سياهچاله و مباحث مربوط به آن[مقاله]

تلاش براي ديدن سايه سياهچاله

به گفته اخترشناسان طي چند سال آينده ميتوان سايه كلي سياهچاله واقع در مركز كهكشان راه شيري را مشاهده كرد.

در هسته كهكشان راه شيري يك سياهچاله پرجرم قرار دارد كه نور را به درون خود مي مكد و بدين ترتيب باعث نامرئي شدن خود مي شود. اما اختر شناسان مي گويند كه طي چند سال آينده قادر خواهند شد سايه كلي اين سياهچاله را مشاهده كنند.

آوري برادريك (Avery Broderick) از مركز اختر فيزيك هاروارد مي گويد" كليد و اساس اختر شناسي سياهچاله اي اكنون در چنگ ماست. ما اكنون مي توانيم سايه اي كه سياهچاله بر روي مواد اطراف خود مي اندازد مشاهده كرده و اندازه و چرخش خود سياهچاله را تعيين كنيم.هيچ چيز حتي نور نمي تواند از حوزه گرانشي شديد يك سياه چاله فرار كند. و به دليل اينكه از خود نور يا هر گونه شكلي از ماده منتشر نمي كند ، مدرك قابل روئيتي از وجود آنها در دست نيست. اما همينكه ماده به داخل كشيده مي شود ، گرم شده و انرژي را به صورت "نقاط داغ" (Hot Spots) منتشر مي كند. بخشي از اين تابش فرار كرده و قابل رديابي مي گردد. اختر شناسان قبلا تابش ناشي از نقاط داغ را درست بيرون از سياهچاله رديابي كرده اند. آنها عقيده دارند كه اين تابشها پس زمينه اي را ترسيم مي كند كه شناسه و به عبارت ديگر سايه سياهچاله بر روي آن خودنمائي مي كند.به دليل اينكه فن آوري جهت روئيت اين سايه تا چند سال آينده امكان پذير نخواهد بود ، برادريك و آويل اوب از مركز اختر فيزيك هاروارد مدلي را طراحي كرده اند كه ظاهر اين سايه را پيش بيني مي كند.

نقطه داغ تابش به دور سياهچاله مي چرخد اما محققين نمي دانند كه آيا خود سياهچاله هم مي چرخد يا نه. بنابراين Broderick و Loeb دو حالت را ايجاد كردند : يكي سياهچاله بدون حركت و ديگري چرخش با حداكثر سرعت. در هر كدام از حالتها ، نقطه داغ بصورت يك حباب با رنگهاي رنگين كماني كه به دور يك صفحه آبي سخت مي چرخد نمايش داده مي شود. صفحه آبي نمايانگر صفحه پيوسته سياهچاله است كه ماده در آن جمع و داغ مي شود تا در نهايت به درون خود سياه چاله مكيده شود.برادريك مي گويد" مشاهده تمام وقايع تا لبه سياهچاله واقع در مركز كهكشان راه شيري يك رصد واقعا قابل ملاحظه است: چاله اي با قطر 10 ميليون مايل كه بيش از 25.000 سال نوري دور مي باشد. بمنظور روئيت اين سايه ، اختر شناسان به راديو تلسكوپي نياز دارند كه به بزرگي كره زمين باشد. يك چنين تلسكوپي كما بيش درتحقيقات استفاده مي شود. به جاي راديو تلسكوپي كه اندازه غول آساي آن امكان ساخت را غير ممكن مي كند ، اختر شناسان قرائتهاي مجموعه اي از تلسكوپهاي submillimeter سراسر قاره را ادغام خواهند كرد.

قبلا از اين روش كه interferometry ناميده مي شود براي مطالعه پرتوها و علائم طول موج بلند فضاي خارج استفاده شده است. اختر شناسان معتقدند كه بررسي علائم طول موج كوتاه مي تواند تصاويري با كيفيت بالا از ناحيه بيروني سياهچاله ايجاد كند. چاه گرانشي موجود در مركز كهكشان راه شيري بهترين هدف براي رصد با استفاده از interferometry مي باشد زيرا اين روش وسيع ترين منطقه از آسمان را براي رصد سياهچاله پوشش مي دهد. ادغام نتايج رصدهاي انجام شده توسط ابزارهاي فروسرخ مي تواند تصوير با كيفيت تري بوجود آورد.لينكولن گرين هيل (Lincoln Greenhill) از مركز اختر فيزيك هاروارد مي گويد: رصدهاي فرو سرخ و Submillimeter مكمل يكديگر هستند. ما مي بايد هر دو روش را براي بوجود آوردن با كيفيت ترين رصدها مورد استفاده قرار دهيم. اين تنها راهي است كه بتوان يك تصوير كامل از مركز كهكشاني بدست آورد." اما يك تصوير واضح و شفاف از اين سياهچاله تنها حسن شناسائي و رويت سايه آن نيست. اين داده ها در نهايت به اختر شناسان كمك خواهد كرد تا فرضيه نسبيت عام انيشتين را در ميان ميدان گرانشي شديدا قدرتمند يك سياهچاله مورد آزمايش قرار دهند.زمانيكه اختر شناسان به اين هدف نايل شوند ، اولين تصوير از سايه سياهچاله و صفحه يكنواخت درون آن به كتابهاي درسي راه خواهد يافت و نظريات ما در مورد گرانش گستره فضا- زمان كه قويا منحني تصور مي شود مورد آزمايش قرار خواهند گرفت.

سالهاست كه يكي از اسرار كيهان اخترشناسان را شگفت زده كرده است. ولي آنها تصور مي كنند كه پاسخي براي اين معما يافته اند.

به هر سو از آسمان كه نگاه مي كنيم تابشهاي پراكنده اي از تشعشع پرتو ايكس پس زمينه را مي بينيم. اما اين تشعشع از كجا منشا مي گيرد؟

اختر شناسان رصد خانه پرتو ايكس چاندرا را براي 23 روز طي يك دوره 2 ساله به سمت قسمتي از آسمان نشانه رفته اند و 600 منبع را مشخص و تعيين كردند.

اين تابش در واقع تابش پس زمينه نيست بلكه تشعشع پرتو ايكسي است كه از صدها ميليون سياهچاله فوق حجيم كه مشابه آن در مركز كهكشان راه شيري قرار دارد گسيل مي شود.

نيل براندت ، پروفسور اختر شناسي و اختر فيزيك مي گويد" ما تلاش كرديم تا آماري از تمامي سياهچاله را تهيه كنيم و بدانيم كه شكل آنها چگونه است. ما همچنين قصد داشتيم تا چگونگي رشد سياهچاله ها را طي تاريخ كيهان مشخص و اندازه گيري كنيم."



پژوهشگران نگاه و رصد خود را روي گسيلهاي پرتو ايكس متمركز كردند زيرا نواحي اطراف سياهچاله ها پرتوهاي ايكس و نور مرئي منتشر مي كنند. ماهيت نافذ پرتوهاي ايكس شيوه مستقيمي را براي تشخيص ساهچاله ها فراهم مي آورد.

براندت اضافه مي كند" ما سياهچاله هاي فوق حجيم فعالي را در مركز كهكشانهاي بزرگ پيدا كرديم. كهكشان ما نيز در مركز خود سياهچاله اي دارد كه اندازه آن معادل 2.6 ميليون جرم خورشيدي است. امروزه سياهچاله كهكشان ما فعال نيست ولي احتمال مي دهيم كه در گذشته فعال بوده است." آنچه كه پژوهشگران به آن دست يافتند اين است كه تعداد سياهچاله هاي فوق حجيم بيشتر از انتظار قبلي اخترشناسان است. اين پژوهشگران همچنين دريافتند كه سياهچاله ها به گونه اي متفاوت از آنچه كه آنها قبل از رصدهاي چاندرا تصور مي كردند تكامل يافته اند. با ملاك قرار دادن 600 سياهچاله اي كه چاندرا موفق به يافتن آنها شد ، براندت اين نظر و پيشنهاد را مطرح مي كند كه حدود 300 ميليون سياهچاله فوق حجيم در كل گستره آسمان وجود دارد.



اطلاعات بيشتر : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]



[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

سیاه چاله ها در کهکشان راه شیری
سیاه چاله ها منطقه ای از فضا هستند که میدان گرانشی بسیار قوی دارند که هیچ چیزحتی نور قادر به گریز از آن نیست.
دلایل رصدی بسیار محکمی اخیراً پیدا شده که وجود سیاه چاله های در حال چرخش حول ستاره های نسبتاً معمولی در کهکشان راه شیری ما و مرکز چندین کهکشان دیگر را تأیید می کند. جرم این ها عموماً ۱۶-۴ برابر جرم خورشید هستند در حالی که سیاه چاله ها جزء "سیاه چاله های بسیار پر جرم" با جرمی حدود میلیون تا بیلیون برابر جرم خورشید هستند. دلایل به خصوص برای وجود سیاه چاله پر جرم در مرکز کهکشان راه شیری محکم می باشد.
سیاه چاله ها منطقه ای از فضا هستند که میدان گرانشی بسیار قوی دارند که هیچ چیزحتی نور قادر به گریز از آن نیست. این حالت نیازمند یک جسم بسیار فشرده با حجم بسیار کم می باشد که سرعت فرار، به سرعت نور برسد(یا حتی از آن هم زیادتر شود). یک جرم فرضی M یک سیاه چاله را تشکیل می دهد اگر شعاع آن به مقداری زیر شعاع شوارتسشیلد کاهش پیدا کند. Rs=۲GM/c۲ ، که G ثابت گرانش نیوتون و c سرعت نور است. برای مثال برای جرم خورشید(۱Msun)، Rs≈۳ Km می باشد. در مورد یک سیاه چاله ی غیرچرخشی یا ثابت، کره ای که r=Rs "افق رویداد" نامیده می شود—هیچ چیز نمی تواند از آن بگریزد! براساس نسبیت عام کلاسیک، همه ی مواد داخل سیاه چاله در یک نقطه با چگالی بینهایت در مرکز سیاه چاله، به نام تکینگی فشرده می شوند. نور و ماده توسط انحنا بینهایت مکان-زمان و نه به وسیله ی نیروی جاذبه ی نیوتونی F=GMm/R۲ (که R فاصله ی بین جرم M وm است) به دام می افتند، در حقیقت در مورد نور (m=۰) قانون نیوتونی کاملاً غلط است.
سیاه چاله های جرم اختری به عنوان نقطه ی پایان تکامل طبیعی بعضی از انواع ستارگان پذیرفته شده اند. یک ستاره که در ابتدا بزرگتر از ۱۰Msun باشد در آخر حیاتش ناپایدار می گردد: در حین اینکه لایه های بیرونی دفع می شوند هسته می رمبد بعد دوباره به وسیله ی هسته بازگرداننده می شوند و به وسیله ی نوترینو فشرده می شوند.(نوترینو ذره های خنثی و تقریبا بدون جرمی هستند که در اولین ثانیه های مرگ ستاره به صورت خیلی زیاد منتشر می شوند.) معمولاً رمبش هسته های از این قبیل یک ابرنواختر(منفجر شدن ستاره) یک ستاره ی نوترونی—یک کره ای با شعاع ۱۰ تا ۱۵ کیلومتر و جرم ۱.۴Msun را تشکیل می دهد. اما در بعضی موارد هسته ممکن است آنچنان پرجرم باشد که خودش را نگه دارد: حداکثر جرم نظری قطعی یک ستاره ی نوترونی ۳Msun است، و حداکثر جرم واقعی ممکن است تقریباً کمتر باشد(۱.۵ تا ۲ Msun ). رمبش گرانشی قوی اگر ادامه پیدا کند یک سیاه چاله را تشکیل می دهد. یک سناریو دیگر که امکان اتفاقش وجود دارد، پیوند دو ستاره ی نوترونی است: اگر جرم نهایی از حد ثبات فراتر رود، یک سیاه چاله تشکیل می شود.
یک سیاه چاله با کیفیت متفاوت می تواند از رمبش گرانشی گاز در منطقه ی مرکزی کهکشان ها، به خصوص کهکشان های بزرگ مانند کهکشان راه شیری تشکیل شود. این قبیل سیاه چاله ها، "سیاه چاله های بسیار پرجرم" هستند که جرمشان میلیون یا حتی بیلیون برابر جرم خورشید است. در دهه ی ۱۹۶۰ وجود آنها برای توضیح دادن شبه اختران قدرتمند، لازم دانسته شد. در انتهای دیگر طیف جرمی، "سیاه چاله های نخستین" ریز احتمالاً کمی بعد از تولد جهان شکل گرفته اند، اما هیچگونه مدرکی برای وجود اینها نیست.
به خاطر اینکه نور و ماده در درون حبس می شوند، یک سیاه چاله را نمی توان مستقیماً آشکار کرد؛ در عوض آن را براساس تأثیر گرانشی که روی مواد اطرافش می گذارد می توان پیش بینی کرد. عمده آزمایشگاه های نجومی برای اینگونه مطالعه ها، سیستم های ستاره های دوتایی و هسته های کهکشان ها است. برای مثال اگر یک ستاره ی قابل رویت، حول یک چیز تاریک به سرعت بچرخد و جرم این چیز تاریک حداقل ۳Msun باشد، فرایند حذف نشان میدهد که این چیز دیده نشدنی یک سیاه چاله است. به همین ترتیب اگر حرکت ستارگان و گازهای نزدیک هسته ی یک کهکشان نشان دهد که یک جرم بزرگی در حجمی اندک محبوس شده احتمالاً یک سیاه چاله در اینجا دخالت دارد.
ستاره های دوتایی اشعه X:گاهی اوقات تلسکوپ های اشعه ی X انفجار اشعه های پر انرژی را در قسمت های معین آسمان پیدا می کنند. در بیشتر موارد مطالعات نشان می دهد که ماده از یک ستاره ی نسبتاً عادی(ستاره ی ثانویه) به یک چیز فشرده(اولیه) که دور آن در حال چرخش است منتقل شده است. اشعه ی گسیل شده که مبداء آن انتشار انرژی گرانشی پتانسیلی است، از صفحه ی مسطح یک پارچه ای، که احاطه کننده ی اولیه است می آید. بعد از چند ماه که صفحه ی یک پارچه ناپدید می شود امکان مطالعه درباره ی ثانویه را فراهم می کند. اندازه گیری های سرعت شعاعی(Vr) در یک رده از طیف نوری، بعضی اوقات حرکت های دورانی را آشکار می کند: Vr سینوسی با زمان تغییر می کند.(در بعضی موارد ثانویه به قدری درخشان است که اندازه گیری می شود حتی زمانی که سیستم فعال نیست؛ نور از صفحه ی یک پارچه بر سیستم تسلط ندارد.)
قوانین نیوتون در مورد حرکت و گرانش می تواند برای بدست آوردن تابع جرم از اولیه استفاده شود. F(M۱) = PK۲۳/۲pG = M۱۳sin۳i/(M۱+M۲)۲ که M۱ و M۲ جرم های اولیه و ثانویه (به ترتیب)،i زاویه ی دورانی سیستم(لبه ی روی مدار=°۹۰)، P دوره ی دوران و K۲ نیمه دامنه ی سینوس می باشد (۳۵۰km/s اگر سینوس از -۳۵۰km/s تا +۳۵۰km/s تغییر کند). از مشاهده ی منحنی سرعت شعاعی مانند آنچه که در تصویر۱ نشان داده شده برای دوتایی اشعه X GS ۲۰۰۰+۲۵ ، P و K۲ اندازه گیری می شوند؛ از اینرو f(M۱) بنا بر مشاهدات، تعیین شده است. اما توجه کنید که درf(M۱) M۱≥ تساوی فقط در صورتی حاصل می شود که مدار روی لبه باشد (i=۹۰°) و ثانویه جرم نداشته باشد (M۲=۰) . چون M۲>۰ (در غیر این صورت سیستم دوتایی نیست!) مقدار اندازه گیری شده ی f(M۱) یک حد نزولی اکید به طرف M۱ را درست می کند. بنابراین اگر یک دوتایی اشعه X بخصوص، f(M۱)>۳Msun ، و اولیه تاریک باشد، یک حالت بسیارمطلوب برای این است که اولیه سیاه چاله باشد؛ سیستم های
ستاره های سه تایی که از سیاه چاله ها تقلید می کنند، با اینکه ناممکن نیستند، اما بسیار مشکل شکل می گیرند و عمر کوتاهی دارند.
جرم تقریبی ثانویه را در بعضی مواقع می توان از طیفش به دست آورد. علاوه بر این نسبت جرم (q=M۲/M۱) را می توان از انتشار چرخشی طیف جذبی در طیف ثانویه بدست آورد، که در چرخش همزمان محبوس شده است (برای مثال ثانویه حول محورش در یک زمان هم اندازه تا دوره ی دورانی اش می چرخد). محدودیت های دیگر در q و i از منحنی نور(روشنایی در زمان) ثانویه در غیرفعالی بدست آمده است: به خاطر اغتشاش جزرومدی ثانویه (درجه ای که به q بستگی دارد)، سطح مقطع عرضی آشکارش مانند یک تابع موقعیت در مدارش تغییر می کند، مگر اینکه i=۰° باشد. همچنین، اگر i نزدیک ۹۰° باشد، گرفتگی متقابل صفحه ی یک پارچه و ثانویه، شیب هایی در منحنی نور ایجاد می کند.
در سال ۱۹۹۴ توابع جرم (و جرم های احتمالی، در بعضی موارد) از پنج سیاه چاله ی قوی انتخاب شده، اندازه گیری شد. به خاطر اندازه ی نسبتاً کوچک تلسکوپ های نوری موجود، این مطالعات به نورانی ترین اجسام محدود شده بودند.با تکمیل دو تلسکوپ ۱۰ متری Keck سیستم های ضعیف تر نیز بررسی شد.گروه مولفان به خصوص ، f(M۱) = ۵.۰ ± ۰.۱Msun برای GS
۲۵+۲۰۰۰۰ ، تابع دومین پرجرمترین شناخته شده (بعد از GS ۲۰۲۳ + ۳۳۸ با ۶.۰۸± ۰.۰۶Msun ) را اندازه گیری کردند .
آنها همچنین f(M۱) = ۴.۷ ± ۰.۲Msun را برای Nova Oph ۱۹۷۷ سومین پرجرمترین شناخته شده، پیدا کردند. تا زمان ۱۹۹۸، ۹ سیاه چاله متقاعدکننده در سیستم های دوتایی شناخته شد.
یک امکان معقولانه سیاه چاله ها را نسبت به ستاره های نوترونی عجیب که به طریقی تلاش می کنند که جرمشان از حد ۳Msun فراتر رود برای این که اولیه ی تاریک در این سیستم های دوتایی اشعه X، باشند ترجیح می دهد اگرچه هیچ مدرک بیشتری برای آنها وجود نداشته باشد.
چشم گیراست،اما هنوز قدری بحث برانگیزاست، مدارکی اخیراً به وسیله ی مقایسه ی اشعهX و روشنایی نوری درغیرفعالی، تهیه شده است.
برای یک روشنایی نوری معین(تعیین شده با سرعت انتقال جرم در قسمت های بیرونی صفحه ی یک پارچه)، روشنی اشعه ی X (از ماده ی نزدیک اولیه) در سیستم های سیاه چاله های منتخب خیلی کمتر از آنهایی است که اولیه آنها ، ستاره ی نوترونی شناخته شده است. این اشاره می کند که در تشکیل دهنده، ماده ی به هم پیوسته به یک سطح اختری نمی خورد، و که انرژی گرانشی پخش شده در صفحه به جای اینکه به بیرون منتشر بشود بیشتر به فراتر از افق رویداد کشیده می شود.
مرکز کهکشان راه شیری. کهکشان هایی شناخته شده اند که منطقه ی مرکزی "فعال" دارند که مقدار بسیار زیاد انرژی، هر ثانیه از آنها منتشر می شود. این هسته های فعال کهکشان ها احتمالاً از اتحاد ماده در یک سیاه چاله ی پرجرم نیرو می گیرند(۱۰۶-۱۰۹Msun). انرژی پتانسیل گرانشی، به واسطه ی نیروهای اصطکاکی در یک صفحه ی یک پارچه ی دور سیاه چاله، به تشعشع تبدیل می شود. این یک فرایند است که می تواند بیشتر از ۱۰ بار از همجوشی هیدروژن به هلیوم(که در ستاره های معمولی رخ می دهد) موثرتر باشد. شبه اخترها، که عموماً در مسافت های زیاد دیده می شوند(یعنی زمانی که جهان جوان بود) قدرتمندترین مثال ها برای هسته های فعال کهکشان ها هستند. هنگامیکه سوخت موجود در منطقه ی مرکزی با گذشت زمان مصرف می شود، آنها کم کم محو می شوند تا زمانی که به یک جسم کم فعال تبدیل شوند، شاید سرانجام به کهکشان های تقریباً معمولی مثل مال ما تبدیل بشوند.
در حقیقت، مرکز کهکشان راه شیری ما فعالیت های خفیفی، مخصوصاً در طول امواج رادیویی نشان می دهد: "تشعشع غیر حرارتی" ویژگی مارپیچ حرکت کردن الکترونهای انرژی بالا در میدان های مغناطیسی به وسیله ی یک جسم فشرده که به عنوان کمان شناخته شده است، منتشر می شود. شاید این پناهگاه یک سیاه چاله ی بسیار پرجرم باشد؟ یک راه برای فهمیدن این است که ببینیم آیا ستاره ها در منطقه ی مرکزی به سرعت در حال حرکتند، در آن صورت انتظار می رود که یک جرم زیاد موجود باشد. اگر یک سیاه چاله ی بسیار پرجرم تنها، بر جرم منطقه ی مرکزی تسلط داشته باشد، سرعت های نوعی V از ستاره هایی در فاصله ی R از هسته، باید متناسب با ۱/R۱/۲ باشد: هر چه شعاع کوچکتر باشد، V بزرگتر می شود. اما اگر منطقه ی مرکزی شامل یک خوشه توسعه یافته فضایی ستارگان باشد، در این مورد صدق نمی کند؛ برای مثال در مورد یک تراکم ستاره های یکنواخت، ما انتظار داریم VµR .
در طی ۵ سال گذشته، دو تیم عکس هایی با وضوح بالا از کهکشان راه شیری بدست آوردند، که هر کدام در چندین موقعیت متفاوت گرفته شده اند که تغییرات زمانی در موقعیت ستارگان را می توان نمایان کرد. مشاهدات در طول امواج مادون قرمز که به گاز و غبارهای میان زمین و مرکز کهکشان(مسافتی حدود ۲۵۰۰۰ سال نوری(ly)) خیلی آسانتر از نور نفوذ می کند، انجام شدند. یک شیوه ی مخصوص که ایجاد تصویر نقطه ای نامیده می شود، برای بهتر کردن وضوح تصویر به کار می رفت: با پرتودهی چند دهم ثانیه، حد پراش یک تلسکوپ می تواند نزدیک شود، چون آشفتگی جوی متمایل به آغشتن اشعه های نور در میزان زمان های طولانی قابل توجه ای است. با استفاده از تلسکوپ ۱۰-m Keck-I در هاوایی، وضوح زاویه ای اثر نهایی تقریباً ۰.۰۵ آرک ثانیه در l=۲۲mm ، مطابق مقیاس فضایی ۰.۰۰۷ ly در مرکز کهکشان می باشد. داده ها در یک سازش بسیار خوب با منحنی ۱/R۱/۲ در R<۰.۴ ly هستند؛ از اینرو جسم واحدی بر پتانسیل گرانشی منطقه ی مرکزی تسلط دارد! جرم اشتقاقی آن(۲.۶±۰.۲)´۱۰۶Msun ، و چگالی جرمی آن در طول یک شعاع ۰.۰۵ ly حداقل ۶´۱۰۹Msun/ly۳ است، که به طور قطع همه ی احتمالات دیگر به جز سیاه چاله را از بین می برد.
اگرچه کهکشان ما متقاعدکننده ترین مورد برای وجود سیاه چاله بسیار پرجرم است، اما مشاهدات مرکزهای کهکشان های دیگر نیز نتیجه گیری را تقویت می کند. اندازه گیری های بسیار دقیق بعضی "میزرها" (مانند لیزرها، اما با اشعه میکروموج) در یک صفحه ی احاطه کننده ی هسته ی NGC ۴۲۵۸ برای مثال، Vµ۱/R۱/۲ در طول شعاع یک سال نوری از مرکز را آشکار می کند. جرم اشتقاقی جسم فشرده ۳.۶´۱۰۷Msun می باشد.روی مقیاس های کمی بزرگتر، طیف بدست آمده با تلسکوپ فضایی هابل نشان می دهد گازها و ستارگان به سرعت در یک وضعیت همسان با حضور یک سیاه چاله ی بسیار پرجرم؛ پرجرمترین مورد موجود، که از کهکشان بیضی شکل غول آسای M۸۷ در حدود ۳´۱۰۹Msun است، حرکت می کنند. علاوه بر این، مشاهدات اشعه X از برخی هسته های فعال کهکشان ها، گسیل از یک صفحه داغ گاز ظاهراً بسیار نزدیک به یک سیاه چاله را آشکار کرد. زیرا تأثیرات نسبیتی زیادی پیدا شده است. به نظر می رسد که یک سیاه چاله ی بسیار پرجرم در هر کهکشان بزرگی جوابگوی چنین کاوش هایی است.
بنابراین، در آخرین دهه ی قرن ۲۰ ، سیاه چاله ها از جایگاه افسانه ی علمی تخیلی به واقعیت علم رسیده اند. وجود آنها در سیستم های ستارگان دوتایی، و در مرکز کهکشان های پرجرم تقریباً انکارناپذیر است. آزمایشگاه های حیرت آوری درست شده است که قادر به آزمودن رشته ی قوی پیش بینی های نظریه ی نسبیت عام انیشتین هستند.
این اثر در مورد سیاه چاله ها توسط موسسه ی بورس علمی بین المللی AST-۹۴۱۷۲۱۳ و مدیریت بورس هوا و فضا بین المللی NAG۵-۳۵۵۶ پشتیبانی می شود.
منبع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
مترجم و گرداورنده: بهاره شیدرنگ

سیاهچاله ها

باور غلط : سیاهچاله ها اجرامی هستند که هیچ نوری از خود منتشر نمی کنند و هر جسمی که درون آنها گرفتار شود، سرنوشتی نامعلوم خواهد داشت.

باور درست : سیاهچاله ها دارای تابشی به نام تابش هاوکینگ هستند. پروفسور هاوکینگ ثابت کرد که این تابش، اطلاعاتی از دورن سیاهچاله به ما می دهد.

در ابتدا یک اصطلاح در باره سیاهچاله را تعریف می کنم. طبق تعریف "افق رویداد" یک سیاهچاله مرزی است که هر چیزی که وارد آن شود گرفتار میدان گرانشی سیاهچاله خواهد شد.

مردم عادی فکر می کنند که سیاهچاله ها هیچ نور و اطلاعاتی منتشر نمی کنند، و اگر جسمی توسط سیاهچاله بلعیده شود، سرنوشت نامعلومی خواهد داشت. اما پروفسور هاوکینگ در سال 1974 با محاسبات رياضي بر روی سياهچاله ها متوجه نکته بسيار عجيبي شد.

هاوکینگ نشان داد که اين اجرام دارای نوعي تابش هستند، که این تابش بعدها به تابش هاوکينگ معروف شد. اما در آن سال پروفسور معتقد بود که اين تابش با ديگر تابشها متفاوت است و بلافاصله پس از آن که بخواهد از افق رويداد خارج شود تمام اطلاعات خود را ازدست مي دهد و نابود می شود.

براساس محاسبات هاوکينگ، اين تابش اطلاعاتی از ماهیت جسم تابش کننده (سیاهچاله) را همراه نداشت و تمام اين اطلاعات به نوعي گم مي شدند. این مساله غير عادي موجب بروز پارادوکسي به نام پارادوکس اطلاعاتي سياهچاله شد.

مدت 30 سال بسياري از دانشمندان تلاش کردند تا بتوانند اين پارادوکس را حل کنند، اما کوشش آنها با شکست مواجه شد.

تا اینکه خود پروفسور در سال گذشته به حل این پارادوکس پرداخت و با استفاده از مکانیک کوانتومی نشان داد که بخشی از تابش هاوکینگ می تواند از افق رویداد سیاهچاله خارج شود و اطلاعاتی را با خود به خارج حمل کند.
اين مساله بدين معني است که اين توانايي را پيدا کرده ايم تا درباره اتفاقاتي که درون يک سياهچاله رخ مي دهد اظهار نظر کنيم و درباره آينده و سرنوشت اجرامي که به درون آن سقو ط مي کنند حرف بزنيم.

