بالحديث عن الثقوب السوداء ، فإن مصطلح الثقوب السوداء صاغه العالم الأمريكي (جون ويلر) فقط في القرن التاسع عشر كفكرة كانت موجودة منذ مائتي عام قبل ذلك ، عندما كانت هناك نظريتان حول الضوء - ثنائية الضوء ، أي. الموجات والجسيمات (الجسيمات).
في ذلك الوقت ، قوبلت فرضية الثقب الأسود بمقاومة لأن العلماء لم يكن لديهم أدلة كافية على ذلك. في عام 1915 ، أصدر ألبرت أينشتاين أعظم اكتشاف له (نظرية النسبية) والذي اقترح أن الجاذبية يمكن أن تثني بُعد الزمكان وهذا هو السبب في أن جسيمات الضوء (الفوتونات) التي لها كتلة قريبة من الصفر يمكن أن تتأثر بالجاذبية ، وهذا يؤدي إلى ظاهرة الثقوب السوداء. .
ليس حفرة
الثقب الأسود ليس ثقبًا (مجوفًا) في الكون (الزمكان) ، على عكس ما تعتقده! الثقب الأسود هو نجم (نصف قطره صغير ولكنه كبير للغاية وكتلة مضغوطة) انهار تحت تأثير جاذبيته عندما استُهلك "وقود" النجم وتقلصت كتلته عدة مرات منذ البداية (تأكد من فهمك لدورة الحياة. النجوم لفهم أصول الثقوب السوداء). سمي بالثقب الأسود بسبب شيئين ، وهما:
- يمتص هذا الجسم المضغوط أي مادة قريبة منه ، مثل الثقب - نعم ، إنها مكنسة كهربائية!
- أي مادة (قل الضوء) ، لن يتمكن الضوء الذي تم امتصاصه من الخروج منه مرة أخرى. يتفق هذا مع وصف إشعاع الجسم الأسود - فهو يمتص الضوء تمامًا (e = 1).
من المستحيل أن تهرب أي مادة من ثقب أسود ، (شعاع) من الضوء وحده غير قادر ، ناهيك عن مادة أخرى ، غير موجود! - لأنه لا يمكن لأي شيء أن يتجاوز سرعة الضوء (وفقًا لنظرية النسبية) وبالتالي لا يمكن الهروب من كل شيء (و لا تتوقع أبدًا الهروب من حضن الثقب الأسود!).
حاليا، العلماء يفكرون في ما يمكننا خلق مادة / يهم يمكن أن يكون لها سرعة (في الفراغ ) أن يتجاوز سرعة الضوء ؟ (ومن غير المعروف كيف سيستجيب الضوء للجاذبية).
كيف تجد الثقب الأسود إذا كان الضوء وحده لا يستطيع الخروج منه؟ (تذكر أننا لا نستطيع رؤية جسم ما دون مساعدة الضوء والكون مظلم وبارد للغاية.) يمكن العثور على الثقوب السوداء بمساعدة المواد الموجودة في الفضاء الخارجي ، وهي مادة قريبة من الثقب الأسود ستدور حولها وتحيط بها أيضًا. ، سيتم إنشاء قرص مسطح يسمى قرص التراكم نتيجة لذلك.
تفقد هذه المادة الدوارة طاقتها ومن ثم "تنفث" إشعاعات على شكل أشعة سينية بالإضافة إلى إشعاع كهرومغناطيسي ، قبل أن تمر أخيرًا عبر أفق الحدث.تم العثور على الثقب الأسود المسمى Cygnus X-1 في نظام نجمي ثنائي (نجمان يدوران حول بعضهما البعض) يتصرف بغرابة شديدة ، وعلماء الفلك مرتبكون ويتساءلون لماذا هذا؟ بعد مزيد من الدراسة ، اتضح أن النجم كان يدور بالفعل حول ثقب أسود (Cygnus X-1) على بعد 6000 سنة ضوئية من الأرض.
استنادًا إلى النظرية العامة للنسبية ، يُذكر أن الجاذبية يمكن أن تثني الزمكان. تدور الأرض حول الشمس (كاملة) في 365.25 يومًا. ويرجع ذلك إلى (نتيجة انحناء) جاذبية الشمس التي تجعل الأرض تدور حولها.والأرض أيضا تشوه الزمكان من حولها وبالتالي يدور القمر حولها (متتبعا الانحناء).
