تعرفوا معنا .. ما هو الثقب الأسود؟

سؤال: ما هو الثقب الأسود؟

ما هو الثقب الأسود؟ متى تشكل الثقوب السوداء؟ هل يمكن للعلماء رؤية ثقب أسود؟ ما هو "أفق الحدث" لثقب أسود؟

الجواب: الثقب الأسود هو كيان نظري تتنبأ به معادلات النسبية العامة . يتشكل ثقب أسود عندما يتعرض نجم الكتلة الكافية للانهيار الجاذبي ، مع ضغط معظم أو كل كتلته إلى مساحة صغيرة بما فيه الكفاية ، مما يتسبب في انحناء الزمكان غير المحدود عند هذه النقطة ("التفرد").

مثل هذا الانحناء الهائل في زمن الفضاء لا يسمح بأي شيء ، ولا حتى ضوء ، بالهروب من "أفق الحدث" أو الحدود.

لم يتم ملاحظة الثقوب السوداء مباشرة ، على الرغم من أن توقعات تأثيراتها تطابق الملاحظات. توجد حفنة من النظريات البديلة ، مثل الأجسام الانهيارية المغنطيسية (MECOs) ، لتفسير هذه الملاحظات ، ومعظمها يتجنب التفرد الزماني في مركز الثقب الأسود ، لكن الغالبية العظمى من الفيزيائيين يعتقدون أن تفسير الثقب الأسود هو التمثيل المادي الأكثر احتمالا لما يحدث.

ثقوب سوداء قبل النسبية

في القرن الثامن عشر ، كان هناك البعض الذي اقترح أن جسمًا فائقًا قد يضيء فيه. كانت البصريات النيوتونية نظرية جسيمية للضوء ، وتعامل الضوء كجزيئات.

نشر جون ميشيل ورقة في عام 1784 تنبأت بأن الجسم الذي له نصف قطره 500 مرة من جسم الشمس (ولكن بنفس الكثافة) سيكون له سرعة هروب من سرعة الضوء على سطحه ، وبالتالي يكون غير مرئي.

غير أن الاهتمام بالنظرية توفي في القرن العشرين ، مع ظهور نظرية الموجة للضوء.

عندما نادرا ما يشار إليها في الفيزياء الحديثة ، يشار إلى هذه الكيانات النظرية باسم "النجوم السوداء" لتمييزها عن الثقوب السوداء الحقيقية.

ثقوب سوداء من النسبية

في غضون أشهر من نشر أينشتاين النسبية العامة في عام 1916 ، أنتج الفيزيائي كارل شوارتزيلدد حلا لمعادلة آينشتاين لكتلة كروية (تسمى مقياس شوارتسكيلد ) ...

مع نتائج غير متوقعة.

كان التعبير عن نصف القطر سمة مزعجة. يبدو أنه بالنسبة لنصف معين ، سيصبح مقام المصطلح صفرًا ، مما قد يؤدي إلى "تفجير" المصطلح رياضيًا. يتم تعريف هذا نصف القطر ، المعروف باسم نصف قطر شوارتسكيلد ، r s ، على النحو التالي:

r s = 2 GM / c 2
G هو ثابت الجاذبية ، M هو الكتلة ، و c هي سرعة الضوء.

منذ أن ثبت أن عمل شوارتسكيلد مهم للغاية لفهم الثقوب السوداء ، فإنه من قبيل المصادفة الغريبة أن يترجم اسم شوارتزتلد إلى "الدرع الأسود".

خصائص الثقب الأسود

يعتبر الكائن الذي يقع فيه كتلة M بالكامل داخل r r بمثابة ثقب أسود. أفق الحدث هو الاسم المعطى إلى r s ، لأن من نصف القطر هذا ، سرعة الهروب من ثقل الثقب الأسود هي سرعة الضوء. الثقوب السوداء تستمد قوتها من خلال قوى الجاذبية ، ولكن لا يمكن لأي من هذه الكتلة أن يهرب.

غالباً ما يتم شرح الثقب الأسود من حيث جسم أو كتلة "تقع في".

Y الساعات X الخريف في ثقب أسود

يلاحظ Y الساعات المثالية على X التي تتباطأ ، حيث تتجمد في الوقت الذي يصل فيه X إلى r s
يلاحظ Y الضوء من X الانزياح الأحمر ، ليصل إلى ما لا نهاية في r s (وهكذا تصبح X غير مرئية - ومع ذلك يمكننا أن نرى بعض الوقت على مدار الساعة. أليس الفيزياء النظرية كبيرة؟)
يرى X تغيرًا ملحوظًا ، من الناحية النظرية ، على الرغم من أنه بمجرد تجاوزه ، فمن المستحيل أن يهرب من جاذبية الثقب الأسود. (حتى الضوء لا يمكنه الهروب من أفق الحدث.)
تطوير نظرية الثقب الأسود

في العشرينيات من القرن العشرين ، استنتج الفيزيائيون سوبراهمانيان شاندراسيخار أن أي نجم أكثر ضخامة من 1.44 كتلة شمسية ( حد تشادراسيخار ) يجب أن ينهار تحت النسبية العامة. يعتقد الفيزيائي آرثر إيدنجتون أن بعض الممتلكات من شأنها أن تمنع الانهيار. كلاهما كان على حق ، بطريقتهما الخاصة.

تنبأ روبرت أوبنهايمر في عام 1939 بأن نجمًا فائق الكتلة يمكن أن ينهار ، وبالتالي يشكل "نجمًا مجمدًا" في الطبيعة ، وليس فقط في الرياضيات. يبدو أن الانهيار سيتباطأ ، في الواقع يتجمد في الوقت الذي تتقاطع فيه. سيشهد ضوء النجم انزياحًا أحمرًا ثقيلًا عند r s .

لسوء الحظ ، اعتبر العديد من علماء الفيزياء أن هذا ليس إلا سمة من سمات الطبيعة المتناظرة للغاية لمقياس شوارتزتايلد ، معتقدين أن هذا الانهيار لن يحدث في الواقع بسبب عدم التناظر.

لم يكتشف الفيزيائيان ستيفن هوكينج وروجر بنروز حتى عام 1967 - أي بعد مرور 50 عامًا على اكتشاف المرض - أن الثقوب السوداء فقط كانت نتيجة مباشرة للنسبية العامة ، ولكن أيضًا لم تكن هناك طريقة لوقف مثل هذا الانهيار. . وقد دعم اكتشاف هذه النجوم النابضة النظرية ، وبعد ذلك بوقت قصير ، ابتكر الفيزيائي جون ويلر مصطلح "الثقب الأسود" للظاهرة في محاضرة 29 ديسمبر 1967.

وشملت الأعمال اللاحقة اكتشاف إشعاع هوكينغ ، حيث يمكن للثقوب السوداء أن تصدر إشعاعات .

الثقب الأسود المضاربة

الثقوب السوداء هي حقل يجذب المنظرين والمجرّبين الذين يريدون تحديًا. اليوم هناك اتفاق عالمي تقريبا على وجود ثقوب سوداء ، رغم أن طبيعتها الدقيقة لا تزال محل شك.

يعتقد البعض أن المادة التي تقع في الثقوب السوداء قد تعود إلى مكان
آخر في الكون ،كما هو الحال في ثقب الدود .

إحدى الإضافات المهمة لنظرية الثقوب السوداء هي إشعاع هوكينغ ، الذي طوره الفيزيائي البريطاني ستيفن هوكينج في عام 1974.