تصويري جديدي كه پروفسور هاوكينگ از سياهچاله‌ها ارائه مي‌دهد ناقض نظريه‌ي قبلي اوست. نظریه قبلی می گفت که سیاهچاله ها به تدریج بخار می شوند و از بین می روند و با از بین رفتنشان تمام اطلاعاتی که در درون آن هست نیز از بین خواهد رفت و این اطلاعات به بیرون درز نمی کند. اما در نظريه‌ي جديد گفته می شود که اطلاعات كاملاً از بين نمي‌رود بلكه سياهچاله ذره ذره آن را تابش مي‌كند تا نهايتاً اطلاعات آن در دسترس قرار گيرد. و سیاهچاله با تابش هاوکینگ انرژی خود را ذره ذره از دست می دهد تا از بین برود. در نتيجه مي‌توان راجع به گذشته سیاهچاله ها مطمئن بود و آينده آنها را با قطعيت نسبتاً خوبي پيش‌بيني كرد.

یعنی امکان دارد که پروفسور هاوکینگ در 30 سال آینده نظریه جدیدی در باره سیاهچاله ها ارائه دهد و باز هم گفته های خود را نقض کند؟!!

منبع تبیان

سياهچاله چيست؟

مترجم: معصومه يوسفي

در چند جمله كوتاه ميتوان گفت، سياهچاله ناحيه اي از فضاست كه مقدار بسيار زيادي جرم در آن تمركز يافته و هيچ شيئي نمي تواند از ميدان جاذبه آن خارج شود.از آنجا كه بهترين تيوري جاذبه در حال حاضر تيوري نسبيت عام انيشتن است،در مورد سياهچاله و جزيياتش بايد طبق اين تيوري تحقيق و نتيجه گيري كنيم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرايط ساده تر آغاز مي كنيم.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

فرض كنيد روي سطح يك سياره ايستاده ايد. يك سنگ را به سمت بالا پرتاب مي كنيد. با فرض اينكه آن را خيلي خيلي محكم پرتاب نكرده باشيد براي مدتي به سمت بالا حركت مي كند و نهايتا شتاب جاذبه باعث مي شود به پايين سقوط كند. اما اگر سنگ را به اندازه ي لازم محكم پرتاب كرده باشيد مي توانيد آن را به كل از جاذبه سياره خارج كنيد و سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتي كه لازم است تا يك شيي را از حاذبه سياره خارج كند سرعت فرار يا سرعت گريز نام دارد. همانطور كه انتظار مي رود سرعت فرار به جرم سياره بستگي دارد. اگر سياره اي جرم زيادي داشته باشد كشش جاذبه آن زياد خواهد بود و نتيجتا سرعت فرار آن بيشتر خواهد شد. سياره سبكتر سرعت فرار كمتري خواهد داشت. همچنين سرعت فرار به فاصله از مركز سياره نيز بستگي دارد. هر چه به مركز سياره نزديك تر شويم سرعت فرار نيز بيشتر مي شود.

سرعت فرار زمين Km/s 11.2 يا m/h 25000 است. در حالي كه سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 يا m/h 5300 است.

حال يك جرم بسيار زياد را كه در يك ناحيه با شعاع بسيار كوچك تمركز يافته تصور كنيد. سرعت فرار چنين ناحيه اي از سرعت نور بيشتر خواهد بود و چون هيچ شييي نمي تواند سريعتر از نور سير كند پس هيچ شييي نمي تواند از ميدان جاذبه چنين ناحيه اي خارج شود ، حتي يك دسته پرتو نور.

ايده تفكر در مورد جرمي چنان چگال كه حتي نور نيز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقريبا بلافاصله پس از بيان نظريه نسبيت عام توسط انيشتين ، كارل شوارتز شيلد يك راه حل رياضي براي معادلات تيوري اين اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصي چون اپنيمر و ولكف واشنايدر در دهه 1930 به طور جدي درباره امكان وجود چنين نواحي در عالم به تحقيق پرداختند. اين پژوهشگران نشان دادند، هنگامي كه محتويات سوخت يك ستاره پرجرم به پايان مي رسد، نمي تواند در مقابل جاذبه دروني خود مقاومت كند و به صورت يك سياهچاله در خود فرو مي ريزد.

در نسبيت عام جاذبه از عوامل انحراف فضاي 4 بعدي است. اشياء بسيار پرجرم باعث انحرافات محورهاي زمان و فضا مي شوند در حدي كه قوانين هندسي اعتبار خود را از دست مي دهند و به كار نمي آيند. اين انحراف در اطراف يك سياهچاله بسيار چشمگير است و باعث مي شود كه سياهچاله ها خصوصيات عجيبي داشته باشند. هر سياهچاله چيزي به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحي كروي است و مرز سياهچاله را مشخص مي كند. شما مي توانيد وارد اين افق شويد اما نمي توانيد از آن رهايي يابيد. در حقيقت وقتي وارد افق شديد محكوم به نزديك و نزديك تر شدن به مركز سياهچاله هستيد.

درباره افق مي توان اين تصور را داشت كه افق جايي است كه در آن سرعت گريز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گريز كمتر از سرعت نور است. بنا بر اين در صورتي كه راكت هاي شما به اندازه كافي انرژي داشته باشند مي توانيد از افق دور شويد اما وقتي وارد افق شديد راهي براي خروج نداريد. افق خصوصيات هندسي عجيبي دارد، براي يك ناظر كه فاصله زيادي از سياهچاله دارد، افق جاي خوبي به نظر مي رسد كه كروي و ساكن است. اما در صورتيكه به سياهچاله نزديك شويد متوجه خواهيد شد افق با سرعت بسيار زياد و يا در حقيقت با سرعت نور به سمت بيرون در حركت است. چون افق با سرعت نور به سمت بيرون گسترش مي يابد، پس براي خروج از افق بايد سرعتي بيش از سرعت نور داشته باشيم. و چون مي دانيم كه نمي توانيم با سرعتي بيش از سرعت نور سير كنيم پس هيچ گاه نخواهيم توانست از سياهچاله فرار كنيم.

اگر اين مطالب بسيار عجيب به نظر مي رسند، نگران نباشيد، واقعا عجيب هستند. افق از جهتي ثابت و از جهتي نا پايستار است. اين مطلب تا حدي شبيه به داستان آليس در سرزمين عجايب است. او بايد تا جايي كه مي توانست سريع حركت مي كرد تا مي توانست در يك جا بماند.

در درون افق فضا در حدي منحرف مي شود كه مختصات طول و زمان جايشان عوض مي شود به اين معني كه مختص نشان دهنده فاصله از مركز سياهچاله كه r نام دارد، يك مختص زماني و t يك مختص فضايي مي شود. نتيجه اين جابجايي اين است كه نمي شود از كوچك شدن لحظه به لحظه r جلوگيري كرد، مشابه شرايط معمولي كه از رسيدن به آينده گريزي نيست (يعني به طور معمول t در حال افزايش است) در نهايت بايد به مركز جايي كه r = 0 است برسيم. ممكن است فكر كنيد با روشن كردن راكت ها مي توان از افق خارج شد، اما اين كار نيز بيهوده است. از هر ماده اي كه استفاده كنيد، نمي توانيد از آينده خود گريزي داشته باشيد. پس از وارد شدن به افق، تلاش براي دور شدن از مركز سياهچاله درست مثل تلاش براي نرسيدن به پنجشنبه آينده است.

نام سياهچاله را براي اولين بار جان آرچيبالد ويلر پيشنهاد داد كه نام مناسبي به نظر مي رسيد، چون از نام هاي پيشنهادي قبل از خودش جذاب تر بود. پيش از ويلر از اين نواحي با عنوان ستاره هاي منجمد ياد مي شد. در ادامه توضيح خواهم داد كه چرا اين نام را به آن ها داده بودند.

سياهچاله چه اندازه اي دارد؟

اندازه هر چيز دو جنبه دارد. در اولين جنبه مي گوييم اين جسم چه ميزان جرم دارد و در جنبه ديگر آن را از نظر حجم بررسي مي كنيم. ابتدا درباره جرم سياهچاله بحث مي كنيم.

براي ميزان جرم يك سياهچاله محدوديتي وجود ندارد. هر مقدار جرمي درصورتي كه به اندازه كافي چگال باشد مي تواند سياهچاله تشكيل دهد. حدس مي زنيم كه سياهچاله هاي موجود از مرگ ستارگان پرجرم تشكيل يافته اند، بنا بر اين بايد به همان اندازه جرم داشته باشند. به عنوان نمونه جرم يك سياهچاله در حدود 10 برابر جرم خورشيد است، يعني جرمي معادل 10 به توان 31 كيلوگرم.

هر چه جرم سياهچاله بيشتر باشد فضاي بيشتر اشغال خواهد كرد. در حقيقت شعاع شوارتز شيلد (شعاع افق) و جرم نسبت مستقيم دارند. اگر سياهچاله اي 10 برابر يك سياهچاله ديگر جرم داشته باش، شعاعش نيز 10 برابر ديگري خواهد بود. شعاع سياهچاله اي هم جرم خورشيد 3 كيلومتر است. بنا بر اين، اگر سياهچاله اي 10 برابر خورشيد جرم داشته باشد شعاعش 30 كيلومتر خواهد بود و سياهچاله اي كه در مركز يك كهكشان با جرم يك مليون برابر خورشيد 3 ميلون كيلومتر شعاع خواهد داشت. ممكن است اين مقدار شعاع زياد به نظر برسد ولي با استانداردهاي نجومي خيلي هم عجيب نيست. به عنوان مثال شعاع خورشيد 700000 كيلومتر است و يك سياهچاله بسيار بسيار سنگين شعاعي فقط در حدود 4 برابر خورشيد دارد.

در صورت سقوط در سياهچاله چه بلاي به سرم مي آيد؟

فرض مي كنيم در داخل يك فضا پيما به سمت يك سياهچاله با جرم يك مليون برابر خورشيد در مركز كهكشان راه شيري در حال حركت هستيد. (بحث هاي زيادي در مورد وجود سياهچاله در مركز كهكشان راه شيري وجود دارد. اما فرض مي كنيم حداقل براي چند ثانيه اين سياهچاله موجود باشد.) از فاصله دور راكت ها را خاموش كرده ايد و به سمت سياهچاله سرازير مي شويد. چه اتفاقي خواهد افتاد؟

در ابتدا هيچ جاذبه اي را حس نخواهيد كرد چون در حال سقوط آزاد هستيد، همه قسمتهاي بدنتان به يك صورت كشيده خواهند شد و احساس بي وزني خواهيد كرد (اين دقيقا همان چيزي است كه در مدار زمين براي فضا نوردان اتفاق مي افتد. با اين حال نه فضا نورد و نه شاتل هيچ نيروي جاذبه اي را حس نمي كنند.) همين طور كه به مركز سياهچاله نزديك و نزديك تر مي شويد نيروهاي جاذبه جزر و مدي را بيشتر حس خواهيد كرد. فرض كنيد پاهايتان نسبت به سرتان در فاصله كمتري از مركز سياهچاله قرار گرفته باشد. نيروي جاذبه با نزديك شدن به مركز سياهچاله بيشتر مي شود، بنا بر اين در پاهايتان نيروي جاذبه را بيشتر حس خواهيد كرد. و حس خواهيد كرد كشيده شده ايد ( اين نيرو نيروي جزر و مدي نام دارد چون دقيقا مانند نيرويي عمل مي كند كه باعث جزر و مد در سطح زمين مي شود). اين نيروها با نزديك شدن به مركز بيشتر و بيشتر خواهد شد تا جايي كه شما را پاره پاره كند.

براي يك سياهچاله خيلي بزرگ شبيه به آن كه شما در آن سقوط مي كنيد، نيروهاي جزر و مدي تا شعاع 600000 كيلومتري مركز قابل توجه نيستند. البته اين مطلب پس از ورود به افق اعتبار مي يابد. اگر در حال سقوط به يك سياهچاله كوچكتر هم جرم خورشيد بوديد، نيروهاي جزر و مدي از فاصله 6000 كيلومتري مركز شما را تحت تاثير قرار مي داد و شما خيلي زود تر از آنكه وارد افق شويد تكه پاره مي شديد (و اين موضوع علت اين است كه شما را در حال سقوط به يك سياهچاله بزرگ تصور كرديم تا بتوانيد حداقل تا وارد شدن به سياهچاله زنده باشيد). در حين سقوط چه چيزهايي مي بينيد؟ شما در حين سقوط چيز خاص و عجيبي را مشاهده نخواهيد كرد. تصوير اشيا درو ممكن است به شكل هاي عجيب و نا مربوط در آمده باشند، چون جاذبه سياهچاله نور را نيز منحرف مي كند. به ويژه وقتي وارد افق مي شويد هيچ اتفاق خاصي نخواهد افتاد. حتي پس از وارد شدن به افق نيز خواهيد توانست چيزهايي را كه بيرون هستند ببينيد. چون نوري كه از اشيا بيروني ساطع مي شود مي تواند وارد افق شود و به شما برسد. اما در بيرون از افق كسي قادر به ديدن شما نيست چون نور نمي تواند از افق خارج شود.

كل اين اتفاقات چقدر طول مي كشد؟ البته اين مطلب بستگي به اين دارد كه از چه فاصله سقوط به داخل سياهچاله را شروع كرده باشيد. فرض مي كنيم اين عمليات از جايي شروع شود كه فاصله شما از مركز 10 برابر شعاع سياهچاله باشد. براي سياهچاله اي با جرم يك ميليون برابر خورشيد 8 دقيقه طول مي كشد تا به افق برسيد، پس از آن 7 دقيقه ديگر در پيش داريد تا به ناحيه منحصر به فردي برسيد. البته اين زمان ها تقريبي است و به عنوان مثال در يك سياهچاله كوچكتر زمان مرگ نزديك تر خواهد بود. پس از پشت سرگذاشتن افق در 7 دقيقه باقيمانده از عمر ممكن است وحشت زده بشويد و شروع كنيد به روشن كردن راكت ها اما اين تلاش بيهوده است.

از يك فاصله مطمئن از سقوط در سياهچاله چه چيز مشاهده مي شود؟

چيزي كه از دور ديده مي ود با واقعيت كمي تفاوت دارد. همچنان كه شما به افق نزديك تر مي شويد ناظر حركت شما را آهسته و آهسته تر مي بيند. او هيچ گاه رسيدن شما را به افق نخواهد ديد.

سياهچاله اي را در نظر بگيريد كه از فرو ريختن يك ستاره شكل گرفته است. در حالي كه ماده تشكيل دهنده سياهچاله فرو مي ريزد، ناظر آن را كوچك و كوچك تر مي بيند، همچنين او نزديك شدن شما را مي بيند اما نمي تواند رسيدن به افق را ببيند و اين علت نام گذاري اوليه آنها يعني ستاره هاي منجمد است. چون به نظر مي رسد آن ها در فاصله اي به اندازه كمي بيشتر از شعاع شوارتز شيلد يخ زده اند.

چرا اينگونه به نظر مي رسد؟ مهمترين مطلبي كه در اين مورد عنوان شده يك خطاي نوري است. در حقيقت شكل گرفتن يك سياهچاله يا رسيدن شما به افق زمان نامحدودي نمي برد. وقتي شما به افق نزديك و نزديك تر مي شويد، نوري كه از شما ساطع مي شود به زمان بيشتري نياز دارد تا به ناظر برسد در واقع نوري كه بدن شما در هنگام گذر از افق ناظر ديگر تصويري از شما نمي بيند و حس مي كند رسيدن به افق چه زمان نامحدودي وقت مي برد.

از زاويه ديگري نيز مي شود به اين مسئله نگاه كرد. زمان در نزديكي افق بسيار آرامتر از فضاهاي دورتر سپري مي شود. فرض كنيد فضاپيماي شما براي خروج از افق در حركت است و براي چندين ثانيه آنجا توقف مي كند (با مصرف مقداري زيادي سوخت براي جلوگيري از سقوط به داخل). سپس شما به سمت ناظري مي رويد و به او ملحق مي شويد. متوجه مي شويد در طي اين ايام او سني بيش از شما دارد، در حقيقت زمان براي شما بسيار آهسته تر (كند تر) سپري شده است تا براي او.

به نظر شما كدام يك از اين دو نظريه فريب نور يا كندي زمان درست است؟ جواب بستگي به مختصاتي داردكه طبق آن به بررسي سياهچاله ها بپردازيد. طبق مختصات معمول كه مختصات شوارتز شيلد نام دارد، زماني افق را پشت سر مي گذاريد كه مختصات t (زمان) بي نهايت است. طبق اين مختصات گذر از افق زمان بي نهايت لازم دارد. اما علت اين مطلب اين است كه مختصات شوارتز شيلد تصوير تحريف شده اي از آنچه در اطراف افق مي گذرد به ما مي دهد. در حقيقت درست در افق مختصات كاملا تحريف شده و تغيير يافته اند. در صورتي كه مختصات واحدي را در نزديكي افق انتخاب نكرده ايد متوجه مي شويد كه در هنگام گذر از افق زمان واقعا محدود است. ولي زماني كه ناظر شما را مشاهده مي كند نامحدود است. تشعشات نياز به زمان بي نهايت و نامحدودي دارند تا به چشم ناظر برسند. پس شما مي توانيد از هر دو نوع مختصات استفاده كنيد، در عمل هر دوي آنها درست هستند. فقط دو بيان متفاوت از يك مطلب ارئه مي دهند. درعمل شما از چشم ناظر پنهان خواهيد ماند قبل از اينكه زمان بي نهايت سپري شود. براي يك جسم نوري كه از طرف سياهچاله تابش مي شود به طرف سرخي و طول موجهاي بيشتر مي رود.

بنا براين در صورتي كه شما نور مرئي با طول موجهاي ثابتي ساطع كنيد، ناظر آن را با طول موج بيشتري دريافت خواهد كرد. با نزديك تر شدن شما به افق اين طول موجها افزايش مي يابند. كه درنهايت به تابش هاي نامرئي، مادون فرمز و امواج راديويي خواهند رسيد. در بعضي نقاط طول موجها به قدري زياد خواهند بود كه ناظر نخواهد توانست آن ها را مشاهده كند. از گذشته به خاطر داريد كه نور در دسته هايي به نام فوتون ساطع مي شود. تصور كنيد در حين گذر از افق فوتون هايي ساطع كنيد. قبل از گذشتن از افق آخرين فوتون ها را ساطع خواهيد كرد، اين فوتون ها در زمان محدودي به چشم ناظر خواهند رسيد - به عنوان مثال براي چنان سياهچاله پر جرمي چيزي در حدود 1 ساعت.. و پس از آن ناظر ديگر قادر به ديدن شما نخواهد بود (فوتون هايي كه پس از گذر از افق ساطع مي شوند هيچ گاه به ناظر نمي رسند)...

منبع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

معرفي مقدماتي سياهچاله

فهرست:
1.تاريخچه
2.تبديل ستاره به سياهچاله
3.محاسبه شعاع شوارتزشيلد
4.منابع
1.تاريخچه

مفهوم جسمي بسيار پرجرم كه حتي نور نيز نمي تواند از آن بگريزد نخستين بار در سال 1783 توسط يك جغرافي دان انگليسي به نام جان ميشل ارائه شد. در آن زمان، تئوري نيوتني گرانش و مفهوم سرعت گريز شناخته شده بود. ميشل حساب كرد كه اگر اندازه جسمي 500 برابر شعاع خورشيد باشد و چگالي اي برابر با چگالي خورشيد داشته باشد، سرعت گريز برابر با سرعت نور خواهد بود و در نتيجه اين جسم غير قابل مشاهده مي باشد. به گفته خودش:
اگر نيم-قطر كره اي با چگالي مشابه خورشيد 500 برابر نيم-قطر خورشيد شود، جسمي كه از ارتفاع نامحدودي به سمت سطح آن مي افتد سرعتي بيشتر از سرعت نور خواهد داشت و اگر نوري از آن گسيل شود، به سرعت به سمت خودش جذب ميشود.
با اينكه ميشل فكر ميكرد اين پديده غير معقول است، اما در هر حال او اولين كسي است كه احتمال وجود اجسام نامرئي در كيهان را مد نظر قرار داد.
در سال 1796، رياضي دان فرانسوي پير سيمون لاپلاس همين ايده را در ويرايش اول و دوم كتاب خود، آشكار سازي سيستم جهان (Exposition du Systeme du Monde) ارتقاء داد؛ كه البته در ويرايش هاي بعدي اين كتاب اثري از آن به چشم نمي خورد. در قرن نوزدهم به اين موضوع توجه زيادي نشد، زيرا در آن زمان نور را موجي بدون جرم در نظر ميگرفتند كه تاثيري از گرانش نمي پذيرفت.
در سال 1915، آينشتاين نظريه گرانشي خود را كه نسبيت عام نام گرفت منتشر كرد. او پيش از اين نيز نشان داده بود كه گرانش بر نور تاثير ميگذارد. چند ماه بعد، كارل شوارتزشيلد راه حلي براي ميدان گرانشي جرم نقطه اي ارائه دادو به اين وسيله نشان داد چيزي كه ما امروزه آن را سياهچاله مي ناميم از لحاظ نظري امكان وجود دارد.در حال حاضر شعاع شوارتزشيلد به عنوان شعاع افق رويداد يك سياهچاله غير چرخشي شناخته ميشود، اما در زماني كه او اين شعاع را معرفي كرد،به خوبي مورد درك و فهم قرار نگرفت. شوارتزشيلد خودش هم فكر ميكرد اين موضوع فيزيكي نيست.
در دهه 1920، چاندراسخار متوجه شد كه نظريه نسبيت خاص پيش بيني ميكند اگر جسمي كه از خود تابشي نميكند، بيش از 1.44 برابر جرم خورشيد جرم داشته باشد بر اثر گرانش مركز در خودش ريزش ميكند . عاملي هم كه بتواند جلوي چنين اتفاقي را بگيرد تا آن زمان شناخته شده نبود. كشف او با مخالفت شديد آرتور ادينگتون مواجه شد. او اعتقاد داشت كه قطعا"‌چيزي باعث ميشود كه فرو-ريزش ستاره متوقف شود. هر دوي آنها درست ميگفتند، زيرا كوتوله سفيدي كه از حد چاندراسخار (1.44 برابر جرم خورشيد) بيشتر جرم داشته باشد تبديل به ستاره نتروني ميشود. اما خود ستاره نوتروني هم اگر بيش از 3 برابر خورشيد جرم داشته باشد به فرو-ريزش خود ادامه ميدهد.
در سال 1939، رابرت اوپنهايمر و اشنايدر پيش بيني كردند كه ستاره هاي پرجرم ميتوانند دستخوش يك فرو-ريزش گرانشي شديد شوند. سياهچاله ها ميتوانستند در حقيقت وجود داشته باشند. اين اجسام در ابتدا براي مدتي با عنوان ستاره هاي يخ زده ناميده ميشدند؛زيرا مشاهده ها نشان ميدادند كه فرو-ريزش به سرعت آرام ميشود و در نزديكي شعاع شوارتزشيلد طيف آنها يه شدت به سمت قرمز متمايل ميشد. محاسبات رياضي نشان دادند كه يك ناظر بيروني سطح ستاره راه هنگامي كه از شعاع شوارتزشيلد عبور ميكند، يخ زده مشاهده ميكند. اين اجسام فرضي تا اواخر دهه 1960 مورد توجه و علاقه زيادي وقع نشدند. بيشتر فيزيكدانها بر اين باور بودند كه سياه چاله ها نتيجه عجيب و غريبي از راه حل بسيار متقارن و ايده ئال شوارتزشيلد هستند و اجسامي كه در خودشان فرو ميريزند در طبيعت تشكيل يك سياهچاله نميدهند.
توجه به سياهچاله ها دوباره در سال 1967 به علت تجربه ها و نظريه هاي جديد برانگيخته شد. استيون هاوكينگ و راجر پنروز اثبات كردند كه سياه چاله ها يك نتيجه كلي از نظريه گرانشي آينشتاين هستند و نميتوان آنها را فقط به چشم اجسامي كه در خود ريزش ميكنند نگاه كرد. پس از كشف پالسار ها توجه ها در محافل نجومي بار ديگر به سياهچاله ها جذب شد. در مدت كوتاهي پس از اين واقعه، جان ويلر (John Wheeler) براي اولين بار از اصطلاح سياه چاله استفاده كرد. اجسام قديمي تري كه ميشل و لاپلاس توصيف كرده بودند بيشتر اوقات با عنوان "ستاره هاي تاريك" شناخته ميشوند تا از سياهچاله هاي نسيبت عام تمايز داده شوند.
2.تبديل ستاره به سياهچاله

ستاره ها زماني پديد مي آيند كه ابري فوق العاده بزرگ از غبارهاي كيهاني و هيدروژندر زير بار گرانش خود فشرده شوند . در اين صورت گرانش به همراه افزايش چگالي فزونيمي يابد و بدين ترتيب فضا – زمان خميده و خميده تر مي شود . پس از مدتي گاز هيروژن درهسته متراكم مي شود و در اين تراكم شديد اتم ها با يك ديگر برخورد مي كنند و دمايآن ها رفته رفته افزايش مي يابد . زماني كه دماي هسته به 10 ميليون درجه رسيد ،پروتون هاي هيدروژن در پي واكنش هاي زنجيره اي هم جوشي هسته اي به هليوم تبديل ميشوند . در هنگام اين واكنش ها مقداري از جرم نا پديد مي شود كه تبديل به انرژي وامواج الكترومغناطيسي همچون نور مي شوند . در اين صورت يك جسم كه همچون يك لامپ غولپيكر كيهاني است پديد آمده است و اين آغاز زندگي يك ستاره است . هر ستاره اي كه مادر آسمان مشاهده مي كنيم در هسته اش واكنش هاي عظيم هم جوشي رخ داده است تا اين نورتوليد شود و به ما برسد .
وقتي يك ستاره در حال سوختن است، انرژي ناشي از واکنش هاي هسته اي ضمن افزايش فشار گاز، موجبات توازن گرانشي را فراهم مي آورد و وقتي سوخت ستاره تمام مي شود، ديگر گرمايي براي خنثي كردن نيروي گرانشي و حفظ توازن باقي نمي ماند. مقدار جرم ستاره, تعيين کنندة سرنوشت آن پس از مرگش خواهد بود. پس از اتمام سوخت ستاره، نيروي جاذب گرانشي باعث کوچک شدن ابعاد آن مي گردد. در ستارگاني با اندازة مشابه خورشيد و جرمي تا حدود 4/1 جرم خورشيد، انبوه الكترونهاي محصور در ستاره، طبق اصل طرد پاولي انقباض گرانشي را متوقف کرده و كوتوله سفيدي كه از گرماي باقيمانده مشتعل و تابان است، (با چگالي حدود2 10 تا gr/cm3107) تشكيل مي شود. تقريبا 99 درصد از ستارگان سرنوشتي مشابه خورشيد خواهند داشت. در ستارگاني با جرمي بين 4/1 تا 3 برابر خورشيد، پس از انفجار هاي ابر نواختري، چنانچه دافعه کوانتومي پروتون - پروتون و نوترون - نوترون توازن گرانشي ايجاد کند، ستاره اي نوتروني با قلمرو چگالي بين 107 تا gr/cm3 1012 تشكيل مي شود. چنانچه جرم در حال فرو ريزش ستاره بيش از 3 برابر جرم خورشيد باشد، حتي نيروهاي بين نوترونها هم نمي تواند انقباض را متوقف كند. جاذبه، لاشه فشرده ستاره مورد نظر كه چگالي بي نهايت بزرگي دارد، فضا ـ زمان اطراف خود را به قدري انحنا مي دهد که حفره سياه يا همان سياهچاله پديد مي آيد. گرانش حاصل به اندازه اي قوي است كه هيچ چيز حتي نور (فوتون) هم نمي تواند از آن بگريزد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

طبقه بندي ستاره ها بر حسب ميزان جرم و سرنوشت نهايي آنها

براي درك بهتر طبيعتِ يك سياهچاله، نگاهي مي اندازيم به نمودار پيدايش سياهچاله كه در هم ريختن ستاره را از ديد ناظر ساكنِ دور در فضا و ناظر در حال سقوط با ستاره نشان مي دهد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نمودار شکل گيري يک سياهچاله از ديد ناظري دور و ناظري که در حال سقوط با ستاره است.