اقرأ أيضًا: أين تقع نيوزيلندا القديمة؟تشوه جاذبية هذا الكائن ذي الوضع (الكبير) الزمكان حوله ، ونتيجة لذلك ، فإن أي جسم قريب منه سيدور بحيث يخلق مسارًا مداريًا (كواكب ، أقمار ، إلخ) وفي فترات مختلفة لإكمال واحد. دوران كامل (360 درجة). في الصورة أعلاه (الشكل 1.2) ، انتبه للخطوط التي يتكون منها الويب ، وهذا ما يسمى الزمكان .
ببساطة ، تخيل أنك وصديقك تمدان قطعة قماش (بينكما) وتضعان قطعة من الرخام (ستشير إلى منتصف القماش) ، وبعد ذلك سيكون هناك منحنى ، أليس كذلك؟ هذه هي قوة الجاذبية الحقيقية ، قوة الجاذبية للثقب الأسود قوية جدًا جدًا مقارنة بالشمس أو النجم النيوتروني (الشكل 1.1).
نحن نعلم الآن أن الثقب الأسود ليس ثقبًا مجوفًا في الكون! (الثقب الأسود هو نجم انهار ولديه قوة جاذبية قوية لدرجة أنه حتى الضوء لا يستطيع الهروب منه!)
إذن ما هو بالضبط "الثقب" الأسود؟
تحتوي الثقوب السوداء في الواقع على 3 أجزاء ، وهي ؛ Ergosphere ، أفق الحدث ، والتفرد. (عند الاقتراب من كل جزء من هذه الأجزاء ، سوف نشعر بتأثير مختلف.) إذا اقتربنا من ثقب أسود ، فسنواجه الغلاف الجوي أولاً قبل مواجهة أفق الحدث والتفرد في النهاية.
Ergosphere: هو الجزء الخارجي من أفق الحدث الدوار ، حيث سيتم تشويه الزمكان بسبب قوة القص (الدوران) هذه.
أفق الحدث (أفق الحدث): هو الحد الفاصل بين الزمكان داخل الثقب الأسود ، كل الأحداث التي تحدث (هنا) لا يمكن أن تتأثر بعد الآن .
التفرد: هي النقطة المركزية للثقب الأسود ، في تفرّد كثافة الكتلة ولانهاية انحناء الزمكان .
أي مادة في ergosphere لا يزال بإمكانها الهروب بمساعدة قوى الدوران (التي تكون سريعة جدًا) من الغلاف الجوي نفسه. ومع ذلك ، إذا دخلت أفق الحدث ، فلن تتمكن أي مادة من الهروب ، وسوف تتعرض أي مادة للضغط بشكل متزايد من خلال قوة جاذبية الثقب الأسود وفي النهاية ستكون في حالة فردية (ستكون هنا إلى الأبد!).
في حالة التفرد ، لن يتم تطبيق جميع قوانين الفيزياء التي عرفناها حتى الآن! - وهناك توحيد للقوى الأساسية للكون (قوة الجاذبية والقوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية والقوة النووية الضعيفة) . من غير المعروف كيف يحدث مخطط اتحادات القوى / المكونات ، ولا يمكن تفسير ما هو موجود بالفعل في التفرد.
في هذه المرحلة ، عرفنا واحدًا تلو الآخر ما تعنيه حقًا Ergosphere و Event Horizon و Singularity. بافتراض أن الثقب الأسود هو كرة صلبة ، يجب أن يكون له نصف قطر وقطر ، أليس كذلك؟
هذا الشعاع هو المسافة بين التفرد وأفق الحدث (الشكل 1.3) ، والتي تسمى نصف قطر Schwarszchild (مأخوذة من عالم كان له الفضل في تطوير نظرية الثقب الأسود). يعتمد نصف قطر schwarszchild على قيمة الكتلة ، فكلما زادت الكتلة زاد نصف القطر.
