قبل ستيفن هوكينج ،يطلق على الإشعاع المنبعث من ثقب أسود إشعاع هوكينج. هذا الإشعاع لديه درجة حرارة تتناسب عكسيا مع كتلة الثقب الأسود: أصغر الثقب الأسود ، وارتفاع درجة الحرارة. في الثقوب السوداء النجمية الفائقة التي نعرفها ، تكون درجة الحرارة أقل بكثير من درجة حرارة خلفية الميكروويف وبالتالي لا يتم ملاحظتها.

ما هي مفارقة المعلومات؟

مفارقة فقدان المعلومات بسبب الإشعاعهوكينغ. هذا الإشعاع حراري بحت ، أي عن طريق الصدفة ، وله خصائص معينة درجة حرارته فقط. لا يحتوي الإشعاع نفسه على أي معلومات حول كيفية تكوين الثقب الأسود. ولكن عندما ينبعث ثقب أسود من الإشعاع ، فإنه يفقد الكتلة والعقود. كل هذا مستقل تمامًا عن المادة التي أصبحت جزءًا من الثقب الأسود أو التي تشكلت منه. اتضح ، مع العلم فقط الحالة النهائية للتبخر لا يمكن أن يقال ، والتي شكلت من ثقب أسود. هذه العملية "لا رجعة فيها" - والعقبة هي أنه لا توجد مثل هذه العملية في ميكانيكا الكم.

اتضح أن تبخر الثقب الأسود لا يتوافق معنظرية الكم ، معروفة لدينا ، ومع هذه الحاجة إلى القيام بشيء ما. بطريقة ما القضاء على التناقضات. يعتقد معظم علماء الفيزياء أن الحل هو أن إشعاع هوكينج يجب أن يحتوي بطريقة ما على معلومات.

ماذا تقدم هوكينغ لحل مفارقة المعلومات الخاصة بالثقب الأسود؟

والفكرة هي أن الثقوب السوداء ينبغي أن يكونوسيلة لتخزين المعلومات التي لم يتم قبولها بعد. يتم تخزين المعلومات في أفق الثقب الأسود ويمكن أن تسبب نزوح صغير من الجزيئات في إشعاع هوكينج. في هذه الإزاحات الصغيرة ، قد تكون هناك معلومات حول المسألة التي وقعت فيها. التفاصيل الدقيقة لهذه العملية غير محددة حاليًا. ينتظر العلماء ورقة تقنية أكثر تفصيلاً من ستيفن هوكينج ومالكولم بيري وأندرو سترومنجر. يقولون أنه سيظهر في أواخر سبتمبر.

في هذه اللحظة نحن متأكدون من أن الثقوب السوداءموجود ، نحن نعرف أين هم ، وكيف يتم تشكيلها وماذا سيكونون في النهاية. لكن تفاصيل المكان الذي تصل إليه المعلومات لا تزال تمثل واحدة من أعظم أسرار الكون.