خط وسط شكل خط جهانی مركز ستاره است. در ضمنِ فرو-ريزش، (ترتيب زماني آن بطرف بالاست) دايره كوچك و كوچكتر مي شود و سرانجام طبق نظريه نسبيت عام، نقطه اي تکين با چگالي بي نهايت تشكيل مي شود (خط وسط در شكل). براي آنكه ناظر (1) مسير هوار را به ناظر (2) اطلاع دهد در فواصل معيني علامات نوري را كه با E,D,C,B,A نشان داده شده اند، از سطح ستاره مي فرستد.شكل نشان ميدهد كه علامات A,B تقريباً با همان اختلاف زماني كه از (1) ارسال مي شوند به (2) مي رسند. علامت C بسيار ديرتر از آنكه انتظارش مي رود به مقصد مي رسد زيرا در اين مرحله، ميدان گرانش قوي است و مخروط نوري به دليل انحناي بيشترِ فضا نزديک ستاره، فشرده تر است. در واقع هرچه انتشار نور نزديكتر به شعاع شوارتزشيلد Â صورت بگيرد انتقال به قرمز بيشتري داشته و فـوتون هايي كه درفواصل زماني مساوي از (1) فرستاده مي شوند در فواصلي هرچه طولاني تر به (2) مي رسند. به گونه اي که علامت D كه درست هنگام تقاطع با شعاع شوارتز شيلد نشر مي شود هرگز به (2) نرسيده و در r=Âدر جا مي زند (خط عمودي). سرانجام علامت E هرگز امكان فرار از r<Â را ندارد و پس از مدت زماني كوتاهي به داخل نادره (r=0) مي افتد.
3 .محاسبه شعاع شوارتزشيلد

اندازه شعاع شوارتزشيلد يا افق حادثه رابطه مستقيم با جرم ستاره دارد. با توجه به روابط نيوتوني و نتايج نسبيت خاص، افق حادثه به آساني قابل محاسبه است. براي انرژي کل مکانيکی جسمي به جرم m که با سرعت v در فاصله r از جرم M در حال دور شدن است، چنين داريم:

(1)

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

اگر [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ، جسم مقيد است و دوباره به سمت جرم M سقوط مي کند، در غير اين صورت به حرکت خود همچنان ادامه داده و از سرعتش کاسته مي شود. به ازاي [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ، مي توان حداقل سرعت فرار را بدست آورد. توجه شود که سرعت گريز به جرم m وابسته نيست.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

با توجه به نسبيت خاص، سرعت هيچ جسمي نمي تواند فراتر از سرعت نور C باشد. بنابراين اگر فاصله جسمي کمتر ازÂ باشد، براي فرار به سرعتي بيشتر از سرعت نور احتياج دارد و چون امکانپدير نيست تا ابد در دام جاذبه M خواهد ماند. بنابراين شعاع شوارتزشيلد Â از رابطه زير به دست مي آيد.(2)

(3) [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

۴.شناسايي سياهچاله ها
بخاطر خاصيت گريز ناپذير بودن، تشخيص سياهچاله ها بسيار مشكل است و مهمترين راهي كه به دانشمندان امكان شناسايي آنها را مي دهد، مشاهده ديسك تجمعي است. نكته زيبا اينجاست كه گازها و مواد قسمتهاي داخلي ديسك، سريعتر از گاز نواحي دور دست مي چرخند و دراقع سرعت قسمتهاي مختلف ديسك متفاوت است. لذا گازهايي كه تحت اصطكاك و مالش بسيار داغ شده اند از خود انواع مختلفي از تشعشعات حامل انرژي ساطع مي كرده و يك منبع نيرومند پرتو x تشكيل مي دهند که توسط تلسكوپهاي امواج xقابل ديدن مي باشد. علاوه بر امواج x معمولاً از طريق وجود لنزهاي گرانشي و ستاره اي در حال چرخش به دور يك شي غير قابل رويت نيز مي توان به وجود سياهچاله يا ستاره اي نوتروني در يك منطقه از فضا پي برد. به طور كلي سياهچاله ها در دو نوع چرخان و غير چرخان وجود دارند و بعضي از آنها كه به سياهچاله هاي كهكشاني يا سوپر سياهچاله ها موسومند از حدود يك ميليون تا يك مليارد ستاره فشرده شده در داخل يك مركز تشكيل مي شوند. شواهدي از وجود اين اجرام عظيم الجثه در قلب كهكشانها در دست است.با توجه به نظربات جديد تر, سياهچاله ها کاملا سياه نيستند, بلکه به دليل افت و خيزهاي کوانتوميِ نزديکِ افق, تشعشعاتي ساطع مي کنند که به تبخير سياهچاله مي انجامد. بر اساس اين نظريه, بعد از ملياردها سال, سياهچاله کل جرم و اطلاعات ذرات بلعيده شده را از دست مي دهد. امروزه نظريه ريسمان تنها نظريه کارآمدي است که قادر است نحوه فشرده شدن چنان جرم عظيمي در ناحيه اي کوچک از فضا را با توجه به ابعاد اضافي توضيح دهد.



4.منابع

1. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

• [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
• Universe، ويليام كافمن
• تاريخچه زمان، استيون هاوكينگ، ترجمه محمدرضا محجوب
• جهان در پوست گردو، استيون هاوكينگ، ترجمه محمدرضا محجوب
• سياهچاله ها (نگاهي به تاريخ علم، 13) ، ايراك آسيموف ، ترجمه هوشنگ شريف زاده

parssky.com

.فصل اول : سرگذشت مختصری از مرگ یک ستاره
مسلما" تا کنون هر یک از انسان تا حدی با قوانین گازها حتی در حد تجربی سر و کار داشته اند . یکی از این قوانین که با استناد به آزمایش در آزمایشگاه ثابت می شود این است که یک گاز هر گاه در فضای ظرفی قرار گیرد به طور یکنواخت در آن ظرف پخش می شود . این اثر را می توانیم بعینه در فضای اطراف خود مشاهده کنیم . اما این قانون به ظاهر ساده فقط در محیط ما صادق است . اگر کمی از محیط زمین تجاوز کنیم و به محدوده ی گازهای میان ستاره ای در فضای بیکران پای بگذاریم متوجه خواهیم شد که این قانون دیگر برای ابرهای عظیم درست نیست . زیرا آنها از قانون دیگری پیروی می کنند .


در این ابرها دما به قدری است که دیگر انرژی جنبشی مولکول های گاز به حدی نیست که بتوانند از ابر بگریزند در این شرایط آنها تحت تأثیر گرانش ابر به کانون آن که عمدتا" در مرکز ابر است سقوط می کنند . در این صورت ابر در خود جمع خواهد شد البته باید برای این حرف یک تبصره نیز بیاوریم . ابر مورد نظر ما باید دارای شرایطی باشد از جمله اینکه باید شعاع آن از مقداری معین که با توجه به جرم مولکولهای گاز ، چگالی و دمای آن تعیین می شود تجاوز کند . در مرکز این ابر آنقدر مولکول های بر روی هم دیگر سقوط می کنند تا اینکه آن ابر عظیم گذشته تبدیل به یک توده می شود در این شرایط آن قدر این مولکول ها با هم برخورد می کنند که ابر گرم می شود . میزان این برخورد ها به حدی افزایش می یابد که گرمای حاصل از آن بسیار زیاد می شود . این گرما به حدی است که به اتم های هیدروژن که بخش اعظم ابر را تشکیل داده اند ، اجازه می دهد که با یکدیگر واکنش گداخت هسته ای را انجام دهند . حاصل این واکنش تبدیل چهار اتم هیدروژن به یک اتم هلیم و یک نوترینو و مقداری انرژی است .


4H = He + neutrinos + energy


حال ممکن است در ذهن شما این هر انسانی این سؤال تداعی شود که چگونه ممکن است جرم به انرژی تبدیل شود در این شرایط باید فرمول معروف آلبرت اینشتن دانشمند بزرگ همه ی دوران فیزیک را به یاد آوریم که می گوید جرم و انرژی با هم ، هم ارز هستند . این رابطه به صورت زیر است . در این رابط c سرعت نور است که برابر 300000 کیلومتر بر ثانیه است .

E=mc²


با محاسباتی ساده به نتایج زیر می رسیم .

جرم چهار اتم هیدروژن = 27- ^ 10 × 6.693 کیلوگرم

جرم یک اتم هلیم = 27 - ^ 10 × 6.645 کیلوگرم

جرم گم شده = 27- ^ 10 × 0.0048 کیلوگرم

جرم گم شده تبدیل به انرژی شده است .


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


در مرکز هر ستاره در هر ثانیه واکنش های پیوسته گداخت انجام می گیرد که انرژی تولید شده توسط آنها میلیون ها برابر قدرتمند تر از انرژی زرادخانه های اتمی در زمین است در طی این واکنش گرمای عظیمی تولید می شود که ستاره را در برابر گرانش خودش محافظت می کند تا اینکه زیر این فشار منفجر نشود . اما سرانجام هر آغازی پایانی خواهد داشت . سوخت یک ستاره ی معمولی مثل خورشید بعد از 10 میلیارد سال به اتمام خواهد رسید . هدف اصلی این بخش از این تحقیق بررسی زمانی است که سوخت یک ستاره به اتمام می رسد . در چنین شرایطی که ستاره چند میلیون سال پایانی عمر خود را می گذاراند منبسط می شود و درجه حرارت آن افزایش می یابد برای مثال وقتی ستاره ای چون خورشید به پایان عمرش نزدیک می شود چنان منبسط می شود که مدار عطارد و زهره را فرا می گیرد و به مدار زمین می رسد در این شرایط هر روز خورشید تقریبا" سه چهارم آسمان زمین را فرا خواهد گرفت . ولی در آن روزگار مسلما" هیچ انسانی زنده نخواهد بود . زیرا از آن حرارت وحشتناک هلاک خواهد شد . حتی سخت جانترین باکتری ها نیز که در شرایط نا به سامان برای خود هاگ می سازند از بین خواهند رفت . به همین جهت در فکر است که بتواند برای سال های آتی خود پناهگاهی جز زمین بیابد .



حال چنین ستاره ای پس از آنکه منبسط شد سعی می کند تا هلیوم را به عناصر سنگین تر مانند کربن و اکسیژن تبدیل کند . ولی این واکنش ها انرژی زیادی مثل تبدیل هیدروژن به هلیم تولید نمی کنند . به همین سبب این ستاره که غول سرخ نامیده می شود نا پایدار است . سرانجام این ستاره زیر بار گرانش تحمل نمی کند و در یک انفجار نواختری یا نوایی پوسته خود را به دور می اندازد البته اگر اگر ستاره جرمی بیش از سه برابر خورشید داشته باشد در یک انفجار ابرنواختری یا سوپرنوایی از بند حفاظ گازی خود رها می شود . این انفجار به طرز باورنکردنی درخشان و تابناک است به طوری که ممکن است روشنایی آن 100 میلیون برابر خورشید باشد البته آن بسیار کم است و فقط برای روزها و یا ماه های کمی قابل رؤیت است . این انفجار یکی از نادرترین واقعه های جالب نجومی است .


در این انفجار نهیب تنها چیزی که امکان دارد باقی بماند هسته ی ستاره است . در ستاره ای همچون خورشید هسته باقیمانده که تقریبا" نصف جرمش را تشکیل می دهد تا پس از انفجار تا مرز 7 ^ 10 متر فشرده می شود در این شرایط براساس رابطه لوئی دوبروی انرژی جنبشی الکترون ها افزایش می یابد و برای آنها فضار ایجاد می کند ولی نیروی این فشار به حدی نیست که بتواند بر اوربیتال آنها بر گرداگرد هسته غلبه یابد کند ولی تنها کاری که می کند آنها را تا یک صدم شعاع اتمی خود فشرده می کنند . در این صورت این ستاره فشرده گرانش قابل توجهی دارد برای درک بهتر آن خورشیدی را در نظر بگیرید که در این شعاع اندک فشرده شده باشد . در این وضعیت چگالی این جسم بسیار زیاد است به طوری که جرم یک قاشق چایخوری از آن همانند جرم یک کامیون 18 چرخ در روی زمین است این جسم یک کوتوله سفید نامیده می شود اگر یک پرتو نور از کنار یکی از آنها به جرم 30 ^ 10 × 1.99 بگذرد در مسیرش چهار ساعت و یک دقیقه ( واحد درجه ) انحنا ایجاد می شود . حال اگرهسته ی باقیمانده پس ا انفجار 1 تا 1.5 (حد چاندرا اسکر برای کوتوله سفید ) برابر خورشید جرم داشته باشد وضعیت کاملا" فرق می کند . در نوع از ستاره ها فوریزی حاصل از گرانش آن قدر ادامه می یابد که فشار الکترون ها قادر به مقابله با آنها نیست . در این شرایط بغرنج الکترون ها از اوربیتال های خود خارج شده و جذب پروتون ها می شوند در نتیجه نوترون ها زاده می شود . اگر بخواهیم کمی دقیق تر بررسی کنیم نوترون ها بر اثر متحد شدن الکترون ها و پروتون ها و هم چنین اثر معکوس فروپاشی بتا شکل می گیرند .


در هنگام فضایی در اختیار نوترون ها قرار گرفته است که در جای خود فشرده شوند . این ها به حدی فشرده می شوند که تقریبا" در هر مترمکعب از ماده این ستاره 17 ^ 10 کیلو گرم جرم دارد . این فشرده گی به حدی زیادی است که به ذهن هیچ انسانی خطور نمی کند یک قاشق چای خوری از ماده ی آنها تقریبا" به اندازه ی یک میلیون کامیون 18 چرخ در روی زمین جرم خواهد داشت . این ستارگان در هنگام تولد دمای بالایی دارند و تابش می کنند اماپس از گذشت زمان به شدت دمایشان کاهش یافته و در نتیجه سرد می شوند .


این ستاره ها اغلب به صورت پالسار دیده می شوند . پالسار نوعی ستاره ی نوترونی است با این تفاوت که دارای اسپین و چرخش است . این ها در حوضه ی پرتوی ایکس اشعه ساتع می کنند که به صورت مخروطی سو سو زنان مشاهده می شود این چرخش ها باعث می شود که میدان مغناطیسی آن نیز به موزات آن دارای اسپین باشد . موضوع جالب دیگر در زمینه ی این ستاره های نوترونی حرکت سریع آنها در فضا است . دلیل این حرکت را با توجه به ابرنواختری که ستاره در آن زاده شده است توجه می کنند و می گویند که ضربات انفجار اولیه در همان یک ثانیه ی نخست است به آنها سرعت می دهد که تقریبا" 500 کیلومتر بر ثانیه به سرعت آنها می افزاید این مطلب در سال 2003 توسط دانشمندان آمریکایی و آلمانی تأیید شد .


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]



نمايي از اثر و رد حرکت سريع يک ستاره نوتروني که مانند حبابي در پشت آن ايجاد شده است .


پالسارها دارای میدان مغناطیسی هستند که در گذشته ( پیش از سال 2001 ) به طور غیرمستقیم میدان آنها اندازه گیری می شد اما پس از آنکه در سال 2003 تلسکوپ XMM – Newton با کار دوساله ی خود برروی آنها میدان آنها را به طور مستقیم مشخص ساخت ، معلوم شد که روش مستقیم میدان را 30 برابر ضعیف تر از روش غیرمستقیم نشان می دهد . پالسارها با سرعتی باور نکردنی به دور خود می چرخند برای مثال پالسار ابرسرطان در هر ثانیه 33 مرتبه به دور خود می چرخد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]



ستاره نوتروني لکه نورانی در مرکز تصوير است که از رصدخانه XMM-Newton ديده مي شود



همانطور که ذکر شد این ستاره ها چگالی بسیار زیادی دارند در نتیجه ی باید جرمشان نیز بسیار باشد ( با توجه به حجمشان ) با تکیه با این مطالب می توان گفت که یک ستاره ی نوترونی به جرم خورشید و شعاع 10 کیلومتر در مسیر یک پرتوی نور 46 درجه انحنا ایجاد می کند . تصویر زیر به شما به خوبی مسیر حرکت اطراف اجرام مختلف آسمانی از جمله یک ستاره و یک کوتوله سفید ، همچنین یک ستاره نوترونی را نشان می دهد . در این تصویر اشاره ای به سیاهچاله نیز شده است . در این فصل قصد نداریم به بحث در زمینه ی سیاهچاله بپردازیم . زیرا موضوع اصلی این مقاله در زمینه سیاهچاله است و در یک فصل مجزا کامل شرح داده خواهد شد . ولی برای درک بهتر این تصویر بد نیست که بدانیم سیاهچاله یکی از حالت رمبیده از ستاره ها است که از ستاره های نوترونی و کوتوله های سفید بسیار پر جرم تر است و هیچ چیزی حتی نور قادر به گریز از آن نیست . همچنین در این تصویر دو ستاره ی نوترونی به نمایش گذاشته شده است یکی پر جرم و دیگری تقریبا" کم جرم . آن تصویر که مربوط به ستاره ی نوترونی کم جرم است همان کوتوله سفید است زیرا بعضی از دانشمندان آن ها را یکی فرض می کنند و می گویند که کوتوله سفید حالتی از ستاره نوترونی است .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] .wysiwyg { background-attachment: scroll; background-repeat: repeat; background-position: 0% 0%; background-color: #f5f5ff; background-image: none; color: #000000; font-family: Tahoma; font-style: normal; font-variant: normal; font-weight: 400; font-size: 11px; line-height: normal } p { margin: 0px; }

فصل دوم : مفاهیم مربوط به سیاهچاله


برای درک بهتر سیاهچاله لازم است نگاهی هر چند مختصر به دو نظریه ی انقلابی قرن حاضر یعنی نسبیت و مکانیک کوانتوم بیندازیم . هر دو نظریه از جنبه ای خاص در درک سیاهچاله به ما کمک می کنند ؛ اما به این دلیل که اصولا" خود سیاهچاله را می توان محصول نظریه ی نسبیت عام دانست به نسبیت عام در این بحث بیشتر بها داده خواهد شد . از سوی دیگر برای دانستن نظریه ی نسبیت عام لازم است تا جنبه هایی از نسبیت خاص را به رشته ی تحریر در آوریم . هر چند که امروزه گروهی از دانشمندان نسبیت خاص را صورت ویژه ی از نسبیت عام می دانند . همچنین برای شرح برخی از خواص سیاهچاله ها لازم است تا پیش زمینه ای از مکانیک کوانتوم به خصوص اصل عدم قطعیت ورنر هاینزبرگ داشته باشیم تا بتوانیم خاصیتی از سیاهچاله چون تابش هاوکینگ را شرح دهیم .



اصل عدم قطعیت ورنر هایزنبرگ


نسبیت خاص


نسبیت عام


مفاهیم مربوط به سیاهچاله




بخش اول : نسبیت خاص

Special Relativity
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]




« او تجسم خرد ناب بود، استادى كه انگليسى را با لهجه آلمانى تكلم مى كرد، كسى كه چهره اش به عنوان يك كليشه خنده دار در هزاران عكس و فيلم به نمايش درآمده است. سيماى منحصر به فرد او با آن موهاى بلند و آشفته بلافاصله قابل تشخيص بود » درست 101 یک سال پیش بود که آلبرت اینشتن با انتشار چند مقاله به شهرت جهانی رسید ؛ یکی از این مقالات در رابطه با الکترودینامیک اجسام متحرک بود که امروزه ما آن را نسبیت خاص می نامیم . نسبیت خاص نتایج بسیار و شگفت آوری را برای فیزیک رقم می زند از جمله اتساع زمان ، کاهش طول خط کش و یا هم ارزی جرم و انرژی .

دو اصل اساسی نسبیت خاص عبارتند از :

1- قوانين فيزیک در تمام دستگاه های لخت يكسان است و هيچ دستگاه مرجع مطلقي در جهان وجود ندارد.

2- سرعت نور در فضای تهي و در تمام دستگاه های لخت ثابت است.

اما چیزی که به کار ما می آید و همچنین یکی از مهمترین دستاورد های نسبیت خاص نیز هست این است که فضا را از سه بعد به چهار بعد ارتقا می دهد ، بعد چهارم که فضا – زمان نامیده می شود از پیوند بین زمان و سه بعد فضایی حاصل می شود .





اما اصولا" زمان چیست ؟





در فیزیک دو تعریف وجود دارد که هر دوی آنها بر اساس قانون دوم ترمودینامیک که به آنتروپی می انجامد مورد بررسی قرار می گیرند . تعریف اول که تعریف ترمودینامیکی زمان نامیده می شود بر پایه ی اصول ترمودینامیک که بسیار ساده و قابل فهم نیز هستند بنا شده است . این تعریف زمان در سطوح و سیستم های ساده مورد بررسی قرار می دهد و بر اساس اصل دوم قانون ترمودینامیک است که می گوید بی نظمی و اختلال با زمان توسعه داده می شود که اصطلاحا" به آنتروپی می گویند برای مثال شما اتاقتان را در صبح یک روز تعطیل در نظر بگیرد که بسیار به هم ریخته و بی نظم است و مادرتان به شما گفته است که اتاق را مرتب کن . مسلما" شما اتاق را مرتب خواهید کرد و پیش خود خواهید گفت که من از بی نظمی کاسته ام و به نظم افزوده ام در نتیجه آنتروپی جهان کاهش یافته است ؛ ولی اگر در این اندیشه اید بهتر است که طرز فکرتان را تغییر بدهید زیرا شما نیروی فکر و انرژی مصرف کرده اید و آن را به یک حالت غیر قابل استفاده تبدیل کرده اید در نتیجه به آنتروپی جهان افزوده اید .





حال بیاییم زمان را از منظری دیگری به بحث و گفتگو بگذاریم ، این روش تاریخ مدارانه نام دارد همانطور که از نامش بر می آید شما در این روش به زمان گذشته و آینده سر و کار خواهیم داشت . این روش در سیستم ها و سطوح پیچیده به کار می رود و در زندگی روزانه ی خود آن را احساس نمی کنیم اما در فیزیک وجود دارد . این روش قانون دوم ترمودینامیک را نامتقارن می کند یعنی شروطی را می آورد که دیگر قانون دوم ترمودینامیک قادر به توجیه آن نیست . اما اصولا" چگونه می توان این قانون را نقض کرد و بر آن تبصره ای گذاشت . همانطور که ذکر شد بر اساس قانون دوم ترمودینامیک میزان بی نظمی با گذر زمان افزایش خواهد یافت . اگر شما پیکان زمان را از گذشته به آینده در نظر بگیرید آن گاه این قانون صادق است یعنی با گذشته زمان از نظم کاسته و به بی نظمی افزوده می شود ولی بیاییم پیکان زمان را در جهت عکس در نظر بگیریم یعنی در صورتی که از آینده به گذشته باشد آنگاه دیگر این قانون صدق نمی کند برای مثال یک خرگوش را در نظر بگیرید که زخمی شده باشد این خرگوش پس از مدتی خوب خواهد شد به آغوش طبیعت باز خواهد گشت . همانطور که مشخص است این دو تعریف تضاد آشکاری با هم دارند . برای حل این مشکل دانشمندی به نام لیزر گفت که زمان در سطوح اتمی و یا کوچکتر متقارن فرض کنیم در چنین شرایطی بر اساس اصل عدم قطعیت هایزنبرگ که شرح داده خواهد شد اطلاعات در سطح اتمی دارای حد مشخص خواهند بود و حالات محدودی برای این حالت وجود دارد پس این موضوع در سطوح کیهانی نیز قابل تعمیم است .



مشکل دیگر این است که زمان یک کمیت جهت دار است . اندیشمندانی و فلسفه دانی چون چون مک ناگارت به طور کلی منکر این موضوع می شد ولی بر پایه ی اصولی می توان سخنان او را رد کرد . اما دانشمندی چون بورل بر این عقیده بود که در هنگام منظم کردن سطوح کیهانی اطلاعات سطوح خرد به طور مکرر و یکنواخت تلف می شوند و دقیقا" همان نتیجه است که می توان اصول آنتروپی و زمان جهت دار نتیجه گرفت .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]




در بالا می توانید دست نوشته های اینشتین و چگونگی به دست آوردن بعضی از فرمول های او را ببینید .



در واقع اینشتین با نسبیت خاص زمان را از حالت مطلق که در مکانیک کلاسیک نیوتنی تعریف شده بود خارج ساخت و آن را به صورت یک بافت با سه بعد فضایی در نظر گرفت . در واقع وقتی ما بخواهیم یک نقطه در در صفحه پیدا کنیم باید دو کمیت x وy آن را داشته باشیم ولی اگر در این بافت بخواهیم نقطه ای را مشخص کنیم باید برچسبی شامل بر چهار عدد بر آن بزنیم که سه عدد موقعیت آن را مشخص می کند و عدد چهارم نیز زمان رویداد و نقطه را مشخص می کند این اعداد x و y و z و t هستند . همچنین یکی دیگر از موضوعات در رابطه با این اصل این است که بین این چهار عدد رابطه ای همچون رابطه ی فیثاغورث برقرار است البته این رابطه به صورت زیر است .


ds2=dx2+dy2+dz2-c2dt2


در این رابطه ds همان فاصله دو نقطه در این بافت است این رابطه متریک شبه ریمانی نامیده می شود . همچنین در این رابطه c اصل ثبات نور است که در خلاء برای هر دستگاه اندازه گیری مرجع برابر 300000 کیلومتر بر ثانیه است در نسبیت خاص سرعت نور حد سرعت ها محاسبه می شود یعنی هیچ جسمی جرم داری قادر نیست با چنین جسمی به سیر و سفر بپردازد . زیرا اگر در نسبیت خاص بخواهیم جرم جسمی به جرم سکون m و سرعت v را محاسبه کنیم اگر به جای v ، c را قرار دهیم آنگاه مخرج کسیر حاصل برابر صفر می شود و آنگاه دیگر معنایی ندارد زیرا در ریاضیات مخرج صفر برای کسرها تعریف نشده است و به آنها بی نهایت می گویند . به همین دلیل اگر آن را بی نهایت فرض کنیم آنگاه هیچ انرژی دیگر قادر نخواهد بود تا به این جرم فوق العاده شتاب دهد . دلیل این که فوتون ها و احتمالا" نوتروینوها قادر هستند با چنین سرعتی سفر کنند این است که جرم سکون آنها صفر است . البته در نظریه ی نوین CPH سرعت cphها از سرعت فوتون بیشتر است البته این cph ها در ساختمان فوتون دارای اسپین هستند و مجموع حرکت انتقالی و اسپین ها آنها از سرعت نور بیشتر است . ممکن این موضوع برای شما مطرح شود که این موضوع خلاف نسبیت است اما در واقع این صحه ای بر نسبیت است در شرایط مقداری از سرعت تبدیل می شود . نظریه ی CPH نظریه ای بنیادی در فیزیک است که توسط جناب آقای حسین جوادی ارائه شده است
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]




هر چند که درک سه بعد از دو بعد سخت تر است اما مسلما" درک چهاربعد بسیار سخت از سه بعد است . به هم پیوستن فضا و زمان در فضا – زمان چیزی است که اگر بتوان یکی از آنها را رها کرد راهی منحصر به فرد است ؛ یعنی اگر راهی یکتا وجود داشت تا زمان و موقعیت یک چیز در رویداد مشخص شود . هرچند مقالات قابل توجه اینشتن در ادره ی ثبت اختراعات در سال ١٩٠۵ نشان داد که فضا – زمان در یک رویداد رخ می دهد منوط براینکه حرکت جسم چگونه باشد . فضا – زمان مشترک است و این دو جزو لایجتزی یکدیگرند همانطور که ذکر شد نسبیت خاص در سال 1905 توسط آلبرت اینشتین فیزیکدان آلمانی زمانی که یک کارمند ساده در اداره ی ثبت اختراعات سوئیس بود انتشار داده شد و انقلابی فکری را در زمینه الکترودینامیک اجسام متحرک به وجود آورد . او بسیاری از کمیت ها را که در فیزیک نیوتنی مطلق تعریف شده بود از این مفهوم خارج ساخت . برای مثال در مکانیک کلاسیک نیوتنی جرم یک کمیت مطلق محسوب می شد . اما پس از انتشار نسبیت خاص مشخص شد که یک جسم دارای یک جرم سکون است و جرم آن در حال حرکت افزایش می یابد و هرچه سرعتش بیشتر باشد جرمش بیشتر خواهد بود . یا اینکه او این موضوع را بیان کرد که اگر یک جسم در حال حرکت باشد انقباض طولی دارد که اصطلاحا" به این قضیه انقباض لورنتس می گویند . در نسبیت خاص از ریاضیات قابل فهمی استفاده شده بود به طوری که هر انسانی که تحصیلات متوسطه به بالا داشته باشد می تواند ریاضیات آن را درک کند اما در نسبیت عام خواهیم دید که درک ریاضیاتش برای یک انسان با تحصیلات عالی نیز چندان ساده نیست .