يوضح نصف قطر Schwarszchild أن هناك نوعين (مهمين) من الطاقات في العمل عندما تكون هذه الطاقات في الثقب الأسود هي الطاقة الحركية وطاقة الجاذبية الكامنة. نعم ، هم مرتبطون ارتباطًا وثيقًا جدًا. إذا وجدت أن صيغة نصف قطر schwarzschild هي R = 2GM / c² ، كيف تحصل على الصيغة؟ لا تقلق ، فهي تأتي من العلاقة بين الطاقة الحركية (Ek) وطاقة الجاذبية الكامنة (Ep). يُعطى أن Ek هو مقدار الطاقة الناتج عن الحركة وأن Ep هو الطاقة (الإجمالية) عند الراحة.
Ek = Ep1 / 2mv² = GMm / R
1 / 2v² = GM / R
v² = 2GM / R
لأنه في الفراغ ، ثم v = c.
ج² = 2 جم / ر
R = 2GM / c².
(هذه هي الطريقة التي تأتي بها صيغة نصف قطر schwarszchild.)
باستخدام الحسابات من الصيغة ، إذا أردنا أن نجعل الأرض ثقبًا أسودًا ، فإن الأرض ليست سوى بحجم حبة البازلاء (لاحقًا) ولكنها تحتوي على كتلة الأرض بأكملها ، تخيل؟ وإذا كانت الشمس ، فإن نصف قطرها لا يتجاوز 3 كيلومترات. (على الرغم من أن الأرض ستكون بحجم حبة البازلاء إذا أصبحت ثقبًا أسود ، أراهن أنك لن تكون قادرًا على رفعها!)
اقرأ أيضًا: ما هو الأشعة تحت الحمراء؟نحن بحاجة إلى طرح السؤال ، "إذا دخل أي شخص في ثقب أسود ، فماذا سيكون مصير الأمر؟" أي مادة دخلت الثقب الأسود يمكن أن تكون الاحتمالين التاليين ، وسوف يفعل ؛
- انضم إلى الثقب الأسود ، وبالتالي فإن كتلة الثقب الأسود تكبر أيضًا ، أو
- أن تكون في حالة التفرد لفترة غير معروفة (هذا مفسّر بالفعل في فيزياء الكم).
على الرغم من أن الثقوب السوداء قوية بشكل لا يصدق ، إلا أن الثقوب السوداء في الحقيقة لا وجود لها إلى الأبد ، إلا أنها تتمتع أيضًا بنفس الدورة مثل البشر - فهي `` تولد '' ولن تكون موجودة بالتأكيد. كيف يموت الثقب الأسود؟ تذكر أن الثقوب السوداء تدور أيضًا وبعضها ثابت أو ثابت.
وفقًا للفيزيائي الروسي ياكوف زيلدوفيتش (Яков Зелдовичь) وزملاؤه صرحوا أنه وفقًا لمبدأ عدم اليقين لميكانيكا الكم ، يجب أن تنتج الأجسام الدوارة الجسيمات وتنبعث منها.
جادل الفيزيائي ستيفن هوكينغ أيضًا بأن الثقوب السوداء لابد أن تكون قد أصدرت بعض الإشعاع - أصبح هذا الإشعاع يُعرف باسم إشعاع الصقر ، وهو إشعاع ناتج عن تأثيرات الكم حول أفق الحدث.
كلما زاد دورانه ، زاد إطلاق الإشعاع ، ونتيجة لذلك ، ستنخفض كتلة الثقب الأسود وتتقلص ، مما يختفي في النهاية ؛ موت! ومع ذلك ، فنحن كبشر لن نشهد أبدًا موت الثقب الأسود ، لأنه مع كتلته الهائلة يستغرق وقتًا طويلاً حتى يتقلص الثقب الأسود ، وكلما كبرت الكتلة كلما طال عمره.
الثقوب السوداء بها الكثير من الألغاز - إنها ثقوب سوداء! إنه شراسة في ظلمة الكون. كإنسان ، يمكنك فقط معرفة المظهر الخارجي ، وبالطبع ، فإن الثقوب السوداء مرعبة أكثر مما وصفته هنا. نعم ، على الأقل نحن نعرف بالفعل ما هي الثقوب السوداء وكيف تكون ، ولماذا ولماذا.
هذا يكفي ، ونأمل أن يكون مفيدا وشكرا.
هذه الورقة هي عمل الطلبات المقدمة من المؤلف. يمكنك أيضًا كتابة كتاباتك الخاصة بالانضمام إلى مجتمع Saintif