 

بخش دوم : نسبیت عام

general relativity
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


اينشتين در نوجوانى علاقه چندانى به تحصيل نداشت. پدرش از خواندن گزارش هايى كه آموزگاران درباره پسرش مى فرستادند، رنج مى برد. گزارش ها حاكى از آن بودند كه آلبرت شاگردى كندذهن، غيرمعاشرتى و گوشه گير است. در مدرسه او را «باباى كند ذهن » لقب داده بودند. او در ۱۵ سالگى ترك تحصيل كرد، در حالى كه بعدها به خاطر تحقيقاتش جايزه نوبل گرفت

شايد شما نيز اين جملات را خوانده يا شنيده باشيد و شايد اين پرسش نيز ذهن شما را به خود مشغول كرده باشد كه چگونه ممكن است شاگردى كه از تحصيل و مدرسه فرارى بوده است، برنده جايزه نوبل و به عقيده برخى از دانشمندان، بزرگ ترين دانشمندى شود كه تاكنون چشم به جهان گشوده است؟


ولی چه باید کرد ؟ درست 27 سال همان بابای کند ذهن بزرگترین جایزه ی علمی جهان را در رشته فیزیک برای کارش در زمینه ی اثر فوتوالکتریک دریافت کرد . شاید بتوان گفت که او در سال در 1915 با ارائه ی نسبیت عام بزرگترین انقلاب فکری را در تمام دوران فیزیک برپا کرد . زمانی که در سال 1919 نظریه ی او یعنی نسبیت عام بعینه مشاهده شد او به شهرت جهانی رسید به گفته ی خودش تنها چیزی او را به این سمت کشاند نیروی جالبی بود که بروی عقربه های قطب نمایی که پدرش در کودکی برای او خریده بود تأثیر می گذاشت بعد از این مقدمه ی نسبتا" طولانی بد نیست به نسبیت عام بپردازیم .


نسبیت عام حاصل پنج سال تلاش بی وقفه اینشتین بود . اینشتین در نسبیت عام از هندسه نا اقلیدسی کمک گرفت . اما چگونه ؟ لازم است نیم نگاهی به این هنسه بیندازیم .

همانطور که می دانیم هندسه اقلیدسی هندسه صفحه نیز نامیده می شود . این هندسه دارای پنج اصل است که تمام وضعیات خطوط در صفحه با توجه به آن مشخص می شود . این پنج اصل به شرح زیر هستند .

ـــ اصل اول - از هر نقطه مي توان خط مستقيمي به هر نقطه ي ديگر كشيد .
ـــ اصل دوم - هر پاره خط مستقيم را مي توان روي همان خط به طور نامحدود امتداد داد
ــ اصل سوم - مي توان دايره اي با هر نقطه دلخواه به عنوان مركز آن و با شعاعي مساوي هر پاره خط رسم كرد
ــ اصل چهارم - همه ي زواياي قائمه با هم مساوي اند
ـــ اصل پنجم - از يك نقطه خارج يك خط، يك خط و و تنها يك خط مي توان موازي با خط مفروض رسم كرد


گروهی از ریاضیادان ها بروی اصل موضوعه ی پنجم شک کردند و با کار بروی این اصل توانستند در شرایطی خاص آن را نقض کنند البته گفتنی است که دانشمندانی چون خیام و پدر بویوئی بروی این اصل بسیار کار کردند ولی به نتیجه مطلوب دست نیافتند .

ولی سرانجام یانوش بویوئی و لباچوفسکی برای نخستین بار یکی از انوع این هندسه را کشف کردند . از این نوع هندسه انواع گوناگونی وجود دارد که همه ی آنها در اصل موضوعه ی پنجم با هم اختلاف آشکاری دارند . با توجه به اصل دوم می توانیم دو حالت غیر از این حالت را بیان کنیم حالت اول این است که بگوئیم که ما قادریم بیش از یک خط موازی رسم کنیم این همان کاری است که بویوئی و لباچوفسکی انجام دادند این هندسه ، هندسه هذلولی نیز نامیده می شود که در آن مجموع زوایای درونی یک مثلث کمتر از 180 است و نسبت محیط به قطر بیشتر از عدد پی است . انحنای خط در این حالت منفی است .

هندسه ی هذلولی برای کار در نسبیت عام به کار نیامد پس آلبرت اینشتین از هندسه ی بیضوی که در سال 1854 توسط فردریک ریمان تدوین شده بود استفاده کرد . این هندسه در اصل پنجم دقیقا" خلاف هندسه ی هذلولی است . یعنی این هندسه به وضوح می گوید از یک نقطه خارج یک خط هرگز نمی توان خطی موازی با آن رسم کرد . این هندسه به طور مطلق و کامل به کار نسبیت عام می آمد . البته او تبصره ای در اصل دوم نیز گذاشت و گفت اگر نا متناهی بودن آن را به بی کرانگی بودن تبدیل کنیم در این صورت این هندسه به وجود می آید . زیرا در این هندسه اگر بروی سطح مورد نظر هر چقدر هم که بی کران باشد حرکت کنیم ( بر خط راست ) سرانجام می توانیم به نقطه ی اول بازگردیم . در این هندسه مجموع زوایای درونی مثلث بیشتر از 180 درجه است و انحنا خط مثبت است . همچنین باید بدانیم که نباید برای هر کدام درستی یا نادرستی تعیین کنیم زیرا هر کدام چه هندسه اقلیدسی و چه نا اقلیدسی با توجه به انحنا خط در جایی خاص کاربرد دارند .


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در تصویر بالا می توانید سطوح مختلف و همچنین مثلث ها را بر سطح آنها می بینید


آلبرت پیش از این از معادلات خود اصل هم ارزی را نتیجه گرفته بود که بیان می کرد که اگر شما در اتاقکی از بالای ارتفاعی رها شوید گرانشی را نمی توانید اندازه بگرید حتی اگر دقیق ترین آزمایش ها را نیز انجام دهید . اینشتین با کار بروی متریک ریمان در فضا – زمان دریافت این موضوع به این سادگی هم نیست . به همین دلیل سعی کرد تا هندسه نااقلیدسی خاصه هندسه ی نا اقلیدسی بیضوی را از دوست ریاضیدانش مارسل گرسمان فرا بگیرد . اینشتین هندسه بیضوی را از گرسمان فرا گرفت و با توجه با اصل هم ارزی و حل معادلات بسیار پیچیده ای که معروف ترین آنها معادله ی میدانی است به این نتیجه است که فضا – زمان مسطح نیست بلکه خمیده است و می تواند خمیده شود . با توجه به این موضوع شرح داده می شود که فضا – زمان به وسیله ماده و انرژی پیچ و تاب داده می شود و یا می پیچد. ما واقعا" می توانیم این پیچ و تاب را مشاهده کنیم . محصول جرم خورشید این است که نور و امواج رادیویی هنگام عبور از کنارش مسیرشان کمی خمیده می شود . علت این پدیدار شدن موقعیت ستاره یا چشمه های شبه اختری است که باعث تغییرمکان کم آن می شود .زمانی که خورشید بین زمین و منبع رادیویی قرار می گیرد تغییر مکان بسیار کم است و در حدود یک هزارم درجه است ، در حکم حرکت یک اینچ در مسافت یک مایل . با وجود این اندازه مذکور می تواند به دقت اندازه گیری شود . این امر با پیشگویی نسبیت عام تطابق دارد . این مدرکی بر پایه آزمایش است که فضا – زمان خمیده می شود . مقدار این خمیدگی در همسایگی ما بسیار کم است زیرا میدان گرانشی خورشید کم دوام است . هرچند برای ما روشن است که این رویداد در تمام میدان های گرانشی قوی نیز رخ می دهد ، برای مثال در بیگ بنگ یا در سیاهچاله ها برای درک بهتر این مطلب سطحی ارتجاعی را در نظر بگیرید که اگر جرمی بر روی آن قرار گیرد خمیده می شود به به پائین می رود . شاید این سؤال پیش بیاید که چرا انرژی ؟ پاسخ این است که باید باز هم با اصل هم ارزی جرم و انرژی اینشتین که در فصل اول بیان شد مراجعه کنیم . گفتنی است که این فرمول بر اساس ارزیابی هایی که اخیرا" انجام شده است این فرمول تنها 0.0000004 خطا دارد که میزان بسیار ناچیزی است . این نتایج از تحقیق بر روی اتم های سولفور و سیلیکون به دست آمده است .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

همانطور می دانیم نسبیت عام صرفا" یک نظریه برای شرح گرانش است . اینشتین گرانش را با توجه به این خمیدگی در فضا – زمان به صورت جالبی شرح می دهد . او تعریف کلیشه ای که از گذشته برای گرانش باب شده بود را کنار گذاشت و آن را چنین عنوان کرد .






گرانش اثر هندسی جرم بر فضا – زمان اطراف خود است


این بدان معنا است که هر میزان گرانش به خمیده شدن آن توسط جرم بستگی دارد . همانطور که می دانیم هر چه جرم جسمی بیشتر باشد انحنایی که در بافت فضا – زمان ایجاد می کند بیشتر خواهد بود در نتیجه گرانش آن نیز بیشتر خواهد بود . این بارها آزموده شده است و مورد تأئید دانشمندان واقع شده است . نمونه ای بارز از آن در سال 1919 بود . زمانی که یک کسوف کامل روی داده بود نور یک ستاره از کنار خورشید عبور کرد و حدود یک هزارم درجه تغییر مسیر داد . اگر به یاد داشته باشید در فصل اول زمانی که کوتوله های سفید و ستاره های نوترونی به بحث گزاردیم در لا به لای صحبت هایمان از انحنای نور در هنگام عبور از کنار آنها سخن گفتیم . دلیل این خمیدگی را اکنون شرح داده ایم تا قابل درک باشد . ممکن است این سؤال برای شما پیش بیاید که چرا یک ستاره ی نوترونی با جرم خورشید در مسیر حرکت نور 46 درجه انحنا ایجاد می کند ولی خود خورشید در حدود یک هزارم درجه ؟ پاسخ را با توجه به نسبیت عام می توان شرح داد . فرمولی که در نسبیت عام برای محاسبه ی این انحنا وجود دارد به دو کمیت جرم و شعاع جسم بستگی دارد البته با اولی رابطه ی مستقیم و با دومی رابطه ی عکس دارد . همچنین در چند ماه گذشته تلسکوپ جادویی هابل جلوه ای بسیار زیبا از این اصل نسبیت را به جهانیان نمایند . اینشتین در سال 1936 پیش بینی کرد که هرگاه نور اجرام دور دست از کنار اجرام عظیم کیهانی گذر کند براثر انحنای ایجاد شده آن اجسام در فضا – زمان حلقه ای کامل به وجود می آید که حلقه ی اینشتین نامیده می شود . هابل این صحنه را به جهانیان نشان داد . این اجرام پر جرم دو کار انجام می دهند 1- همانند یک عدسی عمل می کنند و تصویر را بزرگتر جلوه می دهند 2- نور اجرام دوردست را که نور مذکور از آن می آید را تشدید می کند و ما می توانیم اجرام کم نور را با این راه کار مشاهده کنیم . این پدیده ی جالب همگرایی گرانشی نا گرفته است . هابل برای نمایندن این ها 19 منبع را زیر نظر داشته است و تنها 3 تا از آنها در طیف نور مرئی پرتو افکنی می کرده اند .



[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

تصویر بالا توسط تلسکوپ فضایی هابل از کهکشان بیضوی چشم گاو گرفته شده است که یکی از زیباترین جلو گاه های کیهانی است . این کهکشان همچون یک عدسی غول پیکر عمل کرده است .



ممکن است در ذهن شما این موضوع تداعی شود درک این موضوع ازدرک بعضی از موضوع های نسبیت خاص بسیار ساده تر است ، پس چرا از دشوار بودن آن سخن می گویند ؟ اگر در این اندیشه اید می توان گفت که سخت در اشتباه هستید زیرا اگر نمونه ای از ریاضیات آن را ببینید از نظر خود تعجب خواهید کرد . در این مقاله نیز به دلیل وقت بری بسیار زیاد از آن صرف نظر می کنیم .


اما از جمله اصول دیگری از نسبیت عام که در شرح قسمتی از خواص سیاهچاله به ما کمک می کند این است که ساعت ها در میدان های گرانشی کندتر عمل می کنند . البته نسبت به محیطی که در آن میدانی نباشد هرچند که این هم سخن چندان درستی نیست زیرا با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ تناقض دارد ، در این رابطه در بخش بعد بحث خواهیم کرد . برای مثال اگر یک ساعت در فاصله ی 100 کیلومتری از سطح یک کوتوله سفید به جرم 20 ^ 10 × 4 و شعاع 5000 کیلومتر قرار داشته باشد و ما زمان را برای یک ساعت که خارج از میدان است 1 ثانیه اندازه گیری کنیم آنگاه زمان برای ساعتی که در میدان است زمان به مقدار 0.57 ثانیه گذشته است . حال هر چقدر این اندک تر باشد نشان گر آن است که یا جرم جسم بیشتر بوده است یا اینکه شعاعش کمتر بوده است در حالی که ممکن است هر دو حالت نیز با هم رخ دهد . برای درک بهتر اگر بخواهیم جسمی را با همین جرم ولی با شعاع 10 کیلومتر مثال بزنیم ( این جسم یک کوتوله ی سفید است ) زمان سپری شده برای او به اندازه ی ... 0.0242424 که در واقع این ادامه پیدا می کند و بسیار کوچکتر از عدد محاسبه شده برای کوتوله سفید است .


اگر بخواهیم به یکی دیگر از اصول نسبیت عام نگاهی بیندازیم بد نیست به جا به جایی های طیفی در میدان های گرانشی بیندازیم . همانطور که می دانیم هر طیف الکترومغناطیسی دارای طول موج خاصی است . هر چه طول موج یک موج کمتر باشد در این صورت انژی بیشتری را با خود حمل می کند . انرژی این موج طبق رابطه ی معروف زیر محاسبه می شود .


E = hf


در این رابطه ی بسیار ساده E انرژی فوتون موج الکترومغناطیسی است . همچنین h در این رابطه معروف به ثابت پلانک است که برابر

34- ^ 10 × 6.67 است . در حالی که f نقش فرکانس یا بسامد موج را بازی می کند . انرژی یک موج به طول فرکانس آن بستگی دارد هر چه فرکانس بیشتر باشد انرژی فوتون موج نیز بیشتر خواهد بود که با این فرکانس خود تحت الشعاع طول موج قرار می گیرد . در تصویر محدوده طول موج ها را از پرتوهای گاما تا پرتوهای رادیویی را مشاهده می کنید .



برای مثال یک فوتون گاما که پر انرژی ترین موج الکترومغناطیسی است تقریبا" 17- ^ 10 × 20.01 ژول انرژی دارد .


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

ما در بحث در این رابطه با طیف مرئی کار می کنیم زیرا طیف های دیگر برای ما قابل مشاهده نیستند . در نسبیت عام می خوانیم که اگر فوتونی در حال حرکت باشد و تحت تأثیر یک میدان گرانشی قرار گیرد به سمت آبی جا به جا می شود در واقع طول موج آن کاهش می یابد و در نتیجه فرکانسش افزایش می یابد به این تغییر جا به جایی به سمت آبی یا بلو شیفت می گویند . اگر یک فوتون در حال گریز از یک میدان گرانشی باشد آنگاه به سمت قرمز جا به جا می شود و فرکانسش کاهش می یابد . به این پدیده رد شیفت نیز گفته می شود . البته این حرف ها در محدوده ی طول موج مرئی است . همچنین در طول موج های دیگر نیز اینگونه هست ولی ما قدرت دید آنها را نداریم . برای مثال اگر یک فوتون قرمز با طول موج 700 نانومتر به درون میدان گرانشی یک جسم با جرم 20 ^ 10 × 2 و شعاع 10 کیلومتر سقوط کند طول موج برابر 8- ^ 10 × 2 خواهد رسید در واقع در این شرایط فرکانس آن افزایش یافته است . در واقع این سخن را در رابطه با میدان خود زمین این گونه بیان می شود که اگر پرتوی نوری از زمین به طرف بالا فرستاده شود طول موجش بیشتر می شود زیرا در حال گریز از یک میدان گرانشی است . هرچند که این میدان نسبت به سایر اجسام سماوی ناچیز به نظر می رسد . از این خاصیت در شرح دادن وضعیت نور در اطراف یک سیاهچاله بهره خواهیم گرفت .


تا کنون اثر هندسی جرم بر فضا – زمان و تأثیر میدان گرانشی را بر ساعت و همچنین جا به جایی های طیفی را هر چند مختصر مورد بررسی قرار دادیم . حال به محدوده ی دیگری از کاربردهای نسبیت عام می پردازیم . در قسمتی از نسبیت عام می خوانیم که اگر خط کشی در میدان گرانشی یک جسم قرار گیرد آنگاه دیگر این خط کش طولش برابر طول اولیه اش نیست بلکه طولش کوتاه تر می شود . این اصل در نسبیت خاص نیز به چشم می خورد اما در آنجا در رابطه با میدان های گرانشی نیست بلکه در رابطه با سرعت های بالا به بحث می پردازد .


اما آیا واقعا" اینگونه است ؟ یکی از جاهایی از نسبیت عام که اینشتین را به شک در رابطه با هندسه ی اقلیدسی وا داشت همین جا بود . جایی که او فهمید به وسیله هندسه خط و صفحه نمی تواند محیط یک دایره را به عینه اندازه بگیرد و از واقعی بودن آن مطمئن شود . در این زمان بود که از هندسه ریمانی بهره گرفت و به این نتایج جالب در نسبیت عام دست یافت و اسم خود را برای همیشه در تاریخ علم و ذهن علم دوستان جاودانه کرد . این اصل نسبیت عام به ما می گوید که اگر خط کشی در فاصله 100 کیلومتری از سطح یک ستاره نوترونی باشد کوتاه تر از خط کشی است که در فاصله ی 10 کیلومتری از سطح آن است . اگر بخواهیم اختلاف یک خط کش یک متری را در این ارتفاعات ببینیم در صورتی که در میدان یک ستاره ی نوترونی با جرم 20 ^ 10 × 4 و شعاع 10 قرار داشته باشند به این صورت خواهند بود که خط کشی که در ارتفاع 10 کیلومتری قرار دارد 71 سانتی متر خواهد یعنی کوتاه تر است خط کس قبلی است .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


این ها اصولی از نسبیت عام بودند که ما در فصل بعد از آنها استفاده خواهیم کرد اما اگر بخواهیم مهمترین دستاورد نسبیت عام را شرح دهیم توجیه مدار عطارد است . اما مشکل چه بود ؟


با توجه به قوانین مکانیک کلاسیک نیوتنی می توانستیم مدار تمامی سیارات منظومه شمسی را به خوبی شرح دهیم به جز سیاره عطارد . نسبیت عام با انقلابی که در فیزیک بر پا کرد هم توانست مدار سیارات دیگر را بسیار خوب شرح دهد و هم توانست اشکال مدار عطارد را بر طرف کند . بیش از صد سال بود که منجمان پیش از اینشتن متوجه شده بودند که حضیض سیاره ی عطارد تغییر می کند اما به وسیله قوانین نیوتن قابلیت توجه آن وجود نداشت . اما نسبیت عام آن را توجه کرد . همانطور که در قسمت اول گفته شد فضا – زمان بر اثر جرم خمیده می شود . خمیدگی که بر اثر جرم خورشید در فضا – زمان پدید آمده است به تدریج موجب می شود حضیض سیاره از خود چرخشی نشان دهد و به طور مداوم جا به جا شود . این یکی از بزرگترین دستاوردهای نسبیت عام بود .

 

بخش سوم : اصل عدم قطعیت هایزنبرگ Uncertainty principle
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

پس از نسبیت باید نگاهی به مکانیک کوانتومی بیاندازیم جایی که دانشمندان زیادی از جمله نیلز بور ، ولفانگ پائولی ، اروین شرودینگر ، انریکو فرمی و ورنر کارل هایزنبرگ . مکانیک کوانتوم حاصل کار چندین نفر بود ، در صورتی که نسبیت با تمام گستردگی خود حاصل ذهن خلاق اینشتن بود . اما گفتنی است که اینشتن یک انسان معمولی نبود . با بررسی هایی که بر روی مغز او انجام شده است مشخص شده است که قسمتی از مغز او که مربوط به استدلالات بوده است 15 درصد از مغزهای معمولی بزرگتر بوده است . همچنین او به یک نوع جهش ژنتیکی مبتلا بوده است که باعث خلاقیت می شده است . با این وجود کار دانشمندی چون ورنر هایزنبرگ نیز شایان توجه است . در آغاز خود هایزنبرگ نیز فکر نمی کرد که اصل عدم قطعیت او چنین انقلابی در مکانیک کوانتومی بخ وجود آورد . شاید بتوان گفت او مهمترین قسمت مکانیک کوانتوم را بنیان گذارد . هر چند که این اصل فقط در قسمت کوتاهی از شرح سیاهچاله می تواند ما را یاری کند اما بد نیست اطلاعاتی در این زمینه داشته باشیم .


اما اساسا" اصل عدم قعیت چیست و چه بیان می کند ؟


در واقع هایزنبرگ اصل عدم قطعیت را با یک استدلال ساده آغاز کرد . او گفت در واقع هیچ پدیده ی فیزیکی به خودی خود وجود ندارد مگر این که در میان دو ناظر یا دو چیز به وجود آید . از قبل بر اساس هندسه اقلیدسی جسم و مسیر آن مشخص می شد و به این گونه شرح داده می شد که جسم یک نقطه ریاضی و یک خط ریاضی مسیر حرکتش است . اما هایزنبرگ با این موضوع کنار نیامد . او گفت که این فرض در مکانیک کلاسیک درست است اما در مکانیک کوانتوم وضع می تواند تغییر کند . در واقع هر گاه شما بخواهید موقعیت یک ذره همچون یکی فوتون با الکترون را بررسی کنید باید بر مسیر حرکت آن تأثیراتی هر چند اندک بگذارید با توجه به این ها و ریاضیات پیچیده هایزنبرگ این اصل را بیان کرد که هرگاه ما دو کمیت متغییر و قابل مشاهده با هم مورد بررسی قرار دهیم هیچگاه نمی توانیم تکانه ( میزان حرکت از فرمول P = m . v محاسبه می شود که در آن v سرعت یک جسم و m برابر جرم آن است ) و موقعیت آن را به طور همزمان به طور دقیق اندازه گیری کنیم . برای مثال اگر قصد داشته باشیم تکانه ی آن را به طور دقیق مورد بررسی و اندازه گیری قرار دهیم دیگر قادر نخواهیم بود به طور دقیق موقعیت آن را تعیین کنیم . همین اصل به ظاهر ساده که در سال 1927 توسط هایزنبرگ به وجود آمد یکی از پایه های بنیادی مکانیک کوانتوم است . ممکن از تصور کنید که این را هر کسی می توانسته استدلال کند ولی بد نیست بدانیم که این یک موضوع استدلالی نیست بلکه به وسیله ی محاسبات دقیق ریاضی و مکانیک ماتریسی هایزنبرگ به وجود آمده است . در واقع هر گاه شما بخواهید موقعیت یک ذره همچون یکی فوتون با الکترون را بررسی کنید باید بر مسیر حرکت آن تأثیراتی هر چند اندک بگذارید . در واقع اگر شما فقط در صورتی می تواند این کمیت را دقیق مورد بررسی قرار دهید که طبیعت آن ها را آشکار نکنید و هیچ دستی بر ساختارشان نبرید که این هم با امکانات امروزی غیرممکن به نظر می رسد . با این وجود هایزنبرگ به وسیله معادلات خود نشان داد که حتی اگر چنین دستگاه را در ذهن خود بسازیم ما اندازه گیری مورد نظر را نمی توانیم با دقت دلخواه انجام دهیم . در کل معادلات اصل عدم قطعیت هابزنبرگ هر کمیت متغییر و قابل اندازه گیری را محدود می کند .


همانطور که می دانیم ذرات را بر اساس اصل مکملی توصیف می کنند یعنی یک ذره می تواند هم حالت موجی و هم حالت ذره ای از خود نشان دهد . ولی یک تبصره در اینجا وجود دارد یک ذره هیچگاه نمی تواند دو حالت را با هم نشان دهد هرچند که امروزه پرفسور شهریار صدیق افشار دانشمند ایرانی با طرح یک آزمایش آن را به طور روشن رد کرد و بیان کرد که یک ذره می تواند هر دو حالت را با یکدیگر از خود نشان دهد . اما اگر بخواهیم بدون توجه به آزمایش پروفسور افشار از اصل عدم قطعیت در این حالت ها سخن بگوییم کاری ساده است یعنی وقتی که ما بر اساس خاصیت موجی سخن می گوئیم کمیت های مربوط به موج صفر است و کمیت های ذره ای نامحدود محاسبه می شوند و اگر قصد داشته باشیم اصل عدم قطعیت را حالت ذره به کار ببریم کمیت های مربوط به خاصیت ذره ای صفر و کمیت های مربوط به خاصیت موجی بی نهایت یا نامحدود محاسبه خواهند شد . در رابطه با خاصیت موجی هرگاه ما تابع موجی را به دست آورده و در موقعیت یا تکانه ضرب کنیم در این شرایط مسلما" بزرگتر یا مساوی با ثابت پلانک بر 4π .


اگر بخواهیم فرمولی برای دو عدم قطعیت تکانه و موقعیت تعیین کنیم همان فرمول معروف هایزنبرگ است که امروزه یکی از پایه ای ترین فرمول های مکانیک کوانتوم است که بیان می دارد حاصل ضرب دو عدم قطعیت تکانه Δp و موقعیت Δx همواره بزرگتر یا مساوی با ثابت پلانک تقسیم بر دو است .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
از دیگر روابطی که در اصل عدم قطعیت به چشم می خورد رابطه ی بین مختصه ی زمان ذره و انرژی آن است . اگر بخواهیم این اصل را شرح دهیم همانند اصل اول است که می گوید هیچگاه و در تحت هیچ شرایطی ما قادر نخواهیم بود مختص زمان یک ذره را به همراه انرژی آن با دقت بی نهایت اندازه بگیریم در واقع در این کاری نا ممکن است . رابطه ای که بین این دو به چشم می خورد بیان می کند که حاصل ضرب این دو عدم قطعیت یعنی مختص زمان و انرژی ذره همواره بزرگتر یا مساوی ثابت پلانک خواهد بود . این رابطه به صورت زیر نوشته می شود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
همانطور که می دانیم آلبرت اینشتن یکی از مخالفان سر سخت مکانیک کوانتوم بود و همیشه در زمینه ی مکانیک کوانتوم با نیلز بور دانشمند معروف فیزیک کوانتومی به بحث می پرداخته است . هرچند که خود کمک شایانی به مکانیک کوانتوم کرد و جایزه ی نوبل خودرا هم برای همین کار گرفت . او جمله ای معروف در زمینه ی مکانیک کوانتوم گفته است که : روزی مکانیک کوانتوم همانند مکانیک کلاسیک از عرصه ی فیزیک سقوط خواهد کرد .

اما اینشتین در رابطه با اصل بالا با نیلز بور به بحث پرداخت و سرانجام نیز به وسیله تئوری نسبیت عام که خود آن را ارائه کرده بود شکست خورد .

در سال 1930 در کنفرانس بروکسل برای نقض رابطه بالا آزمایشی خیالی پیشنهاد داد . در این جعبه که دیواره هایش آینه پوش شده است یک ساعت وجود دارد که هر گاه که ما مقداری انرژی تشعشعی وارد جعبه کنیم ساعت به کار می افتد . پیش از اینکه انرژی را وارد جعبه کنیم جرم آن را اندازه می گیریم و بعد از اینکه در جعبه را باز کردیم تا انرژی وارد کنیم در همان لحظه مقداری انرژی نیز خارج می شود همچنین در آن لحظه ساعت به کار می افتد . پس از این مراحل اختلاف جرمی حالت دوم و اول را محاسبه می کنیم و درc² ضرب می کنیم و انرژی خارج شده به دست می آید . در این شرایط ساعت به خوبی کار می کند و هیچ عدم قطعیتی در زمان وجود ندارد در این صورت عدم قطعیت انرژی صفر است و در نتیجه عدم قطعیت زمان نیز صفر خواهد بود در این صورت اصل بالا نقض خواهد شد . در آن زمان بور چیزی برای گفتن نداشت با چهره ای عبوس به هتل رفت اما صبح روز بعد با چهره ای بشاش در تالار اجتماعات حاضر شد و منتظر اینشتین ماند . زمانی که اینشتین آمد با لبخندی شروع به صحبت با او کرد و برای توجه موضوع این گونه گفت : بد نبود اگر در سخن خود توجهی به نظریه ی خود نیز می کردید . او گفت برای اندازه گیری جرم جعبه می باید جعبه را به صورت قائم بر یک نیروسنج متصل کنیم در این صورت تحت میدان گرانش زمین ساعت کند یا تند می شود . بر اثر این پدیده در هنگام باز کردن در جعبه یک عدم قطعیت بر ساعت و زمان وارد خواهد شد . در لحظه ی از دست رفتن انرژی جعبه نوسان می کند . او با حل چند معادله به اصل بالا رسید و اینشتین را با جادوی خودش قانع کرد . در اصل عدم قطعیت روابطی دیگری بین دو متغییر وجود دارد که همواره به نا مساوی هستند ، ولی چون پیچیدگی خاصی دارند در این بحث آورده نمی شود .


از دیگر نتایجی که می توان از اصل عدم قطعیت گرفت این است که همیشه احتمال وقوع یک رخداد بیش از صفر است . یعنی این که اگر شما رویدادی را که در نظر بگیرید که احتمالی به وقوع آن نمی دهید ممکن است پدید آید ، حتی اگر غیرممکن به نظر برسد . در سال های دبیرستان خوانده ایم که در خلاء هیچ چیز وجود ندارد نه مولکول ، نه اتم و نه هیچ چیز دیگر ولی آیا واقعا" این سخن بر طبق قوانین فیزیک کوانتومی صحیح است ؟


در اصل عدم قطعیت می خوانیم که در هیچ محیطی میدان ها صفر نمی شوند اگر این عمل رخ دهد یعنی اصل عدم قطعیت به وضوح رد شده است . با توجه به این حرف در فضای خلاء همواره ذرات و ضد ذراتی مجازی وجود دارند که یک دیگر را خنثی می کنند ، همانطور که می دانیم هر ذره دارای یک پاد ذره یا ضد ذره است که باری مخالف آن دارد ؛ برای مثال برای الکترون یک پاد ذره به نام پوزیترون وجود دارد که بار مثبت دارند هر گاه این دو با یکدیگر برخورد کنند و یک کوانت انرژی آزاد می شود این حادثه فروپاشی پرتویی نام دارد در فرآیند مقابل ممکن است دو کوانت انرژی با هم برخورد کرده و یک زوج الکترونی پوزیترونی پدید آورد این فرآیند تولید زوج نامیده می شود .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در تصویر بالا دو فرآیند مشاهده می شود . اما بر طبق اصل عدم قطعیت در خلاء این ذرات مجازی هستند و قابل مشاهده نیستند ولی ما می توانیم آثار آنها را ردیابی کنیم . این جفت ذره مجازی دارای انرژی هستند و به همین علت است که می گویند محیط واقعی خلاء وجود ندارد و خلائی که ما از آن نام می بریم پر از ذرات و ضد ذرات مجازی است .


درست در همین جا است که نسبیت و مکانیک کوانتوم با یکدیگر تناقض پیدا می کنند .


اما چرا ؟


بر طبق نسبیت فضا و زمان بافتی به نام فضا – زمان را پدید می آورند که خمیده است . از سوی دیگر در اصل عدم قطعیت کوانتوم گفته می شود که فضا پر از ذره و ضد ذرات مجازی است که حاوی انرژی هستند . حالا بین کوانتوم و نسبیت مشکل ایجاد می شود و این سؤال پیش می آید که اگر فضا – زمان پر از این ذرات و ضد ذرات است و آنها انرژی دارند پس مجموع انرژی آنها فوق العاده زیاد است پس بافت فضا – زمان باید مثل یک دانه نخود فرنگی چروکیده باشد پس چرا اینگونه نیست ؟

دانشمندان زیادی از جمله دیراک در این زمینه تلاش کردند تا این دو نظریه بزرگ قرن را متحد کنند اما توفیق چندانی نیافتند . اما امروزه نظریه ی CPH با کوانتومی در نظر گرفتن خود فضا – زمان این مشکل را حل کرده است .


تا اینجا در زمینه ی موضوعاتی که با ما کمک می کنند تا سیاهچاله را شرح دهیم ، پرداختیم . بحث را در اینجا به پایان می بریم و به اصل موضوع یعنی سیاهچاله در فصل بعد می پردازیم . هرچند که این نظریه ها به اندازه چند کتاب توضیح دارند که مناسب این مقاله نمی باشد .

فصل سوم : سیاهچاله Black hole


بعد از یک مقدمه ی بیست و چند صفحه ای به اصل موضوع رسیدیم . جایی که امروزه یکی از بزرگترین چالش های دانش انسانی به شمار می آید .


حال وقت آن رسیده است که به این سؤال پاسخ دهیم که چرا نسبیت عام را شرح دادیم ؟ در سال 1916 کارل شوارتز شیلد که فیزیکدانی آلمانی بود جواب گروهی از معادلات نسبیت عام را برای نخستین بار به دست آورد و آن ها را سنجید . جواب این معادلات طبیعت جرمی را شرح می داد که امروزه آن را سیاهچاله یا حفره ی سیاه می نامند . پس می توان نتیجه گرفت که یک سیاهچاله زاده ی معادلات اینشتین و نسبیت عام او است .


اما ممکن برای شما این سؤال پیش بیاید که یک سیاهچاله اساسا" چیست ؟ همانطور که در فصل اول مشاهده کردیم ستاره های مختلف با جرم های مختلف ممکن است به کوتوله سفید یا ستاره نوترونی مبدل شوند . اما هنوز ممکن است یک حالت دیگر نیز برای این ستاره ی در حال مرگ رخ دهد ، ولی این حالت چیست ؟ اگر جرم هسته ی باقیمانده پس از انفجار ابرنواختری یا سوپر نوایی یا حتی هایپر نوایی بالغ بر سه برابر خورشید جرم داشته باشد در این صورت فروریزی حاصل از گرانش پیاپی ادامه می یابد به طوری که دیگر ساختارهای بنیادی ماده نیز قادر به مقابله با آنها نیستند . این ستاره آن قدر در خود فرومی ریزد که تقریبا" حجمش به صفر می رسد . هر چند که این موضوع یکی از بحران ها در فیزیک جدید است ؛ چگونه امکان دارد یک جرم حجمش به صفر برسد این موضوع در راه حل های شوارتز شیلد و نسبیت عام پذیرفته است . اما در نظریه ی نوین CPH این موضوع با اسپینی که برای cphها در نظر گرفته شده توجیه می شود . در این صورت چگالی آن نقطه در فضا – زمان بی نهایت خواهد بود .

البته نظریه دیگری نیز برای به وجود آمدن سیاهچاله وجود دارد ؛ آن نظریه این است که می گوید هر گاه در منطقه ای از فضا – زمان ماده ی کافی وجود داشته باشد و به طو ناگهانی متمرکز شود باز هم یک سیاهچاله به وجود می آید ولی تا به حال دانشمندان به طور مستقیم این پدیده را مشاهده نکرده اند .

با این وجود شوارتز شیلد به این موضوع پی برد که اگر یک جرم به اندازه ی کافی شعاعش کوچک شود ، فضا – زمان اطرافش به شدت تحریف می شود و حالت کج و کولگی به خود می گیرد در واقع در این زمان بر طبق معادلات نسبیت عام که در آنها جرم و شعاع جسم نقش اصلی را بازی می کنند فضا – زمان به شدت خمیده می شود. در این شرایط بحرانی تمام جرم در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز شده است . چون در این ناحیه خمیدگی فضا – زمان بسیار زیاد است می توانیم گرانش حاصل از آن را بسیار زیاد و حتی بی نهایت فرض کنیم . با این وضعیت هیچ چیزی قادر به گریز از آن نیست حتی نور با آن سرعت باور نکردنی خود . در واقع در این زمان سرعت گریز از سیاهچاله از سرعت نور هم بالاتر رفته است . در این شرایط ما دیگر این جسم را نمی بینیم این جسم از دید ما پنهان می شود چون دیگر نه نوری از آن قادر به گذر کردن است نه اینکه نوری از منعکس می کند . به این جهت به این جسم سیاهچاله می گویند . نقطه ای که در آن شعاع صفر و چگالی بی نهایت است تکینگی نام دارد . اما تکینگی چه می کند ؟

تکینگی جایی است پایان علم است و دانشمندان تفکر در زمینه ی آن را آغاز کرده اند . در این مکان موجودیت فضا و زمان متوقف می شود و جایگزین آن جرم آشفته و خروشانی می شود که آن را اسفنج کوانتومی می نامند . دانشمندان حدس می زنند این نقطه جایی باشد که قوانین اینشتین و نسبیت و مکانیک کوانتوم شکسته می شود . این حوضه ی چیزی است که کوانتوم گرانشی نامیده می شود ، در این مکان از یافته های بسیار پیشرفته ی ریاضی استفاده می شود . با این وجود دانشمندان احتمال کمی را به این موضوع ارئه می دهند که سیاهچاله دارای سطح مشخصی باشد . ولی اگر دارای سطح مشخص باشد آن سطح کروی خواهد بود و مانند هر سطح کروی دیگر دارای قطب خواهد بود . این قطب ها ممکن است در طی فرایند ایجاد سیاهچاله پس از ابرنواختر حفره دار شوند و این حفره ها کانونی برای جذب مواد و تباهی آنها شوند . دلیل آن هم این است که بر طبق معادلات میدانی نسبیت عام این میدان های گرانشی قوی به همراه اسپین مداوم اکثرا" در قطب ها متمرکز می شوند . در ادامه ی مطلب در رابطه با حرکت ماده در اطراف سیاهچاله و اسپین این اجرام سخن به میان خواهد آمد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
اگر تاکنون در مورد سیاهچاله مطالعه ای هرچند اندک نیز داشته اید با نام افق رویداد نیز برخورد کرده اید . اما افق رویداد یک سیاهچاله چیست و چه می کند ؟ افق رویدادی منطقه ای از فضا – زمان است که در آنجا تمام مرزهای آسمان به شدت تحت تأثیر سیاهچاله است . درست همین منطقه است که اگر جسمی وارد شود به تباهی محکوم است و سرانجام بروی تکینگی سقوط می کند و به جرم آن می افزاید و در نتیجه تحت تأثیر این جرم گرانش افزایش می یابد . با توجه به این مطالب می توان گفت چون شناختی از آن سوی افق رویداد نداریم پس امکان سفر به بیرون جهان در زمان حال امکان پذیر نیست و شاید هرگز هم امکان پذیر نباشد اما تقسیم بندی مناطق خارجی سیاهچاله به همین جا محدود نمی شود بلکه برای سیاهچاله تقسیم بندی های دیگری نیز قائل می شوند . محدوده ای که شعاعش حدود 5/1 برابر افق رویداد است و پس از آن قرار می گیرد که فوتون اسفر نامیده می شود . در فوتون اسفر فضا – زمان مثل افق رویداد تحریف نشده است اما در آنجا باز هم آثاری از گرانش سیاهچاله احساس می شود اما به حدی نیست که بتواند نور را به دام بیندازد . به این لایه ارگوسفر نیز گفته می شود در بالا گفتیم که نور قادر به گریز از آن هست ولی در وافعیت این گونه نیست . در واقع سخت ما نتیجه معادلات برروی کاغذ است ولی در حقیقت تا کنون چنین چیزی بعینه مشاهده نشده است در واقع این منطقه شکارگاه اصلی فوتون ها است مرز این لایه و فضا – زمانی که تحت تأثیر سیاهچاله نیست حد ایستایی نامیده می شود . همچنین در درون افق رویداد نیز لایه به نام افق درونی در نظر می گیرند که گرانش در این منطقه باور ناکردنی است . اما حلقه ی تکینگی یا عریانی تکینگی چیست ؟ دانشمندان بر این عقیده اند که اگر سیاهچاله ای دارای اسپین باشد نباید سرعت آن بیشتر از سرعت انقباض آن نباشد . وقتی که جسمی که از افق رویداد عبور می کند برای همیشه از دید ما پنهان می شود ولی اگر افق رویداد نباشد حلقه ی تکینگی دیگر معنایی نمی یابد یعنی تکینگی به تنهایی وجود ندارد یعنی همان نقطه ی عامل اصلی ایجاد چنین گرانشی است .




در تصویر بالا از بالا به پائین مناطق عبارتند از :

1- حد ایستایی یا ثابت

2- فوتون اسفر

3- افق رویداد

4- افق درونی

5- حلقه تکینگی



حال بیاییم سیاهچاله را از منظر شوارتز شیلد بررسی کنیم .


راه حل های شوارتز شیلد براساس متریک شوارتز شیلدی طراحی شده اند البته ریشه و اصل آنها معادلات میدانی نسبیت عام آلبرت اینشتین است . ولی شوارتز جزو نخستین کسانی بود که یکی از دقیق ترین حل ها را برای معادلات میدانی ارائه کرد . او وقت زیادی نداشت تا این کار را انجام دهد پس از ارائه نسبیت عام در سال 1915 او چند ماه بعد محاسبات خود را ارائه کرد هر چند که پس از ارائه این معادلات عمر چندانی نکرد و جان خود را از دست .


اما ممکن است برای شما این سؤال پیش بیاید که اصولا" متریک شوارتزشیلدی چیست و چه می گوید ؟


متریک شوارتز شیلدی اصولا" یک سری از معادلات برای حل معادلات میدان خلاء نسبیت عام بود و این ها قادر بودند تنها محیط بیرونی یک جسم گرانشی را مورد بررسی و توصیف قرار دهند . بر طبق معادلات متریک شعاعی را برای سیاهچاله تعیین می کنند که شعاع شوارتز شیلد نامیده می شود . بر طبق متریک شوارتز شیلد هرگاه یک جسم شعاعش از شعاع شوارتز شیلد خودش کمتر شود به یک سیاهچاله تبدیل شده است برای مثال شعاع خورشید تقریبا" 700000 کیلومتر است در حالی که شعاع شوارتز شیلد آن فقط 2950 متر است

حال اگر شعاع خورشید کمتر از 2 کیلومتر شود آنگاه خورشید یک سیاهچاله است . راه حل های شوارتز تکینگی را با شعاع صفر r = 0 نشان می دهد که در این صورت فضا – زمان نقطه ای به نام سیاهچاله را بر روی بافت خود احساس می کند . مسلما" این تصویری غلط است که r = rsch اگر این سخن ما درست باشد به صراحت اعلام کرده ایم که تکینگی عریان است و برای آن افق رویداد وجود ندارد . در این صورت ما می گوئیم وقتی شعاع صفر است شعاع شوارتز شیلد نیز صفر است . این حرف با عقل سلیم مغایرت دارد . بلکه در متریک شوارتز شیلد می خوانیم که شعاع افق رویداد سه برار جرم سیاهچاله در واحد جرم خورشیدی است . مثلا" اگر سیاهچاله ای 3000000 برابر خورشید جرم داشته باشد آنگاه شعاع افق رویدادش 9000000 کیلومتر خواهد بود . البته این سیاهچاله یک ابر سیاهچاله است که در ادامه در تقسیم بندی سیاهچاله ها از این اجرام سخن خواهیم گفت .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

اما تعریف افق رویداد در متریک شوارتز شیلد چیست ؟


در متریک شوارتز شیلد افق رویداد منطقه ای در اطراف سیاهچاله های شوارتز شیلد است که خود جزئی از شعاع شوارتز شیلد است و نور نمی تواند از آن بگریزد . اما خواص سیاهچاله های شوارتز شیلد به این صورت است که این سیاهچاله بار ندارد و اسپین و چرخش هم ندارند . دو سیاهچاله ی شوارتز تنها در یک صورت قابل تشخیص از یکدیگر هستند و آن هم جرمشان است . با این وجود خواص دیگری از سیاهچاله را با توجه به راه حل های کارل شوارتز شیلد شرح خواهیم داد .


اما باید بدانیم که سیاهچاله ها را تنها با راه حل های شوارتز شیلد توصیف نمی کنند .


در سال 1963 زمانی که روی پی کر استرالیایی بروی مسائلی که تا آن زمان برای سیاهچاله کشف نشده بودند کار می کرد به طور غیرمنتظره به پاسخی رسید که یک سیاهچاله را با تکانه ی زاویه ای یا همان اسپین شرح می داد . همانطور که در سیاهچاله های شوارتزشیلد گفته شد آنها دارای چرخش نیستند ولی سیاهچاله های کر چرخش نیز دارند . در این سیاهچاله ها ارگوسفر یک شکل غیر عادی دارد و این خاصیت در افق رویداد و قطب ها نیز حس می شود و معادل شعاع سیاهچاله های شوارتز شیلد وابسته به جرم آن کشش دارد
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

سمت راست بالا : افق رویداد

سمت راست پائین : حلقه تکینگی

سمت چپ بالا : حد ثابت

سمت چپ پائین : ارگوسفر


هر چند سیاهچاله ها چهره ی خارجی خوبی به نمایش نمی گذارند اما در افق رویداد تقریبا" تعبیر عدم چرخش متفاوت است . تکینگی فرمی از حلقه را به خود می گیرد دانشمندان به این امر پی برده اند که تکینگی زمان مانند است اما در سیاهچاله های شوارتز شیلد دقیقا" عکس این موضوع است یعنی حلقه ی تکینگی فضا مانند است . این بدان معنا است که اشیائی که داخل افق رویداد روی سطح صاف استوا در تکینگی نابود می شوند . قسمتی از راه حل های کر این امر را به نمایش می گذارد که منطقه ی مرز با حلقه ی تکینگی جایی است که دانشمندان اغلب برای نمایش آن از نمودار فضا زمان برای جهان گرافیکی عجیب نسبیت عام از آن استفاده می کنند . در این منطقه فضا – زمان منفی یا معکوس است و به عقیده تعداد زیادی از دانشمندان در این مکان گرانش رانشی حکمفرما است ، یعنی به جای اینکه جسمی در سطح صفحه ی پلاستیکی موجب فرورفتگی شود باعث بالازدگی می شود . دیگر تئوری ها ادعا می کنند که در این منطقه اجسام شعاع منفی دارند . متأسفانه هیچ یک از تئوری های فیزیک قادر به جستجوی چنین مفهومی نیست .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در تصویر بالا به وضوح مفهوم فاض زمان منفی مشخص شده است


اما شاید برای شما این موضوع جالب باشد که چه کسی این نام را یعنی سیاهچاله برای حالت رمبیده ای از ستاره وضع کرد ؟

پاسخ این است که جان ویلر در سال 1969 این نام را بر این گونه ستاره ها نهاد . اما در آن زمان بعضی از مردم جهان با این نام کنار نمی آمدند زیراین اسم را با بعضی از مسائل جنسی یکسان می دانستند و معتقد بودند که باید نام دیگری برای سیاهچاله ها وضع شود .

البته شاید بتوان داستان سیاهچاله ها را همانند داستان مرغ و تخم مرغ در نظر گرفت . زیرا گروهی از دانشمندان بر این عقیده اند که جهان از انفجار یک سیاهچاله ی مطلق به وجود آمده است . یکی از نظریه هایی که از این فرضیه پشتیبانی می کند نظریه ی CPH است که بیان می کند جهان از یک سیاهچاله ی مطلق به وجود آمده است که در آن فقط cph ها اسپین داشته اند و دلیل انفجار آن هم همین اسپین cph ها بوده است . از سوی دیگر گروهی دیگر از دانشمندان بر این عقیده اند که ابتدا جهان به وجود آمده است و سپس سیاهچاله ها به دلایل مختلف پای به عرصه ی وجود گذاشته اند .


در این بخش لازم می دانیم تا مختصری در رابطه با تقسیم بندی سیاهچاله ها سخن گوئیم . گفتنی است که این تقسیم بندی ها بر اساس جرم این ها است .

تا مدتی قبل سیاهچاله را به دو دسته تقسیم می کردند 1- سیاهچاله با جرم ستاره ای 2- ابر سیاهچاله ها یا سیاهچاله های فوق سنگین .

اما مدتی قبل مشخص شد که باید دسته ای دیگر به این اجرام افزوده شود و آن هم سیاهچاله با جرم متوسط است .

حال هر یک را شرح می دهیم :

1- سیاهچاله با جرم ستاره ای : دانشمندان بر این عقیده اند که این سیاهچاله ها عمدتا" از فروریزی حاصل از گرانش یک ستاره به وجود می آید و تنها می تواند چندین برابر خورشید جرم داشته باشد . برای مثال تا کنون سنگین ترین ستاره ی کشف شده 150 برابر خورشید جرم داشته است . این ستاره ها عمر چندانی ندارند و پس از 300 تا 500 میلیون سال سوخت خود را به پایان می رسانند و سرانجام مبدل به یک سیاهچاله می شوند .

2- سیاهچاله با جرم متوسط : هنوز به درستی منشأ این گونه سیاهچاله ها مشخص نشده است . این ها ممکن است سیاهچاله های جوانی باشند که از یک انفجار ابرنواختری پدید آمده اند و با بلعیدن مقدار زیادی ماده به این جرم رسیده اند و حالا در این حالت به نظر می رسند . این سیاهچاله ها حداقل 500 برابر خورشید جرم دارند و گونه هایی از آنها با جرم 20000 برابر خورشید نیز کشف شده است . با توجه به این موضوع که این سیاهچاله تازه مشاهده و کشف شده اند تحقیقات در زمینه ی آنها ادامه دارد.

3- ابرسیاهچاله ها : این نوع از سیاهچاله ها جرم فوق العاده زیادی دارند . این کهکشان ها در حالت عادی به وجود نمی آیند و اکثرا" در مرکز کهکشان ها به صورت کوازار که حالتی از این نوع سیاهچاله ها هستند مشاهده می شوند . این سیاهچاله ممکن است چند میلیون یا چند میلیارد برابر خورشید جرم داشته باشند . این سیاهچاله ها با بلعیدن مقداری زیادی از گاز میان ستاره ای در مرکز کهکشان ها جرم کسب می کنند . فرضیه ای دیگر نیز می گوید که این نوع از سیاهچاله ها ممکن از ترکیب چند هسته ی کهکشان در برخورد کهکشانی به وجود آید . نظریه ی مهم و جدیدی که اخیرا" در این زمینه کشف شده است این است که می گوید تنها چهارصد سال پس از بیگ بنگ جهان پر از سیاهچاله های کوچک بوده است که این سیاهچاله ها بعدها با پیوستن به یکدیگر ابرسیاهچاله ها را در جهان به وجود آورده اند . این سیاهچاله ها بعد ها با جذب ماده دما جهان را افزایش داده اند و شاید بتوان از این نظریه ها استدلال کرد که همین ابر سیاهچاله ها بعد ها با جمع ماده به گرداگرد خود کهکشان های عالم را به وجود آورده اند . در این صورت این ها می توانند به وجود آیند این نوع از سیاهچاله ها بسیار فضا – زمان کج و کوله می کنند و افق رویدادی فوق العاده قوی دارند . این سیاههچاله های یک حسن بسیار بزرگ برای مرکز انواع کهکشان ها دارند و آن حسن نیز این است که آنها این توانایی را دارند تا در کهکشان ها باعث ایجاد نظم شوند .


ممکن است این سؤال پیش بیاید که همواره با افزوده شدن جرم به سیاهچاله فشرده می شود و دیگر چیزی از آنها باقی نمی ماند . اما حل معادلات مربوط به سیاهچاله یر انجام به نقطه ی می رسیم که دیفرانسیل را مورد محاسبه قرار دهیم پاسخ گویی نقطه ای را به ما نتیجه خواهد داد که در آن زمان متوقف شده است . تعبیر این محاسبه این است که سیاهچاله تا حدی فشرده می شود و تا پایان جهان فشرده نخواهد شد .

اما یک سیاهچاله از خود ظاهری نشان نمی دهد پس چگونه ممکن است چنین چیزی به عینه مشاهده شود . جالب است که بدانیم خود آلبرت اینشتین هم به واقع باور نداشت که یک سیاهچاله وجود دارد هر چند که نتیجه ی معادلات خودش بود. اما امروزه دانشمندان با تکینیک های خاصی آنها را شناسایی کرده اند .


اگر بخواهیم این تکنیک را به طور کلی طبقه بندی کنیم به صورت زیر خواهد بود


1- هرگاه دانشمندان به وسیله ی تلسکوپ های مختلف که در خطوط طیفی متفاوت به فعالیت می پردازند پرتوهایی پر انرژی در محدوده ایکس یا گاما دریافت کنند چند نتیجه می گیرند . نخست اینکه ممکن است که یک ستاره ی بزرگ در اثر یک انفجار سوپر نوایی یا هایپر نوایی منفجر شده باشد و یک سیاهچاله در حال شکل یری باشد که در این صورت این سیاهچاله نوزاد و جوان خواهد بود . نتیجه ی دیگر این است که ممکن است این پرتوها از گازهای در حال گردش به دور سیاهچاله ساتع شده باشند . همانطور که می دانیم وقتی که گازهای میان ستاره ای به محدوده ی افق رویداد وارد می شوند در دیسکی به نام دیسک پیوسته معروف است به حرکت در می آیند گرانش بی حد و حصر سیاهچاله چنان شتابی در گردش به گازها می دهد وقتی سرعت شان 10 % سرعت نور می شود در این صورت گازها یونیزه می شوند و از خود پرتوهای مختلفی در خطوط طیفی متفاوت ساتع می کنند . گفتنی است که این گاز در حالت پلاسمایی است . حال این پرتوها ممکن است دربسیار پر انرژی باشند یا اینکه کم انرژی باشند . برای مثال ممکن است شما از یک ابرسیاهچاله انتظار داشته باشید تا پرتوهای قوی از خود ساتع کند اما گاهی اوقات اینگونه نیست و این ها ساکت و کم فعالیت به نظر می رسند ؛ ولی چرا ؟ حالا سیاهچاله های کر را به یاد آورد این سیاهچاله ها تکانه زاویه ای دارند ؛ اسپین آنها اکثرا" در محور اصلی دوران است حال اگر این سیاهچاله اسپین های نا منظم دیگری نیز داشته باشد در این صورت اثر اصلی اسپین که در معمولا" در قطب های سیاهچاله ظاهر می شود کم رنگ می شود در نتیجه آن چیزی که ما از آنها انتظار داریم بروز نمی دهند دلیل دیگر می تواند ازدیاد اجرام گرانشی در اطراف باشد . حال خلاف این حالت را در نظر بگیرید سیاهچاله ای با جرم ستاره ای را که اسپین منظم و سریع دارد و در اطرافش اجرام گرانشی کم است تصور کنید در این حالت ممکن است چنان امواجی از خود بیرون دهد که باور کردنی نباشد . تا چندی پیش دانشمندان تصور می کردند که سیاهچاله ها تنها با اشعه ی ایکس مشخص می شوند ولی پس از آنکه از آن در طیف مرئی مشاهده شد دانشمندان از نتایج خود شک کردند . در نتیجه از تلسکوپ های مادون قرمز برای نمایاندن هر دو طیف استفاده کردند اما یک ابر سیاهچاله برای حفظ وضعیت خود باید باید در یک حالت تعادل انرژی قرار گیرد برای این کار در هنگام بلعیدن مقدار زیادی گاز از خود باریکه ای از پرتوهای پر انرژی که معمولا" در محدوده ی ایکس یا گاما هستند از خود بیرون می دهد که به این فوران ها جت گفته می شود . این گونه از سیاهچاله های بسیار پرجرم را بلازار می گویند . البته اخیرا" بر اساس تئوری یک پروفسور ایرانی که بروی رفتار نور در اطراف سیاهچاله کار می گیرده است مشخص شده است که سیاهچاله ها می توانند عامل ایجاد پرتوهای کیهانی شوند . اما چگونه ؟ وقتی که یک ذره پرسرعت در امتداد محور اسپین سیاهچاله حرکت می کند از شتابش کاسته می شود ولی از عمود بر محور چرخش حرکت کند شتابی باور نکردنی می گیرد و ممکن از به بیرون از افق پرت شود و این دسته از ذره به صورت پرتوهای کیهانی به ما برسند . در این صورت است که پرتوها ممکن است از سیاهچاله ساتع شود . البته این دانشمند گفته است که اگر این حرکت در 55 درجه ی محور چرخش روی دهد در این صورت شتاب منفی پیدا خواهد کرد ولی در شرایط دیگر شتاب مثبتی کسب خواهد کرد . این پیش بینی ها با توجه به نظریه ی نسبیت انجام شده و توانسته مقداری از مشاهدات را در مورد سیاهچاله که تا پیش از این ناشناخته بود شرح دهد ولی درستی آن هنوز به طور کامل مورد تأئید قرار نگرفته است . همچنین مشاهده ی QPO ها نیز می تواند دلیلی بر وجود سیاهچاله می تواند باشد . QPO نقاط داغ و تابانی هستند که در مدار سیاهچاله ها یافت می شوند و اکثرا" متعلق به همسایه ها هستند . این ها معمولا" در مدار ثابت میانی سیاهچاله به وجود می آید . فرکانسی که QPO از خود موج پراکنده می کند وابسته به جرم و سرعت سیاهچاله است . QPO ها از جهتی نیز نگرشی بر وجود اسپین در سیاهچاله ها هستند .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
تصویر بالا به وضوح نمای یک جت راکه از یک سیاهچاله ساتع می شود ، نشان می دهد


دانشمندان تحت این شرایط قادر خواهند بود تا آثار سیاهچاله را مشاهده کنند .


2- از جمله راهی که برای شناخت یک سیاهچاله وجود دارد این است که وقتی ما مشاهده کردیم که یک جرم آسمانی در دام یک میدان گرانشی اسیر شده است و به دور یکی جسم نامرئی در حال چرخش است این جسم می تواند یک سیاهچاله باشد برای مثال مدارهای ستاره ی نوترونی و سیاهچاله ها که دو جسم چگال هستند و با گردش در آسمان امواج گرانشی را تولید می کنند . اگر ما چنین پدیده ای را مشاهده کردیم می توانیم امیدوار باشیم که در حال بررسی مدار یک سیاهچاله هستیم .


3- از جمله تکنینک هایی که امروزه استفاده می شود روشی به نام لنزهای گرانشی است . در فصل دوم بخش نسبیت عام در رابطه با حلقه های اینشتین سخن به میان آمد . وقتی که یک جسم گرانشی مثل یک سیاهچاله در میان زمین و یک منبع نور مانند ستاره قرار گیرد در این هنگام نور ستاره که به طرف زمین در حرکت است بر اثر گرانش سیاهچاله خمیده می شود و همچون یک لنز بسیار بزرگ عمل می کند که تصویر را بر روی زمین که نقش کانون را ایفا می کند می اندازد . در این شرایط ستاره روشن تر به نظر می رسد . این نور خمیده شده حالت حلقه ای را گرداگرد جسم گرانشی به وجود می آورد که جسم گرانشی را همچون سیاهچاله مشخص می سازد . این هم یکی از نتایج نسبیت عام است

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
4- حالت چهارم تقریبا" به حالت اول شباهت دارد با این تفاوت که دیگر در این حالت گردشی وجود ندارد . یعنی اگر دانشمندان جرم بزرگی را در روی فضا – زمان بیابند که نامرئی است احتمالا" یک سیاهچاله را یافته اند . از این روش معمولا" سیاهچاله ها کمی یافت می شوند ولی کاربرد آنها در یافتن ناگهانی سیاهچاله است .


حال که راه های یافتن سیاهچاله ها را شناختیم بد نیست نگاهی به رفتار نور در اطراف یک سیاهچاله بیندازیم و ببینیم که سیاهچاله چگونه پرسرعت ترین شکل ممکن از ذره را در جهان به دام می اندازد .


هنگامی که نور به فوتون اسفر یا ارگوسفر و یا افق رویداد سیاهچاله وارد می شود از لحاظ فرکانس و انرژی تفاوت های زیادی پیدا می کند و سرانجام با صفر شدن فرکانس ثانیویه اش به سیاهچاله جرم می دهد و خود نیز از بین می رود زیرا تمام انرژی آن به سیاهچاله داده شده است . اما نور چگونه وارد یک سیاهچاله می شود؟


همانطور که در بخش نسبیت عام گفته شد هنگامی که نور به یک میدان گرانشی نزدیگ می شود یا اینکه به آن وارد می شود در این صورت به طرف آبی جا به جا می شود یعنی در طول موجش تغییر ایجاد می شود و به سمت طول موج آبی میل می کند . چنین شرایطی برای یک سیاهچاله هم صادق است . این تغییر طول موج مرحله به مرحله صورت می گیرد یعنی ابتدا نارنجی بعد زرد و به همین ترتیب . اگر این سیاهچاله دارای اسپین باشد این اسپین هم بر روی رفتار نور اثر می گذارد زیرا سیاهچاله با چرخش خود در فضا – زمان اغتشاش ایجاد می کند و در نتیجه این اغتشاش و پیچیدگی فضا – زمان مسیر و حرکت نور را دچار یک سری تغییرات می کند . این چرخش مسلما" موجب عدم تقارن در حرکت فوتون ها تغییر طول موج یافته خواهد داشت .


این حرکت ها معمولا" با رایانه شبیه سازی می شوند و ما بعینه نمی توانیم آنها را مشاهده کنیم . حال اگر محور چرخش سیاهچاله به سمت راست باشد نور نیز به سمت راست کشیده می شود این امر برای جهات دیگر نیز صادق است البته اگر حرکت خود نور با حرکت سیاهچاله تقارت نداشته باشد . در همین زمان است که نور کم کم از دیدگان ما ناپدید می شوند و روشنایی خود را از دست می دهد . در همین حین به تدریج سرعت تکانه ی زاویه ای در سیاهچاله رو به افزایش می گذارد به طوری که نسبت به مرحله ی قبل سرعتش تقریبا" پنج برابر می شود .


در مرحله ی آخر نور درست بر خلاف اسپین سیاهچاله وارد این جسم گرانشی فوق العاده می شود مثلا" اگر اسپین به سمت راست باشد نور به سمت چی کشیده می شود و اگر بر عکس باشد یعنی به سمت چپ باشد نور به سمت راست می گراید و وارد سیاهچاله می گردد . تا آستانه ی این که فوتون با انرژی هر چقدر کم به تکینگی برسند آنها جا به جایی به سمت آبی خود را حفظ می کنند در آن میدان گرانشی بر طول موج اشعه ی ماوراء بنفش می رسند و سپس تباه می شوند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
در تصویر بالا وارد شدن نور به سیاهچاله کاملا" نمایان می شود




در این بخش از مقاله قصد داریم تا در رابطه موضوعاتی در رابطه با سیاهچاله سخن گوئیم :


1- سفر در زمان : از زمان های و شاید از زمانی که انسان مفهوم زمان را درک کرده است یکی از جالب ترین موضوع ها برایش موضوع سفر در زمان بوده است بی شک تاکنون در سینما یا تلویزیون در این رابطه فیلم هایی دیده اید که در آنها از ماشینی اغراق آمیز با سرعت باور ناکردنی برای سفر در زمان استفاده می شود و اگر فیلمی ندیده اید لااقل کتابی در این رابطه خوانده اید . اما آیا این حرف سندیت علمی دارد ؟


آنچه که ما امروز از علم در یافته ایم سه راه برای این کار است که ناممکن به نظر می رسند ولی در علم امروزی شناخته شده اند . یکی از این سه راه با وجود یک سیاهچاله تحقق پیدا می کند . ما با صرفنظر از دو راه دیگر این راه را که مربوط به بحث این مطلب است شرح می دهیم .


بر طبق نظریه های رایج به وسیله ی یک سیاهچاله ی کر می توان در زمان سفر کرد و به جهان های دیگر رفت اما چگونه ؟


« از تمام خواص عجیب و غریب سیاهچاله ها هیچ یک عجیب تر از حل معادلات اینشتین نیست ؛ این معادلات به ما می گویند که این چاله ها در فضا – زمان می توانند همچون پلی به دیگر جهان ها عمل کنند . این گفته می تواند سوژه ی خوبی برای داستان های علمی تخیلی باشد . قضیه ی جهان های موازی به صورتی است که می گوید جهان های کاملا" مجزایی از جهان ما وجود دارد . . در میان بسیاری از تفکرها همچون طبیعت این جهان ها ، این عقیده وجود دارد که اگر ما در این جهان ها ساکن شویم آنگاه زندگی مان اندکی تفاوت خواهد کرد . هر چند امکان دارد نسخه های موازی برای جهان وجود داشته باشند و یا نباشند . این نظریه غیر عاقلانه به نظر نمی آید زمانی که با معادلات ناشناس مکانیک کوانتوم ارتباط برقرار می کند . هر چند که هستی این جهان ها در زمان حال صرفا" تعبیری تئوریکال است .


آینده در نمودار فضا – زمان در نوک نمودار قرار گرفته است . تمام حرکت ها در فضا باید سیری در 45 درجه ی خط زمان که عمودی است داشته باشد . مسیرهایی که کجی آنها بزرگتر از 45 درجه است فضا مانند هستند که سریعتر از مسافرت نور است همانطور در منطقه ی زیر خط 45 درجه سایه ای خاکستری و نشانی ممنوع پرتو افکنده است . پروفسور راجر پن رُز از دانشگاه آکسفرد نوع پیشرفته ای از نمودار فضا – زمان را ترسیم کرده است که برای یافتن راه حل های معادلات سیاهچاله ها بسیار مفید است . این نمودار به سرعت اتصال سیاهچاله ها را با جهان های موازی نشان می دهد . تصویر شش نمودار پن روز برای سیاهچاله های شوارتز شیلد است . در نگاه اول از نمودار شکل پنج به نظر پیچیده تر می آید . اما واقعا" این طور نیست . فقط در آن تمام راه های میان فضا باید کجی شان کمتر از 45 درجه از محور قائم باشد . تکینگی سیاهچاله بر دندانه های کوسه شکل دلالت می کند که در زاویه 90 درجه واقع می شود پس فضا مانند است . افق رویداد یک راه طبیعی است که با خمیدگی های تیز به نمایش در آمده است . در این نمودار راه سفر به سیاهچاله با خط خمیده به نمایش در آمده است که از میان افق رویداد گذشته است دو چیز غیر طبیعی در این نمودار خودنمایی می کند ؛ اول آنکه یک تکینگی اضافی در گذشته وجود دارد ( در قسمت زیرین نمودار ) و دیگر آنکه جهانی اضافی در سمت چپ آن به چشم می خورد .

تکینگی اضافی واقع در نمودار همچون گذشته فضا مانند است ، این تکینگی معروف به سفید چاله است . به صورت ساده تر می توان گفت که کاربرد سفید چاله مخالف کاربرد سیاهچاله است . در واقع سیاهچاله هر چیز که نزدیکش می آید آن را فرامی گیرد ولی سفید چاله ماده را دفع می کند . تعدادی از فیزیکدانان به این نظریه پایبند هستند که سیاهچاله در باز شده ای به سوی دیگر جهان ها است . و یا اینکه ماده ی جذب شده در جهان ما در جایی دیگر بیرون ریخته می شود و آن دارای هیچ ارزشی نیست . هر چند که ستاره شناسان هرگز یک سفید چاله را مشاهده نکرده اند و در وجودشان شک و تردید وجود دارد .


پن رز در نمودار دیگری سیاهچاله های کر نمایش می دهد . چرخش یک سیاهچاله چند شکل جالب و جذاب به نمایش می گذارد ، همچنین تکینگی حلقه ای یا همان حلقه ی تکینگی در منطقه ی فضا زمان منفی قرار دارد . این محل منطقه ای است که در آن سفر به گذشته امکان پذیر می شود . حلقه ی تکینگی بر گردی دندانه های تیز که برای نمایش یک قسمت که برای عفو از عدم چرخش منسوبش دلالت می کنند . این موضوع باید آشکار شود که تکینگی عمودی است ( زمان مانند ) این بدان معنا است که هر شخص می تواند با سرعتی کمتر است سرعت نور از آن بگریزد . منطقه ای که محصوری منفی دارد جایی است که فقط می تواند در تکینگی باشد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
در بالا نمودار پن رز را برای سیاهچاله های کر مشاهده می کنید



گرفتن این مطلب بسیار ساده است ، این منطقه سدی نرمال بین گذشته و آینده است . یک مسافر این منطقه می تواند در مکانی در گذشته یا آینده قرار گیرد این یک راه طبیعی از افق رویداد نمی باشد . فقط آنسوی منطقه حلقه ی زمان مانند دروغ است منطقه ای فضا منفی است . هرچند این گونه از حفره ها که مطالبی به این گونه با درکی مشکل دارند همتایی ندارند . یکی از دو راهی که تمایل به جلوگیری از سفر مسافر ما دارد این است که سفر به این جهان دیگر هرگز ممکن نمی باشد . هرچند هدف از این نمودار دیددار با جهان دیگری است . نمودار پن روز در زمینه سیاهچاله های کر چهار جهان ( سه جهان موازی به همراه جهان خودمان ) را به نمایش می گذارد البته این نمودار این امکان را دارد که تا بی نهایت در قالب جهان های گذشته و آینده گسترش یابد .


برای مثال یک مسافر در سیاهچاله های کر این امکان را دارد تا به دو صورت به سفر بپردازد که در نمودار به نمایش در آمده است هرچند که راه دو به جهان دیگر می رود


به این ترتیب می توانیم به وسیله ی سیاهچاله سفر کنیم هر چند که اگر کمی در این دو راه اشتباه کنیم به وسیله ی گرانش شدید سیاهچاله تا حد یک اتم یا کوچکتر تجزیه خواهیم شد . ولی برای بعضی از ماجراجویان هیجان این کار را می پذیرند البته اگر این کار امکان پذیر باشد ولی با توجه به امکان امروزی این کار غیر ممکن است .


حال به بحث در رابطه با یکیدیگر از موضوعات در رابطه با سیاهچاله می پردازیم :


در ابتدای این فصل گفتیم به خاطر اینکه نور از سیاهچاله عبور نمی کند و سیاهچاله نیز از خود نوری ساطع نمی کند سیاه است . اما آیا واقعا" سیاهچاله واقعا" سیاه است ؟


جواب خیر است . اما چرا ؟ این یکی از بزرگترین کارهای دانشمند بزرگ پروفسور استیون هاوکینگ است . او با این کارش زمینه ی دید را نسبت به سیاهچاله تغییر داد . او بر اثر یک بیماری عصبی فلج است و حتی قادر به سخن گفتن نیست و سخنان خود را به وسیله ی یک کامپیوتر پیشرفته بیان می کند . او به خاطر کارهایش در زمینه سیاهچاله معروف است و او را بعد از آلبرت اینشتین بزرگترین دانشمند در حوضه ی فیزیک و ریاضی می دانند . او صاحب کرسی ریاضی لوکسیان دانشگاه کمبریج است که تنها پس نیوتن ، دیراک توانسته آن را کسب کند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
اما چگونه ممکن است یک سیاهچاله سیاه نباشد ؟


یک دانشجوی دوره ی فوق لیسانس به نام جاکوب بکن اشتاین به این نتیجه رسید که آنتروپی هیچگاه در سیاهچاله از بین نمی رود و شما وقتی سطح افق رویداد یک سیاهچاله را محاسبه می کنید در واقع همان آنتروپی را مورد محاسبه قرار داده اید . به تفسیری دقیق تر ما لگاریتم عددی را به دست آورده ایم که حالت کوانتومی یک ذره را در افق رویداد به ما نشان می دهد هاوکینگ این حرف را رد کرد زیرا فکر کرد که بکن اشتاین از کشفیات قبلی اش سوء استفاده کرده است . ولی پس از مدتی هاوکینگ دریافت که اشتباه می اندیشیده است . او دریافت که یک سیاهچاله نه تنها از آنتروپی جلوگیری نمی کند بلکه بر آنتروپی می افزاید . با توجه به اینکه در تئوری کوانتوم هر جسمی که دارای آنتروپی باشد تابش دارد و این تابش می گوید که این جسم دما دارد . در نتیجه هاوکینگ به این موضوع پی برد که سیاهچاله دما دارد و این دما تقریبا" یک میلیونیم درجه بالای صفر مطلق است . ولی می دانیم که هر چه سیاهچاله بزرگتر باشد به همان نسبت آنتروپی اش بیشتر است و دمایش کمتر همچنین تابش کمتری دارد ولی اگر سیاهچاله کوچک باشد آنتروپی اش کم و دمایش بیشتر و تابشش نیز بیشتر خواهد بود . این سیاهچاله ها سیاه نیستند بلکه سفیدند تا تابش دارند .


اما سؤال دیگر این است که اگر تابش دارند این تابش چه نوع است ؟


در بخشی که اصل عدم قطعیت را شرح می دادیم این موضوع را بررسی کردیم که فضا آکنده از ذرات و ضد ذرات مجازی است که دیده نمی شوند ولی بر طبق اصل عدم قطعیت وجود دارند .

بر طبق نظریه ی کلاسیک نسبیت عام می خوانیم که :

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

اما هاوکینگ با توجه به نظریه ی مکانیک کوانتوم گفت ممکن است سطح افق رویداد سیاهچاله کاهش یابد حال این موضوع را به بحث می گذاریم .


وقتی که یک جفت ذره و ضد ذره در فضا – زمان مداوما" در حال پدیده ی تولید زوج و نابودی آن هستند ممکن است در همین حالت وارد افق رویداد سیاهچاله می شوند . در این جا افق رویداد کاری خارق العاده می کند . وقتی که ذره و ضد ذره وارد شدند افق رویداد سیاهچاله ضد ذره یا ذره منفی را به عقب می کشد و ذره و یا ذره مثبت در میدان باقی می ماند . افق رویداد آن قدر قدرت دارد تا بتواند یک ذره مجازی را به ذره ی حقیقی تبدیل کند ؛ پس از تبدیل شدن ذره مجازی به حقیقی ذره از افق رویداد پس زده می شود و از مکیده شدن در امان می ماند و می تواند در فضا آزاد و بی کران به حرکت بپردازد . بدینگونه سیاهچاله از خود تابش می کند و پس از مدتی نیز بر اثر این تابش تبخیر و نابود می شود . این تابش به تابش هاوکینگ معروف است .


در طی فرآیند تبدیل ذره مجازی به ذره حقیقی مقداری انرژی از سیاهچاله ربوده می شود و چون انرژی و جرم هم ارز هستند پی از سیاهچاله جرم ربوده شده است . وقتی که جرم ربوده می شود سیاهچاله اندک اندک کوچک می شود و سرانجام نابود می شود .


ولی چرا ما این تابش را دریافت نمی کنیم . استیون هاوکینگ می گوید که ذرات و فوتون ها تابش شده از سیاهچاله طول موج بسیار کوتاهی دارند به طوری که برای ما قابل دریافت نیستند .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در تصویر بالا ذره و ضد ذره را در افق رویداد می بینید




شرح تابش و سیاهی سیاهچاله را به اتمام رساندیم حالا نوبت به یکی دیگر از خواص سیاهچاله است .


شاید تاکنون از خود پرسیده باشید که آیا جایی وجود دارد که در آن زمان جریان نداشته باشد ؟


جواب بله است ! این مکان یک سیاهچاله است . به نظر می آید که درک این موضوع سخت باشد ولی ممکن است . وقتی که شما صبح از خواب بیدار می شوید زمان برای شما در حال گذر است و تا پیان عمرتان ادامه می یابد . زمان هیچگاه برای شما کند نمی شود و همواره می گذرد . همانطور که در بخش نسبیت عام خواندیم زمان بر اثر گرانش کند می شود در گرانش بسیار زیاد سیاهچاله بر طبق قوانین نسبیت عام زمان کند می شود . ولی یک مورد را در نظر بگیرید یک سیاهچاله همواره جرم کسب می کند در نتیجه در آن زمان کند و کند تر می شود ، زیرا فضا – زمان رفته رفته خمیده تر و گرانش قدرتمند تر می شود . در معادله ی موجی شرودینگر تابع موج قابل جایگزینی است که می تواند رفتار یک ذره را در آینده با احتمال بسیار زیاد پیش بینی کند البته نیروی وارد بر ذره نیز ملاک است . در این شرایط این تابع موج قابل جایگزینی در معادله نیست . این معادله با موجبیت در رابطه است . موجبیت دلیل جبری معادلات لاپلاس است که می گوید بر اساس مکانیک کلاسیک نیز می توان آینده را پیش بینی کرد . پس می توان گفت که در این حالت معادله ی موجی شرودینگر کاربردی ندارد . با این اوصاف زمان رفته رفته در میدان گرانشی یک سیاهچاله رو به کندی می گذارد . برای مثال از یک ابرسیاهچاله 3 میلیارد برابر خورشید جرم داشته باشد آنگاه یک ثانیه برای فردی که در افق رویداد قرار داشته باشد 28 ^ 10 × 4.35 – خواهد گذشت . این زمان آنقدر خرد و اندک است که برای ناظر بیرونی صفر به نظر می رسد .


از دیگر خواص سیاهچاله این است که می گویند سیاهچاله مو ندارد . اما یعنی چه ؟


اگر بخواهیم یک تعریف بسیار ساده از این جمله داشته باشیم به صورت زیر است :

با راه حل شوارتز شیلد که از متریک شوارتز شیلد سرچشمه می گیرد می توان حالت رمیبیده و سنگین از ستاره ای بدون اسپین را توصیف کرد .

اما بیاییم کمی مسئله را باز کنیم .


همانطور که می دانیم یک سیاهچاله معمولی از رمبیدن یک ستاره به وجود می آید . همچنین در یک ستاهچاله تابع موج یا زمان هیچ کاربردی ندارد و ما قادر نیستیم از آن برای گذشته و آینده استفاده کنیم . زیرا سیاهچاله با کسب جرم زمان را به حداقل کندی ممکن می رساند که برای ناظر بیرونی صفر است . با این جان ویلر نتیجه گرفت که سیاهچاله به ماهیت جسمی که از آن به وجود آمده و یا اجسامی که بلعیده وجود ندارد . بلکه به خواص دیگر آن همچون جرم اسپین و شعاع بستگی دارد . حال اگر این سیاهچاله ایستا باشد و اسپین نداشته باشد به راحتی می توان آن را با راه حل ها شوارتز شیلد نمایش داد . ولی به راستی فلسفه ی نامگذاری آن باید جالب باشد .


در تحقیقات جدید مشخص شده است که ستاره های بزرگ قادرند در اطراف سیاهچاله ها به وجود آیند در صورتی که در گذشته چنین تصور نمی شد . وقتی که یک سیاهچاله در یک ابر گازی قرار می گیرد و نیز یک ستاره در نزدیکی آن است سیاهچاله با گرانش خود ستاره را متلاشی می کند گازهای باقی مانده از ستاره به ابر می پیوندند و اگر برآیند جرم آنها 10000 برابر اجرام خورشیدی شود در برابر دیسک سیاهچاله مقاوت می کند و پس از مدتی در اطراف یک سیاهچاله ممکن است یک ستاره ی بزرگ پدید آید .


هم چنین دانشمندان ستاره ای نوترونی کشف کرده اند که نقش یک سیاهچاله را بازی می کند و پس از گرفتن مواد ساتع شده از یک سیستم ستاره ای دوتایی آنها را می بلعد و از خود جت هایی با سرعت 8/99 سرعت نور ساتع می کند این سیستم از سال 1970 مورد بررسی بوده است . با این اوصاف این ستاره ی نوترونی نیز یکی از انواع خاص این اجرام است . هم چنین می دانیم که اگر یک ستاره ی نوترونی جرمی بیشت از 5/2 براب خورشید داشته باشد در حکم یک نقطه در صفحه خواهد شد که گرانشی بی حد و حصر دارد . هر چند که این گرانشی در برابر سیاهچاله مغلوب می شود .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

همانطور که گفته شد استیون هاوکینگ یکی از معروف ترین دانشمندان در زمینه ی سیاهچاله ها است . نکته ی مهمی که در این نظریه به چشم می خورد این بود که تمام اطلاعاتی که ممکن است توسط تابش هاوکینگ از سیاهچاله به بیرون راه پیدا کندد بر اثر خواص سیاهچاله نابود می شوند . او تا سال 2004 بر این عقیده بود که اطلاعاتی که به دورن سیاهچاله سقوط می کنند برای همیشه نابود می شوند و دیگر امکان بازگشت اطلاعات وجود ندارد . او حتی بر روی این حرف خود با جان پرسکیل آمریکایی شرط بندی کرد . او سرانجام در سال 2004 گفت که قریب به 30 سال اشتباه می اندیشیده است و شرط را واگذار کرد . بر طبق نظریه ی جدید او اطلاعات می توانند از سطح سیاهچاله گریز کنند . بر طبق محاسبات جدید او مشخص شده که سطح یک سیاهچاله دارای نوساناتی است که در طی آنها اطلاعات می توانند از سیاهچاله بگریزند .

البته این اطلاعات با روز اولی که به سیاهچاله سقوط کردند تفاوت زیادی دارند . زیرا این اطلاعات تحت تأثیر سیاهچاله خرد شده اند و دیگر قابل شناسایی نیستند . او این سخنان خود را در کنفرانس گرانش و نسبیت عام در دوبلین بیان کرد و دریچه ای تازه در زمینه ی این اجرام جالب به سوی ما باز کرد .


اما شاید برای شما جالب باشد که بدانید که هنگامی که به درون سیاهچاله می روید چه برایتان رخ می دهد .


زمانی که به سیاهچاله نزدیک می شوید ابتدا احساس سقوط آزاد و بی وزنی می کنید چون در حال حرکت به طرف افق رویداد هستنید و پس از ورود به افق رویداد می کنید این کشیدگی با نزدیک شدن به تکینگی افزایش می یابد به طوری که وزن پاهایتان میلیون ها برابر سرتان می شود پس از آن که تا حدی زیادی به تکینگی نزدیک شدید دیگر قادر به تحمل گرانش نخواهید بود بدتان از هم در خواهد رفت و بافت های بدنتان از هم جدا می شوند اگر سیاهچاله بزرگ باشد در این صورت سلول ها هم به مولکول و اتم تجزیه می شوند و سرانجام برروی تکینیگی سقوط خواهید کرد ، اینجا دیگر پایان خط است .


در طی این مقاله سعی کردیم تا بتوانیم نگرشی درست از وجود یک جسم گرانشی قوی به نام سیاهچاله در ذهن خواننده گان ایجاد کنیم . هرچند که درک درست یک سیاهچاله خواستار دو مؤلفه ی اساسی است که تا کنون به خوبی در کشور ما فراهم نشده است 1- ریاضیات پیشرفته که امروزه تنها در سطح دانشگاه ها تدریس می شود 2- امکانات بررسی مستقیم مانند تلسکوپ ها و رادیو تلسکوپ های قوی که در کشور ما وجود ندارد

امیدواریم در آینده ی نزدیک شاهد فراهم شدن این دو مؤلفه برای دوستداران فیزیک نوین باشیم .

 

مجموعه مقالات بالا نوشته ي آقاي امیر سجاد رضایی بوده است كه اميدوارم مورد توجه دوستان قرار گرفته باشه ...

اگر دوستان مطالب ديگر در اين مورد دارن در همين تايپيك قرار بدن ...
با تشكر

اصطلاح ( سياهچال ) در همين اواخر قدم به صحنه علم گذاشته است و آنرا در سال 1969 دانشمندي آمريكايي بنام جان ويلر بعنوان نموداري از نظريه اي برگزيد كه دستكم به ديست سال پيش بر مي گشت ، يعني زماني كه براي نور دو نظريه وجود داشت يكي نيوتوني كه آن را مركب از ذرات مي دانست و ديگري نظريه اي كه نور را ساخته و پرداخته امواج مي شناخت و ما اكنون به صحت هر دو نظريه وقوفي واقعي داريم. بر طبق دوگانگي موجي/ ذره اي در مكانيك كوانتوم ، نور مي تواند هر دو خصيصه را داشته باشد يعني همسان يك موجو و همراز يك ذره. نظريه ذره اي بودن نور چگونگي پاسخ بخ نيروي جاذبه را روشن نكرده بود و نظريه بودن آنهم انتظار پيروانش را در متاثر شدن نور از نيروي جاذبه به همان طريق كه گلوله هاي توپ ، راكتها و سيارات از آن برخوردار مي شدند بر نياورده بود. در آغار مردم گمان مي كردند كه ذرات نور با سرعتي جنان نامتناهي سير وسفر مي كنند كه نيرو جاذه به گردشان هم نمي رسد تا از سرعت آنها بكاهد ، ليكن اكتشافات رومر مشعر بر متناهي بودن سرعت نور معنايش اين بود كه نيروي گرانش بايد واجد اثري مهم باشد.

بر پايه اين فرض ، يك غضو برجسته كمبريج بنام جان ميچل در سال 1783 در مكتوبي مندرج در خلاصه مذاكرات مجمع سلطنتي لندن خاطر نشان ساخته بود كه اگر ستاره اي بقدر كفايت سنگين و متراكم باشد ميدان جاذبه آن بقدري توامند است كه نور در آن به تله افتاده و راهي براي رهايي ندارد يعني : هر نوري كه از سطح آن ستاره ساطع شود پيش از آنكه خيلي از آن دور شود در دام جاذبه گرانشي آن ستاره افتاد و به پايين كشيده مي شود . جان ميچل بر اين باور بود كه بايد ستاره هاي بسياري نظير اين ستاره وجود داشته باشند. باوجودي كه چون نور اين ستاره به ما نمي رسند كا قادر بديدن آنها نيستيم اما جاذبه گرانشي آنها را حس مي كنيم . چنين اعجوبه هاييي همانها هستند كه ما اكنون آنها را سياهچال مي ناميم و اين اسمي است با مسمي يعني خلوتگاه هاي سياه در فضاي بي انتها. چند سال بعد اظهار عقيده اي مشابه و ظاهرا مستقل از جان ميچل از طرف ماركي دولاپلاس عنوان شد. جالب توجه اين است كه لاپلاس اين موضوع را فقط در چاپ اول و دوم كتاب خود موسوم به منظومه جهاني درج كرد و در چاپ هاي بعدي از آن صرف نظر كرد. شايد به دليل اين كه او بر سست بودن اين نظريه فتوي داده بود.( همچنين نظريه ذره اي بودن نور هم در طول مدت سده نوردهم از چشم افتاده وبه نظر مي رسيد كه هر چيز را مي توان با نظريه موجي بودن نور توجيه كرد و به هيچ وجه معلوم نبود كه نور از نيروي گرانش متاثر باشد.)

در حقيقت رفتاري همانند آنچه كه در مورد گلوله توپ در نطريه گرانشي نيوتن انجام مي گرفت با مزاج نور سازگاري نداشت زيرا سرعت نور ثابت بود در صورتي كه پرتاب يك گلوله توپ به سمت بالا سرعت گلوله در اثر نيرو جاذبه متدرجا كاستي گرفته و سرانجام آن گلوله متوقف و به زمين بر مي گردد و حال آنكه يك فوتون با سرعتي ثابت همواره به حركت خود به سم بالا ادامه مي دهد ( پس جاذبه نيوتوني چگونه مي تواند بر نوذ موثر باشد؟) از آن به بعد نظريه اي سازگار مشعر بر چگونگي اثر نيروي جاذبه بر نور ارائه نشد تا اينكه در سال 1915 انيشتين نظريه نسبيت را مطرح ساخت و حتي پس از آن هم مدت ها طول كشيد تا اشارات اين نظريه در مورد ستارگان جسيم به تفهيم در آمد.

براي استنباط اينكه چگونه ممكن است يك سياهچال شگل گرفته باشد نخست نيازمند آنيم كه بدانيم سر گذشت دوران زندگي يك ستاره ، از تولد تا مرگ چه مي باشد. ستاره وقتي شكل مي گيرد كه مقدار عظيمي گاز ( كه اساسا ئيدروژن است ) در اثز جاذبه گرانشي درهم فرونشيند. با آغاز اين همفرونشيني و تراكم گاز ، اتمهاي آن بيشتر و بيشتر و با سرعت هاي زيادتر و زيادتر بهم برخورد كرده و باين ترتيب گرماي گاز افزايش مي يابد و سرانجام ، گاز به حدي داغ مي شود كه وقتي اتمهاي ئيدروژن به يكديگر بر مي خورند نه تنها ديگر واپرشي انجام نمي دهند بلكه در همديگر فرورفته و به هليم تبديل مي شوند. گرمائي كه دراين واكنش آزاد مي شود همانند حرارت كنترل شده يك بمب ئيد روژني است و اين همان حرارتي است كه موجب فروزش آن ستاره مي شود اين حرارت اضافي همچون فشار گاز تا حد هم ترازي با جاذبه گرانش افزايش داده و سبب توقف انقباض گاز مي شود اين تا اندازه كمي شبيه به عمل بالني است كه فشار هواي درون آن كه مي كوشد تا بالن را متسع ساز با تلاش كششي لاستيك بدنه بالن كه سعي دارد آن را در حجم كوچك تري نگه دارد تعادل بر قرار ميكند ، ستاره ها هم به همين نحو با بهره مندي از حرارت حاصله از فعل و انفعالات هسته اي با جاذه گرانشي كه متعادل مي شود مدتي مديد پايدار باقي مي مانند. با اين همه ، ستاره سرانجام از ئيدروژن و ديگر مواد سوختي خود خالي مي شود. نكته اي كه ظاهرا متناقض جلوه مي كند اين است كه هر چه مقدار سوختي كه ستاره با آن آغاز به تشكل مي كند بيشتر باشد ستاره زود تر به خاموشي مي گرايد. اين براي آن است كه هر چه ستاره جسيم تر باشد براي تعادل با جاذبه گرانشي به گرماي خيلي بيشتري نيازمند است و هر چه حرارت زيادتري داشته باشد زود تر سوخت خود را به مصرف مي رساند شايد سوخت خورشيد ما براي يك پنچ هزار ميليون سال ديگر يا چيري در اين حدود كافي باشد ولي بيشتر ستارگان تنومند ممكن است سوخت خود را در كمتر از يكصد ميليون سال به مصرف برسانند يعني در مدت زمان خيلي كمتر از عمر مجموعه كيهان. هنگامي كه سوخت ستاره اي ته مي كشد آن ستاره آغاز به سرد شدن كرده و منقبض مي شود حال آنچه كه بر سر اين چنين ستاره اي در مي آيد چيزي است كه فقط براي نخستين بار دردهه 1920 استنباط گردد و داستان آن از اين قرار است: در سال 1928 يك دانشجوي فارق التحصيل هندي به نام سوبر همنيان چندرا سخار براي تلمذ در محضر منجمي انگليسي موسوم به سر ارترادينكتن كه از خبرگان نظريه نسبيت عام بود با كشتي عازم انگلستان و ورانه كمبريج شد.( بر طبق رواياتي چند ، روزنامه نگاري در اوايل دهه 1920 نظر ادينگتن رفت و به او گفت : من شنيده ام كه در جهان فقط سه نفر هستند كه از نظريه نسبيت عام سر در مي آورند ، ادينگتن درنگي كرد و سپس پاسخ داد كه – دارم مي انديشم كه نفر سوم كيست ؟ - ).چندراسخار در طول مدت سفرش از هند به انگلستان در اين فكر بود كه اندازه ستاره اي كه با وجود به پايان رسيدن سوختش هنوز هم قادر به تحمل نيروي جاذبه خويش است چه مقدار بايد باشد. مبسوط اين نظر چنين بود: وقتي كه ستاره كوچك مي شود ،ذرات ماده آن خيلي به هم ديگر نزديك ترمي شود و آن گاه به موجب اصل نا همانندي پاولي چنين ذراتي بايد داراي سرعت هاي خيلي متفاوتي بشوند. اين اختلافات سرعت موجب دور شدن آن ذرات از يكديگر و در نتيجه سبب انبساط آن ستاره مي شود. در اين انبساط شعاع كره ستاره تا آن حد افزايش مي يابد كه بين نيروي جاذبه و نيرو دافعه ناشي از اصل ناهمانندي پاولي تعادلي بر قرار شده و شعاع كره ستاره در اين حد تثبيت شود يعني به عينه شبيه همان وقايع دوران زندگي ستاره كه نيرو جاذبه اش با حرارت حاصله در آن متعادل مي شد.

بهر حال چاندراسخار به اين نتيجه رسيد كه در نيرو هاي دافعه اي كه اصل ناهمانندي مبين آنست حد وحصري برقرار است. نظريه نسبيت عام بيشترين اختلاف بين سرعتهاي ذرام مادب موجود در ستاره را به سرعت نور محدود كرده است، اين به معناي آن است كه وقتي ستاره به اندازه كافي چگال شد ، نيروي دافعه ناشي از اصل ناهمانندي ، كمتر از نيروي جاذبه خواهد شد . چاندراسخار حساب كرده بود كه ستاره سردي كه جرمش تقريبا از يك و نيم برابر خورشيد بيشتر باشد نمي تواند متحمل جرم خود باشد ( اين جرم اكنون به حد چاندراسخار معروف است ) تقريبا در همين اوقات نظير چنين اكتشافي توسط دانشمند روسي بنام لف داويدوويچ لانداو بعمل آمد ، اين اكتشاف اشارات ضمني جدي در رابطه با سرنوشت نهايي ستارگان تنومند در برداشت. اگر جرم ستاره اي كمتر از حد چاندراسخار باشد ، آن ستاره سرانجام مي تواند به انقباض خود پايان داده و نهايتا در حالت ممكنه اي همانند ستاره – كوتوله سفيد – باشد كه با شعاعي در حدود چند هزار كيلومتر و چگالي ويژه اي برابر چند صد تن در سانتيمتر مكعب در خود فرو نشيند. ستاره كوتوله هاي سفيد با نيروي دافعه اي كه از اصل ناهمانندي بين الكترون هاي موجود در ماده خودش ناشي مي شود پايدار و برقرار مي ماند. ما شاهد بسياري از اين كوتوله هاي سفيد هستيم و نخستين ستاره اي كه از اين نوع كشف شد ستاره اي است كه در حول شعراي يماني كه درخشان ترين ستاره در آسمان شبانه است گردش مي كند.

لانداو خاطر نشان ساخت كه امكان وجود حالت نهايي ديگري هم براي ستاره هست كه در آن جرم ستاره تقريبا در حدود يك با دو برابر خورشيد است ولي حجم آن خيلي كوچكتر از حجم يك ستاره كوتوله سفيد است اين ستاره ها از طريق نيروي دافعه ناشي از اصل ناهمانندي كه بين فوتون ها و پروتون ها بيشتر به وجود مِي آيد تا بين الكترون ها ، خود را حفظ و نگهداري مي كنند و به همين دليل هم آنها را ستاره هاي نوتروني مي نامند. شعاع كره اين نوع ستاره ها فقط در حدود هفده كيلومتر و چگالي ويژه اي قريب به صد ها ميليون تن در هر سانتيمتر مكعب دارند ، در نخستين بار كه وجود چنين ستارگاني پيش بيني شد راهي براي مشاهده ستارگان نوتروني وجود نداشت و عملا تا اين اواخر به شناسايي در نيامده بودند.

از سوي ديگر ستارگاني كه جرم آنها بالاتر از حد چاندراسخار باشد وقتي كه سوختشان به پايان برسد مواجه با مشكل بزرگي مي شوند . در پاره اي از موارد ممكن است تمام شدن سوخت با انفجار آنها بيانجامد و يا آنقدر ماده از خود به بيرون پرتاب كنند تا جرمشان به زير اين حد كاهش يابد و به اين ترتيب از وقوع در همفرونشيني جاذبه اي فاجعه آميزي دوري گزينند ، ليكن اعتقاد به اينكه چنين امري بي توجه به اندازه جرم ستاره هميشه حتمي الوقوع مي باشد مشكل است. حال بايد ديد ستاره چگونه بفهمد كه بايد وزن خود را كاهش دهد؟ وحتي اگر ستاره اي براي اجتناب از در همفرونشيني بقدر كافي از عهده كاهش وزن خود بر مي آمد چه حادثه اي رخ ميداد؟ اگر شما بقدري جرم يك ستاره كوتوله سفيد را افزايش مي داديد تا از حد مذكورپا فراتر گذارد آيا اين ستاره ها الي غير النهايه در هم فرو مي نشستند ؟ ادينگتن از اين اشاره ضمني يكه خورد و از اعتقاد به دستاورد چاندراسخار سر باز زد. ادينگتن فكر مي كرد كه در همفرونشيني يك ستاره تا حد رسيدن به يك نقطه با سادگي امكان پذير نيست. بيشتر دانشمندان نيز چنين نظري داشتند: حتي انيشتين شخصا رساله اي نوشت كه در آن مدعي شده بود ستارگان تاحد صفر منقبض نخواهند شد.

دشمني دانشمند ديگر ، بويژه عداوت و حسادت ادينگتن كه مرجعي پيشرو در ساختار ستارگان و معلم سابق چاندراسخار بود او را ترغيب و وادار كرد تا تعقيب كار در اين خط دست بردارد و به جاي آن به مسايل ستاره شناسي مانند حركت خوشه هاي ستاره اي بپردازد. با اينهمه ، وقتي كه به او جايزه نوبل سال 1983 اعطا شد دستكم جزيي از موجباتش بخاطر كار پيشين او در تحديد جرم ستارگان سرد بود.

چاندراسخارا نشان داده بود كه اصل ناهمانندي پاولي نتوانست در همفرونشيني ستاره اي را كه جرمش از حد چاندراسخار بيشتر باشد تحمل كند اما مسئله استنباط اينكه، بر طبق نظريه نسبيت عام ، بر سر چنين ستاره اي چه خواهد آمد نخستين بار در سال 1939 بوسيله جواني آمريكايي به نام رابرت اوپنهايمر حل شد. با وجود اين ، دستاورد او مشعر بر اين بود كه هيچ گونه پيامدي مشاهداتي وجود ندارد كه بتواند از طريق تلسكوپ هاي امروزي آشكار شود. در همين اوان جنگ جهاني دوم پيش آمد و اوپنهايمر خودش در طرح ساخت بمب اتمي گرفتار شد . پس از پايان جنگ مسئله در همفرونشيني جاذبه اي تا حد زيادي به دست فراموشي سپرده شده زيرا بيشتر دانشمندان به رويدادهايي در مقياس اتم و هسته اش روي آورده بودند. با اين وصف ، در اوايل دهه 1960 با افزايش چشمگيري كه در تعداد و حيطه مشاهدات ستاره شناسي با بهره گيري از تكنولوژي نوين حاصل شد توجه به مسايل بلند مقياس نجومي قوت گرفت و علم هييت و دانش كيهاني رونقي تازه يافت و به دنبال آن دوباره كار اوپنهايمر بوسيله تعدادي از علاقمندان طرف توجه قرار گرفت و در طريق گسترش افتاد.

تصويري كه هم اكنون ما از كار اوپنهايمر داريم به شرح و تفسيري است كع مي خوانيد:

ميدان جاذبه اي ستاره مسير هاي اشعه نور را در فضا – زمان از امتداد اصلي خود يعني از امتدادي كه بي حضور آن ستاره ميبايد داشته باشد تغيير مي دهد.ميدان جاذبه اي ستاره مخروط هاي نوري را كه مسير هاي افشانه هاي نور صادره از رئوسشان در فضا – زمان تعيين مي كنند اندكي به سمت داخل سطح ستاره متمايل مي سازند ، اين عمل را مي توان به هنگام كسوف خورشيد عينا در خميدگي نور ساطعه از ستارگان دور دست مشاهده كرد. به محض اينكه ستاره منقبض مي شود ميدان جاذبه اي در سطح آن قوي تر شده و خمش مخروط نور به طرف آن بيشتر مي شود اين عمل رهايي نور را از آن ستاره دشوار تر ساخته و نور به نظر ناظري كه از فاصله دور آنرا مي نگرد تارتر و سرختر مي نمايد. سر انجام پس از اينكه شعاع كره ستاره در اثر انقباض آن تا رسيدن به مقداري بحراني كاهش يافت ميدان جاذبه در سطح آن بقدري قوي مي شود كه مخروط هاي نور را آنقدر به سمت سطح ستاره خم مي كند كه ديگر نور نمي تواند از آن بگريزد به موجب نظريه نسبيت عام هيچ چيز ديگري هم نخواهد توانست از چنگ آن رهايي يابد و هر چيزي با كمند ميدان جاذبه اي ستاره به پس كشيده شود.از اينرو در ناحيه اي از فضا – زمان مجموعه عوارضي وجود دارد كه خلاصي از آن براي رسيدن به ناظري دور مكان امكان پذير نيست. اين همان ناحيه اي است كه ما اكنون آنرا سياهچال مي ناميم و مرز آن با محيط پيرامونش را كه در حقيقت حريمي بي امنيت است – افق عارضه اي مي خوانيم كه بر پوشه مسير هاي اشعه نوري كه اكنون از نجات خود از اين سياهچال عاجزند منطبق است.

براي استدراك اينكه اگر شما ناظر بر در همفرونشيني ستاره اي درجريان تبديل آن به سياهچال بوديد چه مي ديديد بايد بياد بياوريد كه در نظريه نسبيت زمان مطلقي وجود ندارد و هر ناظري زمان را انطور كه اقتضاي او است مي سنجد. زمان براي كسي كه در ستاره اي مكان گرفته با زمان براي آنكه در فاصله دوري نسبت به او قرار گرفته فرق دارد. زيرا ميدان جاذبه اي آن ستاره در اين سنجش و اندازه موثر مي باشد. فرض كنيد فضانورد جسور و بي باكي بر سطح ستاره اي كه درحال همفرونشيني است ايستاده و به اتفاق آن به سوي درون مشغول در هم فرونشيني بوده و در سر هر ثانيه از روي ساعت خود علامتي به سفينه فضايي خود كه در حول آن ستاره مي گردد مخابره كند. اكنون فرض كنيد مثلا در ساعت 00/11 به ساعت او ستاره منقبض شده باشد كه شعاع كره آن به حد بحراني رسيده و ميدان جاذبه اي آن آنقدر قوي شده باشد كه هيچ چيز نتواند از آن بگريزد و علامتي هم ديگر به سفينه فضايي مخابره نشود. هنگامي كه ساعت به 00/11 نزديك مي شود همكاران اين فضانورد كه از سفينه فضايي مراقب او هستند متوجه مي شوند كه فاصله زماني بين علائم خبري متوالي كه از سوي فضانورد صادر مي شود طولاني تر و طولاني تر مي شود ولي آن اثر قبل از لحظه 5959/10 بسيار كوچك است و آنها بايد بين 5958/10و 5959/10 فقط تعداد بسيار اندكي بيشتر از يك ثانيه براي دريافت خبري از فضانورد صبر كنند اما براي دريافت علامتي در ساعت 00/11 بايد تا ابد صبر كنند از نظر ناظراني كه در سفينه فضايي قرار دارند امواج نوري كه از سطح ستاره به وسيله ساعت فضانورد بين لحظات 5959/10 و 00/11 فرستاده مي شوند در دوره اي نامتناهي از زمان به خارج انتشار مي يابد و فاصله زماني بين ورود امواج متواليه به سفينه فضايي طولاني و طولاني تر شده و نوري كه از ستاره ساطع مي شود سرخ تر و سرخ تر و تيره وتيره تر مي شود و سر انجام آن ستاره آنقدر تيره و تار خواهد شد كه ديگر از سفينه فضايي ديدار پذير نخواهد بود يعني : آنچه كه از آن باقي مي ماند سياهچالي است در فضا ، با اينهمه ستاره به اعمال همان نيروي جاذبه اي به سفينه فضايي ادامه مي دهد تا گردش آنرا درحول سياهچالي كه بدست خود ساخته است تداوم بخشد.

با اين اوصاف اين صحنه سازي به دليل مسئله زير كاملا واقع بينانه نيست : هر چه شما از ستاره دورتر باشيد اثر نيرو جاذبه آم بر شما ضعيف تر مي شود بنابراين نيروي جاذبه وارد بر پاهاي فضانورد جسور ما هميشه بيش از نيروي جاذبه وارد بر سر او خواهد بود اين اختلاف فشار فضانورد ما را پيش از انقباض ستاره تا شعاع بحراني خود و تشكيل افق عارضه همانند اسپاگتي كش داده و يا اورا از هم جر مي دهد! با وجود اين ما بر اين باوريم كه در اين عالم كبير اجسام بزرگتري نطير ناحيه مركزي كهكشان ها وجود دارند كه مي توانند انقباض جاذبه اي را تاحد سياهچال ها تحمل كنند و فضانوردي كه برروي يكي از اينها قرار گرفته باشد پيش از شكل گرفتن سياهچال از هم دريده نخواهد شد و در واقع در موقع حصول شعاع بحراني ، او چيز ويژه اي را احساس نخواهد كرد و مي تواند بي ديدن لحظه اي كه ديگر گريزي از آن محل برايش ميسر نيست آنرا از سر بگذراند. با اين وصف ، در ظرف فقط چند ساعتي كه از ادامه در همفرونشيني آن ناحيه گذشت آنگاه اختلاف بين نيرو هاي جاذبه وارد بر پاها و سر او آنقدر قوي خواهد شد كه باز هم او را خواهد دريد.

كاري كه راجر پن روز و ن بين سال هاي 1965 و 1970 انجام داديم نشان داد كه به موجب نظريه نسبيت عام بايستي در رابطه با نامتناهي بودن چگالي و بينهايت بودن خميدگي فضا – زمان ، درون يك سياهچال يك تكينگي وجود داشته باشد كه تا اندازه اي شبيه به حالت انفجار بزرگ در آغاز زمان است فقط با اين تفاوت كه اين تكينگي پاياني از زمان براي همفرونشيني ستاره و فضانورد مي باشد.در اين تكينگي قوانين علمي و توانايي ما براي پيشگويي آينده دستخوش از هم فروپاشي مي شود. با وجود اين هر ناظري كه در بيرون سياهچال باشد از نقيصه اي كه درقابليت پيشگويي ما پديد آمده است متاثر نخواهد شد زيرا نه نور و نه هيچ علامت خبري ديگري نمي تواند از اين تكينگي به او برسد. اين حقيقت شايان تامل و در خور توجه راجرپن روزا به آنجا رهنمون شد تا پيش فرض سانسور صفتي كيهاني را عرضه بدارد كه مي شود آنرا به اين گونه تاويل كرد : خداوند از تكينگي عريان و بي پرده متنفر و بيزار است. به ديگر سخن تكينگي هايي كه از طريق در همفرونشيني جاذبه اي بوجود مي آيند فقط در مكان هاي شبيه سياهچال ها بوقوع مي پيوندند كه درآنجا آنها بوسيله افق عارضه اي از چشمرس بيرون به نحو شايسته اي پنهان هستند. دقيقا اين همان چيزي است كه به پيش فرض سانسور صفتي بودن ضعف كيهاني شناخته شده است : اين خصيصه ناظراني را كه در بيرون سياهچال باقي مي مانند از عواقب لغو قابليت پيشگويي كه در موقع تكينگي رخ مي دهد حفظ و حراست مي كند ولي براي فضانورد بدبخت فلك زده كه در آن چاله افتاده به هيچ وجه كاري انجام نمي دهد.

براي معادلات نسبيت عام كه در آنها براي فضانورد ما امكان ديد يك تكينگي بي پوشش و عريان ميسر باشد راه حلهاي چندي وجود دارند تا : شايد او بتواند از برخورد با اين تكينگي دوري گزيند و بجاي آن با افتادن در يك راه مارپيچ در نقطه ديگري از كيهان سر بيرون آورد. اين امر امكاناتي بزرگي را براي مسافرت هاي فضا – زماني فراهم خواهدساخت اما بدبختانه چنين به نظر مي رسد كه تمام اين راه حلها ممكن است بسيار ناپايدار باشند و كمتر ين اختلالي مانند حضور يك فضانورد ممكن است طوري آنها را تغيير دهد كه فضانورد نتواند تكينگي را تاوقتي كه به آن برخورد نكرده مشاهده كند يعني وقتي كه كار از كارگذشته وزمان براي اوبه پايان رسيده است. به عبارت ديگر ، اين تكينگي هميشه در آينده او وجود خواهد داشت و هرگز در گذشته او موجود نبوده است . تاويل محكم و ميتن پيش فرض سانسور صفتي جهان هستي شارح آنست كه درراه حلي واقع بينانه ، تكينگي ها همواره يا كاملا در آينده قرار دارند ( مانند تكينگي هاي در همفرونشيني جاذبه اي ) و يا كاملا در گذشته وقوع يافته بوده اند ( مانند تكينگي انفجار بزرگ ) بايد اميد بسيار داشت كه برخي از تفسير هاي پيش فرض سانسور صفتي جهان هستي تحقق يابد زيرا شايد مسافرت به گذشته همدوش با تكينگي هاي آشكار و برهنه امكان پذير باشد. با اينكه چنين تفسيري براي نويسندگان افسانه هاي علمي- تخيلي ، نغز و زيبا است ولي معناي آن اين است كه زندگي هيچ كس هميشه ايمن نيست چرا كه : ممكن است كسي به درون گذشته برود و پيش از آنكه شما آگاه شويد پدر و مادرتان را به قتل برساند!

افق عارضه و يا مرز ناحيه اي از فضا – زمان كه گريز از آن امكان پذير نيست تا اندازه اي همانند سراپرده اي با راه يك طرفه در پيرامون سياهچال عمل مي كند يعني : در آن افتادن همان و تا ابد در آنجا ماندن همان ، چيزهايي مانند فضانورد بي تدبير مي توانند از طريق افق عارضه بدرون سياهچال فروروند ليكن هرگز چيزي نمي تواند از طريق افق عارضه از اين سياهچال به خارج فرار كند.( بياد داشته باشيد كه افق عارضه مسير نوري است در فضا – زمان كه در تلاش رهايي از سياهچال مي باشد و ضمنا هيچ چيز تندتر از نور حركت نمي كند . ) ممكن است كسي افق عارضه را باگفته دانته در مدخل جهنم هم مضمون بداند كه گفت : هر كس كه وارد اين جا شود همه اميدش را از دست مي دهد. هر چيز يا هر كسي كه از طريق افق عارضه در اين چاه ويل فرو افتاد بزودي به ناحيه اي خواهد رسيد كه در آن چگالي به بي نهايت و زمان به غايت رسيده است.

نظريه نسبيت عام پيشگويي مي كند كه اجسام سنگين و متحرك موجب انتشار امواج جاذبه اي و چين خوردگي هاي در خميدگي فضا مي شوند كه با سرعت نور حركت مي كنند. اينها هم مانند امواج نوراني هستند كه چين خوردگي هاي در ميدان الكترو مغناطيسي مي باشند. ولي آشكار ساختن آنها به مراتب مشكل تر است ، آنها هم مانند نور انرژي اجسام ناشر خودشان را به يغما مي برند. بنابراين ممكن است كسي انتظار اين را داشته باشد كه منظومه از اجسام جسيم سرانجام در هم فرو نشسته و به حالت سكون در آيد ، زيرا انرژي آنها به وسيله امواج جاذبه اي تاراج مي شود. ( اين تا اندازه اي شبيه سقوط چوب پنبه اي به درون آب است يعني : در ابتدا مدتي بر روي سطح آب پايين و بالا مي رود ولي سرانجام پس از اينكه چين خوردگي هاي سطح آب انرژي انرا چپاول كردند بي رمق وناتوان بر روي سطح آب ساكن مي شود ).مثلا حركت زمين در مدار خود به دور خورشيد مولد امواج جاذبه اي است و اثر از بين رفتن انرژي آن سبب تغيير مدار حركت زمين مي شود به قسمي كه اين مدار به تدريج به خورشيد نزديك تر و نزديك تر شده و سرانجام به آن تصادم كرده و به حالت سكون در مي آيد شدت افت انرژي براي خورشيد و زمين بسيار كم و به اندازه اي است كه براي كار اندازي يك نجاري برقي كافي باشد. اين به معني آن است كه تقريبا يك هزار ميليون ميليون ميليون ميليون سال به درازا مي كشد تا زمين در مسيري حلزوني به خورشيد به پيوندد. بنابراين موجبي آني براي نگراني موجود نيست. تغيير مدار زمين بسيار به كندي انجام مي گيرد و قابل مشاهده نيست ليكن همين اثر در چند سال گذشته در مورد منظومه اي موسوم به PSR1913+16 در حال وقوع بوده است. اين منظومه داراي دو ستاره نوتروني است كه هر يك به دور ديگري مي گردد و مقدار انرژي كه آنها از طريق انتشار امواج جاذبه اي از دست مي دهند موجب گردش آنها در مسير مارپيچي به سوي يكديگر مي شود.

در طول مدت در هم فرونشيني يك ستاره براي تشكيل يك سياهچال ، حركات بسيار تندي خواهند شد و به اين ترتيب شدت انرژي بر باد رفته خيلي بيشتر مي شود بنابراين زمان رسيدن آن ستاره به حالت سكون طولاني نخواهد بود. حال ببينيم اين مراحل پاياني شبيه چيست؟ ممكن است كسي تصور كند كه شباهت اين مرحله به همه كميت ها و كيفيت هاي پيچيده ستاره بستگي دارد كه در شكل گرفتن سياهچال دخالت داشته اند يعني نه تنها به جرم و سرعت دوران ستاره بلكه همچنين به چگالي هاي مختلف اجزاء گوناگون آن و حركت هاي پيچيده گازهاي درون ستاره وابسته مي باشد. و اگر سياهچال ها هم به گوناگوني همان اجسامي بودند كه با در همفرونشيني خود آنها را تشكيل داده اند آنگاه هر گونه پيشگويي درباره سياهچال ها به طور كلي شايد دشوار باشد.

با اينهمه در سال 1967 دانشمندي كانادايي بنام ورنراسرائيل در مطالعه و بررسي سياهچال ها انقلابي پديد آورد . او نشان داد كه بر طبق نظريه نسبيت عام سياهچالهاي غير دوار بايد خيلي ساده باشند. شكل اين نوع سياه چال ها بايد كاملا كره بوده و ابعادشان بستگي به جرمشان داشته و هر زوج از آنها كه جرمشان با هم برابر باشد يكسان مي باشند.در حقيقت مي توان اين سياه چالها را با راه حل ويژه اي از معادلات انيشتن كه از سال 1917 معروفيت يافته اند توجيه كرد. اين راه حل ، كوتاه زماني پس از عرضه نظريه نسبيت عام ، به وسيله كارل شوارتزشيلد كشف شد. در آغاز افراد بسياري از جمله خود اسرائيل معتقد بودند كه چون سياه چالها بايد كاملا كروي باشند پس سياه چالها فقط مي توانند از در همفرونشيني يك جسم كاملا كروي تشكيل شوند. بنابراين هر ستاره حقيقي كه هرگز نمي تواند كره كاملي باشد – تنها مي تواند درشكل يك تكينگي عريان در همفرونشيند.

با اينهمه ، تاويل متفارتي از دستاورد اسرائيل وجود داشت كه مورد حمايت راجرپنروز بويژه جان ويلر قرار گرفت. آنان بر اين باور بودند كه حركات سريعي كه مستلزم در همفرونشيني يك ستاره مي باشند به معناي اين است كه امواج جاذبه اي كه اين ستاره منتشر مي كند كرويت آنرا به طور مستمر افزايش مي دهند و زماني كه آن ستاره به حالت سكون برسد كرويتي كامل خواهد داشت. برطبق اين نظر هر ستاره غير دواري با وجود شكل پيچيده و ساختار دروني غامض خود پس از همفرونشيني جاذبه اي به سياهچال كاملا كروي تبديل مي شود كه اندازه اش تنها به جرمش بستگي دارد. محاسبات بعدي مويد اين نظر بودند و به طور كلي مورد پذيرش قرار گرفت.

دستاورد ورنر اسرائيل سياهچالهايي را در بر مي گرفت كه فقط از اجسام غير دوار شكل گرفته بودند.يكي از شهروندان زلاندنو به نام روي كرا در سلا 1963 موفق به كشف مجموعه اي از راه حلهاي معادلات نسبيت عام شد كه سياهچالهاي دوار را تشريح مي كردند. سياهچالهاي كري با سرعت ثابتي دوران مي كنند و اندازه و شكل آنها تنها به جرم و نر دوران آنها بستگي دارد. اگر اين نرخ صفر باشد آن سياهچال كاملا مدور بوده و راه حل مربوط به آن با راه حل شوارتز شيلد يكسان است. اگر دوران مخالف صفر باشد سياهچال از نزديك خط استوايش به بيرون شكم مي دهد ( عينا مانند شكم دادن خورشيد يا زمين در نتيجه دوران به دورخودشان ) و هر چه تندتر به چرخد بيشتر شكم مي دهد. به اين ترتيب براي تعميم دستاورد اسرائيل به اجسام دوار كمان بر اين است كه هر جسم دواري كه براي تشكيل سياهچالي درهم فرونشيند سرانجام به حالت سكوني كه راه حل ( كري ) آنرا تشريح كرده درمي آيد.

در سال 1970 يكي از دانشجويان و همكاران پژوهشي من در دانشگاه كمبريج بنام براندون كارتر نخستين گام را درراه ايقان و اثبات چنين گماني برداشت. او نشان دا به شرطي كه يك سياهچال دوار و ساكني داراي محور متقارني نظير محور يك فرفره چرخان باشد اندازه و شكلش فقط به جرم ونرخ دوارنش بستگي دارد. سپس در سال 1971 من ثابت كردم كه هر سياهچال دوار ساكني در واقع داراي چنين محور تقارني هست. سرانجام در سال 1973 ديويد رابينسون از دانشكده پادشاهي لندن از دستاورد هاي كارتر و من براي اثبات صحت آن گمان بهرمند شد: يك چنين سياهچالي در حقيقت بايد پيرو راه حل كري. از اين قرار يك سياهچال پس از در همفرونشيني جاذبه اي بايد به حالتي در آيد كه بتواند در آن دوران كند اما نه ضربان افزون براين شكل و اندازه آن وابسته به جرم و نرخ دورانش باشد نه به جنس جسمي كه با آن در هم فرونشيني خود را آغاز كرده است.اين نتيجه به اين قضيه معروف شد كه : سياهچال زلف ندارد. قضيه بي زلفي واجد اهميت عملي بزرگي است زيرا تنوع سياهچالها را به شدت محدود مي كند بنابراين امكان ساختن مدل هاي اجسامي كه ممكن است شامل سياهچال هاي باشند ميسر مي شود و مقايسه پيشگويي هاي اين مدل ها با مشاهدات انجام پذير ميشود. اين قضيه همچنين گويايي آن است كه هنگامي كه سياهچالي شكل گرفت بايد مقادير بسيار زيادي اطلاعات مربوط به جسمي را كه در همفرونشسته است از دست داده زيرا پس از آن تمام چيز هاي قابل اندازه گيري آن جسم شايد جرم و سرعت دوران آن باشد كه مراد از آن را در بخش بعدي كتاب خواهيم ديد.

سياهچالها در تاريخ علم يكي از موارد بسيار نادري هستند كه در آن يك نظريه اي همانند يك مدل رياضياتي پيش از وجود هر گونه و مدرك مشاهداتي كه دال بر صحت آن باشد با طول و تفسير زياد بسط و گسترش يافت. و در حقيقت همين به عنوان دليلي اصلي مورد استفاده مخالفان وجود سياهچالها قرار گرفت كه مي گفتند: چگونه ممكن است كسي به اجسامي معتقد باشد كه تنها سند وجودي آنها بر اساس محاسبات نظريه تردد آميز و پرسش بر انگيز نسبيت عام استوار باشد؟ با اين وصف ، مارتن اشميت ستاره شناس رصدخانه پالومر كاليفرنيا در سال 1963 سرخ گرايي يك جسم شبه ستاره تيره رنگ را در راستاي منبع انواج راديوي موسم به 3C273 اندازه گرفت. او كشف كرد كه اين سرخ گرايي از نوع گرانشي باشد آنگه آن شبه ستاره بايد به اندازه اي تنومند و بقدري به ما نزديك باشد كه موجب اختلال در مدارات سيارات منظومه شمسي گردد اما اين قضيه در عوض به ما چنين مي فهمانيد كه سبب اين سرخ گرايي انبساط عالم هستي است كه آن هم به نوبه خود اشاره بر اين داشت كه چنين جسمي بايد در فاصله بسيار دوري قرارداشته وبراي اين كه از اين فاصله بعيد قابل ديد باشد بايستي بسيار درخشان و فروزان بوده و به عبارت ديگر در حال انتشار مقدار عظيمي انرژي باشد. به نظر مي آمد كه تنها مكانيسمي كه مردم مي توانستند در مورد منبع و علت توليد چنين انرژي بزرگي به آن به انديشند نه فقط در هم فرونشيني يك ستاره بلكه در هم فرونشيني كل ناحيه مركزي كهكشان باشد. تعداد اجسام ديگر موسوم به كوازار كشف شدند كه همه آنها به مقدار زياد سرخ گرا بودند ليكن همگي به اندازه اي از ما دور هستند كه مشاهده آنها براي فراهم كردن مدركي قاطع از سياهچال ها بسيار دشوار است . دل گرمي ديگري كه براي يافتن اثر از سياهچال ها حاصل شد از طريق اكتشافي در اجرام آسماني بود كه ناشر ضربان هاي منظمي از امواج راديوي بودند و كاشف آن يك دانشجوي تحقيقاتي كمبريج بنام جاسليمبل بود كه در سال 1967 يافته خود را عرضه كرد. بل و سرپرست او به نام انتوني هيوايش در آغاز خيال مي كردند كه شايد با تمدني بيگانه در كهكشان تماس گرفته اند به ياد دارم كه در سميناري كه آنها يافته خود را اعلام كردند نام نخستين منابع چهار گانه اي راكه كشف كرده بودند ( LGH1_4 ) گذشته بودند ( مخفف آدم كوچولو هاي سبز مي باشد ) با اين وصف درپايان اين سمينار ، هم ايشان و هم ديگران به اين نتيجه كمتر خيالي رسيدند كه اين اجسام كه به آنها نام ستاره هاي طپنده داده شده بود در حقيقت ستاره هاي نوترني دواري هستند كه به دليل فعل و انفعالي پيچيده بين ميدان مغناطيسي خودشان و مواد پيرامونشان در حال انتشار امواج راديوي مي باشند.اين دستاورد براي نويسندگان وسترن هاي فضايي ، خبر بدي بود ولي براي تعداد اندكي از ما كه در آن زمان به سياهچال ها معتقد بوديم مژده اي اميدوار كننده بود يعني : آن نخستين شاهد مثبت از ستاره هاي نوتروني بود يك ستاره با شعاعي در حدود 16 كيلومتر است يعني فقط جند برابر شعاع بحراني كه به ازاء آن ستاره اي تبديل به يك سياهچال مي شود اگر ستاره اي بتواند تا به اين حد كوچكي درهم فرونشيند توقع اينكه ستارگان ديگري هم بتوانند حتي تا اندازه اي كوچكتري در هم فرو نشسته و به سياه چال تبديل شوند غير منطقي نخواهد بود.

ما چگونه مي توانيم به آشكار ساختن سياه چالي اميدوار باشيم كه همان گونه مه از نامش پيدا ست هيچ نوري از آن ساطع نمي شود؟ اين تا اندازه اي شبيه جستجوي گربه سياهي درذغالدوني است. اما راهي بر اي آن وجود دارد. همانطور كه جان ميچل در سال 1783 در رساله راهگشاي خود خاطر نشان ساخت يك سياه چال هنوز هم به اجسام مجاور خود يك نيرو جاذبه وارد مي كند. 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 سوري يكديگر كشيده مي شوند، آنان همچنين منظومه هاي 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 چال استزيرا شايد: آن صرفا ييك ستاره خيلي كم نوري باشد كه به ديده در نيايد. با اينهمه برخي از اين منظومه ها مانند منظومه معروف به صروت فلكي غرنوق نيز منيع سرشاري از اشعه ايكس هستند بهترين توضيح براي اين پديده اين است كه بگوييم ماده درون اين ستاره نامريي از سطح آن به بيزون 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 جسن نامريي بايد همانند يك كوازار يا شبه ستاره نوتروني يا يك سياهچال 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 دستاورد چاندراسخار براي جسمي نامرئي كه به صورت كوازار باشد اين مقدار بسيار زياد به نظر مي رسد و نيز براي ستاره نوتذوني جرمي عظيمي به شمار مي رودبنابراين اين جسم پرده نشين بايد يك سياهچال باشد.

براي توضيح صورت فلكي غرنوق مدلهاي ديگري وجود دارند كه سياهچال ها را در بر نمي گيرند لكن همگي تا اندازه اي بلا تشبيه مي باشند ، به نظر مي رسد كه يك سياهچال بايد تنها توضيح طبيعي و راستين در اين مشاهدات باشد. با وجود اين من با انيسيتو تكنولوژي كيپ تورنه كاليفرنيا شرط بسته ام كه صورت فلكي غرنوق شامل سياهچالي نباشد! اين نوع خط مشس به منزله بيمه اي براي من است . من كارهاي بسياري بر روي سياهچال ها انجام داده ام كه اگر معلوم شود سياهچالي وجود ندارد همه زحمات من برباد خواهد رفت ولي در آن صورت تنها مايه دلداري من ارمغاني است كه از برنده شدن در اين شرط بندي عايدم مي شود يعني دريافت چهار سال مجله Private Eye . اما اگر وجود سياه چالي محقق شود سازمان كيپ برنده يكسال مجله Pent House خواهد شد. وقتي كه ما در سال 1975 اين شرط را مي بستيم تا هشتاد در صد يقين داشتيم كه صورت فلكي غرنوق يك سياه چال است و در حال حاضر بايد بگوييم كه يقين ما به نود و پنج درصد رسيده است ليكن آن شرط هنوز باقي و بر قرار است.

ما اكنون هم مداركي براي سياه چالهاي متعدد ي در منظومه هاي نظير صورت فلكي غرنوق داريم كه در كهكشان خودمان و در دو كهكشان همسايه ما ( ابر هاي ماژلان ) وجود دارند، با اين حال تعداد سياهچال ها تقريبا به طور يقين بايد خيلي بيشتر از اينها باشد ، در طول تاريخ دور و دراز كيهان بايد سوخت هسته اي بسياري از ستارگان به پايان رسيده باشد و گرفتار در همفرونشيني شده باشند. حتي تعداد سياهچالهابايد افزونتر از ستارگان مرئي باشد كه تعدادشان فقط در كهكشان ما تقريبا بالغ بر صد هزار ميليون است. نيروي جاذبه خارق العاده چنين تعداد عطيمي از سياهچال ها مي تواند گوياي اين باشد كه چرا كهكشان ما با چنين سرعتي كه اكنون دارد دوران مي كند؟ زيرا جرم ستارگان مرئي موجود در كهكشان ما براي محاسبه چنين سرعتي به تنهايي كافي نيست. ما همچنين داراي شواهد و مداركي چند مي باشيم مشعر بر اينكه سياه چالي با جرم خيلي بيشتري در مركز كهكشان ما وجود دارد كه جرم آن در حدود يك صد هزار برابر جرم خورشيد است. ستارگان موجود در اين كهكشان كه زياد به اين سياهچال نزديك مي شوند در نتيجه اختلاف حاصل در نيروهاي جاذبه اي در دو سمت دور و نزديكشان از هم دريده خواهند شد وبقاياي آنها و گازي كه از ستارگان ديگر متصاعد مي شود به سوي اين سياهچال كشيده شد و همانند صورت فلكي غرنوق اين گاز ها با هم در مسيري مارپيچي چرخزنان به درون آن فرو خواهند رفت و در اين ضمن گرم هم مي شوند ولي نه به درجه اي كه در آن مورد گرم مي شدند يعني به آن اندازه گرم نمي شوند كه بتوانند اشعه ايكس از خود منتشر سازند ليكن گرماي آن به حدي مي رسد كه بتوانند براي همين منبع متراكم امواج راديويي و پرتو هاي فرو تر از سرخي كه از مركز كهكشانها صدار مي شوند پاسخي فراهم سازند.

گمان مي رود سياهچال هاي مشابه ولي بزرگتري با جرمهايي نزديك به يكصد ميليون برابر خورشيد وجود داشته باشند كه درمراكز كوازار ها قرار دارند. ماده اي كه درون چنين سياهچال مافوق سنگيني فرو مي افتد يگانه منبع پر قدرتي را بوجود مي آورد كه بتواند آن مقادير عظيمه انرژي را كه اين اجسام در حال انتشار آنها هستند تبيين و تشريح كند ، به محض آنكه ماده به درون سياهچال تنوره مي كشد آنرا در همان جهتي بدوران در آورد كه موجب پيدايش يك ميدان مغناطيسي شود كه تا اندازه اي شبيه ميدان مغناطيسي زمين است. ماده ساقطه در اين سياهچال در نزديكي آن ذراتي بسيار پر انرژي توليد خواهند كرد و كيدان آهن ربايي حاصله به اندازه اي توانمند است كه مي تواند اين ذرات را به صورت افشانه هايي در آورد كه از دو انتهاي محور دوران يعني در امتداد قطبهاي شمال و جنوب سياهچال به بيرون فوران كنند چنين افشانه اي در تعدادي از كهكشانها و كوازار ها واقعا مشاهده شده اند.

همچنين مي توان سياه چال هايي رامشاهده كرد كه جرمي بسيار كمتر از جرم خورشيد دارند چنين سياهچالهاي نمي توانند از طريق در همفرونشيني جاذبه اي شكل گرفته باشند زيرا جرم آنها پايين تر از حد جرمي چاندراسخار است و ستارگاني با اين جرم كم حتي با پايان رسيدن سوخت هسته ايشان نم مي توانند در برابر نيروي جاذبه اي حافظ خود باشند. تشكيل سياهچالهاي كم جرم فقط در صورتي امكان پذير است كه ماده آنها تحت فشار هاي بسياز زياد تا رسيدن به چگالي هاي فوق العاده بالا در هم فشرده شوند چنين فشار هايي در بمب هاي هيدروژني خيلي حادث مي شود و : جان ويلر فيزيكدان معروف يك بار حساب كرده بود كه اگر كسي تمام آب هاي سنگين اوقيانوس هاي روي زمين را گردآوري كند آنگاه مي تواند از آنها بمب هيدروژني بسازد كه فشار حاصل از انفجار آن بقسمي ماده را به مركزش فشار دهد كه تبديل به سياهچال شود. امكان عملي تر آنست كه يك چنين سياهچالهاي كم جرمي ممكن است در همان اوايل آفرينش كيهان كه بر آن درجه حرارت و فشار زيادي حاكم بوده است تشكيل شده باشند سياهچالها فقط در صورتي مي توانند تشكيل شده باشند كه كيهان در اوايل بوجود آمدنش كاملا هموار و يكنواخت نبوده باشد زيرا فقط در صورتي كه ناحيه كوچكي از آن چگالي از حد ميانگين باشد مي تواند با اين شيوه در هم فشرده شود تا به تشكيل سياهچالي بينجامد فقط ما مي دانيم كه درآن ازمنه بايد بي نظمي هايي وجود مي داشته است زيرا در غير اين صورت ماده موجود در عالم خلقت بايد هنوز هم بجاي اينكه در ستاره ها و كهكشانها بروي هم تل انبار شده باشدبكونه اي يكنواخت در سراسر عالم پخش شده باشد.

الزامي بودن وجود اين ناهمگوني ها به عنوان خمير مايه اي براي تشكيل سياهچالها رهنمون اين نكته است كه تشكيل سياهچال هاي ابتدايي بطور وضوح بستگي به جزييات شرايط و اوضاع و احوال اوايل كيهان دارد. به اين ترتيب اگر ما بتوانيم تعيين كنيم كه هم اكنون چند سياهچال ابتدايي وجود دارد آنگاه مي توانيم طلاعات بسياري از همان مراحل اوليه كيهان فراگيريم. ساه چال هاي ابتدايي را كه داراي جرمي بيشتر از يك هزار ميليون تن باشند ( يعني برابر با جرم يك كوه بزرگ ) مي توان فقط از طريق اثر جاذبه اي آنها بر ديگران برماده مرئي يا انبساط جهان به شناسايي در آورد .

به نقل از سي پي اچ

منبع :almassi.persianblog.com

فرض كنيد سوار بر فضا پيماي خود به طرف سياهچاله اي كه ميليون برابر خورشيد جرم دارد و در مركز كهكشان ما قرار دارد ،حركت مي كنيد .(واقعا جاي بحث دارد كه آيا در مركز كهكشان ما سياهچاله وجود داشته باشد،فرض كنيد چنين چيزي باشد.)

در فاصله بسيار دوري از سياهچاله موشك خود را خاموش كنيد.چه اتفاقي مي افتد؟

اوايل شما هيچ نيروي گرانشي احساس نمي كنيد،ز يرا در حال سقوط آزاد هستيد.همه اعضاي بدن شما و فضا پيما به طور يكساني كشيده مي شوند. به خاطر همين احساس بي وزني مي كنيد.

(اين واقعا همان چيزي است كه براي فضا نوردان در مدار زمين اتفاق مي افتد.حتي اگر نيروي گرانش فضا نورد را به طرف زمين بكشد،هيچ نيروي گرانشي احساس نمي كند.زيرا همه چيز به طور يكساني كشيده مي شود).همچنان كه به مركز سياهچاله نزديك مي شويد احساس نيروي گرانش كشندي مي كنيد.فرض كنيد كه پا هاي شما نسبت به سرتان به مركز سياهچاله نزديكتر باشند.با نزديك شدن شما به مركز سياهچاله نيروي گرانش بيشتر وبيشتر مي شود ،بنا براين پاهايتان نسبت به سرتان تحت تا ثير نيروي گرانش بيشتري قرار مي گيرند،بنابراين احساس كشيدگي مي كنيد.(اين همان نيروي كشندي است و شبيه همان نيرويي است كه باعث جزر و مد روي كره زمين مي شود).همچنان كه به مركز نزديك و نزديكتر مي شويد اين نيرو قوي و قوي تر مي شود،و سر انجام باعث پاره شدن بدن شما مي شود.براي سياهچاله هاي بزرگي مانند اين سياهچاله اي كه در آن افتاده ايد ،نيروي كشندي تا حدود ششصد هزار كيلومتر (km600000)دورتر از مركز آن قابل توجه نيست.

اگر در سياهچاله كوچكتري مي افتاديد ،مثلا سياهچاله اي كه جرم آن در حدود جرم خورشيد است ،در شش هزاركيلومتري(km6000) مركز سياهچاله ،نيروي جزر ومدي شما را تحت تاثير قرار مي دهد،وخيلي قبل از آنكه از افق سياهچاله عبور كنيد،بدن شما را پاره مي كند.(به خاطر همين سياهچاله بزرگي را فرض كرديم ،چون مي خواستيم حد اقل تا زماني كه به داخل سياهچاله وارد شويد زنده بمانيد).

شما در زمان سقوط چه چيزي را مشاهده مي كنيد؟با كمال تعجب چيز خاصي نمي بينيد.تصوير اشياي دور ممكن است به دلايل ناشناسي كج شوند،چون گرانش سياهچاله نور را به طرف خود مي كشد؛ اين درون سياهچاله اتفاق مي افتد.هنگامي كه شما از پيرامون سياهچاله عبور مي كنيد تصوير اشياء خارجي را مي بينيد،زيرا نور اشياءخارجي هنوز به شما مي رسد.هيچ كس از بيرون نمي تواند شما را ببيند،زيرا نور پراكنده از شما نمي تواند از گرانش سياهچاله بگريزد.

اين سفر شما چقدر طول مي كشد؟ بستگي دارد كه از كجا (چقدر دورتر)شروع كرده باشيد.

فرض كنيد در حال سكون از جايي شروع كنيد كه ده برابر شعاع سياهچاله باشد.پس براي سياهچاله اي كه ميليون برابر خورشيد جرم دارد ،حدود هشت دقيقه طول مي كشد تا به آنجا برسيد.بعد از آنكه اين فاصله را پيموديد،فقط هفت ثانيه طول مي كشد كه شما با نقطه تكين برخورد كنيد.اين زمان بستگي به اندازه سياهچاله دارد .بنا بر اين اگر در سياهچاله كوچكتري بيفتيد زمان مرگ شما زود تر فرا مي رسد.بعد از آنكه از افق سياهچاله عبور كرديد در هفت ثانيه باقيمانده ممكن است وحشت كنيدو نا اميدانه تمام تلاش خود را بكنيد و موشك خود را روشن كنيد تا از اين نقطه تكين دور شويد.متا سفانه،بي فايده است چون نقطه تكين جلوي شما قرار دارد و هيچ راهي براي دور شدن از آن وجود ندارد.در حقيقت به سختي مي توانيد موشكتان را روشن كنيد و به زودي با نقطه تكين برخورد مي كنيد.تجربه خوبي است به شرطي كه برگرديد و از ادامه مسافرت لذت ببريد.

منبع :parash.persianblog.com

دوست عزيز من هم ورودتون رو تبريك مي گم ... از اين به بعد برو به همون تايپيكي كه Renjer Babi جان معرفي كردن ...

اما در مورد مقاله من بين آرشيو هام فقط همين رو دارم اما برات تو اينترن مي گردم و پيدا مي كنم و مي زارم ...




هاوكينگ شرط‌‌بندي سياه‌چاله را واگذار كرد
منبع: نيوساينتيست

مترجم: برزويه سلطان

سياه‌چاله‌ها اطلاعات چيزهايي را كه درونشان سقوط مي‌كنند، معدوم نمي‌كنند، در عوض اطلاعات را خرد مي‌كنند. استفان هاوكينگ مي‌گويد 30 سال درباره تئوري سياه‌چاله‌ها در اشتباه بوده ‌است.

اين فيزيكدان مجبور شد شرطي را كه در 1997 با فيزيكدان آمريكايي «جان پرسكيل» بسته بود با پرده‌برداري از تئوري جديد خود در روز چهارشنبه گذشته واگذار كند. پرسكيل درباره تئوري هاوكينگ كه سياه‌چاله‌ها هر چيزي را كه درونشان سقوط كند، نابود مي‌كنند، مطمئن نبود. حالا هاوكينگ مي‌گويد كه اطلاعات مي‌توانند از آنها فرار كنند. او تئوري جديد خود را برابر جمع حاضر در تالار كنفرانسي در دوبلين ايرلند فاش ساخت.

«مي‌خواهم به اطلاع برسانم كه فكر مي‌كنم مشكل بزرگي را در فيزيك نظري حل كردم.» هاوكينگ اين را در حالي كه راه حل پارادوكس سياه‌چاله‌ها را توضيح مي‌داد، اعلام كرد.

اين پارادوكس از كار خود هاوكينگ سرچشمه مي‌گيرد. در 1970 او اثبات كرد كه سياه‌چاله‌ها با ساطع كردن پرتو، جرم خود را از دست مي‌دهند و در نهايت كاملا تبخير مي‌شوند.

علمي - تخيلي

اما اين با قوانين فيزيك كوانتوم تناقض داشت كه حالات كوانتومي جسمي كه به داخل سياه‌چاله‌ سقوط مي‌كند، نمي‌تواند به طور كامل از بين برود. هاوكينگ پيش از اين، استدلال آورده بود كه ميدان‌هاي گرانشي شديد درون سياه‌چاله‌ مي‌تواند قوانين فيزيك كوانتوم را از هم بپاشد، شايد اطلاعات را به جهان‌هاي ديگر پرتاب مي‌كنند. حالا او فكر مي‌كند كه اطلاعات به سادگي دوباره به جهان خودمان رخنه مي‌كنند.

او منظورش را اين طور توضيح مي‌دهد: «من متأسفم كه هواداران علمي-تخيلي را مأيوس مي‌كنم، اما اگر اطلاعات حفظ بشوند، هيچ احتمال ديگري براي سفر به ساير جهان‌ها از طريق سياه‌چاله‌ها باقي نمي‌ماند. اگر شما به داخل يك سياه‌چاله‌ بپريد، انرژي جرم شما به جهان برمي‌گردد، اما در حالتي از هم پاشيده، كه شامل اطلاعاتي از آنچه كه بوديد در بر دارد، اما در حالتي غيرقابل تشخيص.»

اگر نتيجه بگيريم كه اطلاعات فرار مي‌كنند، ديدگاه هاوكينگ به صف ايده‌هايي خواهد پيوست كه ساير تئوريست‌ها سال‌ها است كه بر آن اصرار مي‌ورزند.

براي مثال، اگر سياه‌چاله‌ بر طبق تئوري ريسمان - كه در آن جهان از ريسمان‌هاي بسيار ريز و مرتعش به جاي ذرات تشكيل شده - قالب بندي شود، استدلال‌هاي قانع كننده بسيار زيبايي وجود دارد كه مي‌گويد اطلاعات مي‌توانند بيرون بيايند.

انتخاب كريكت

« ما با بكار بردن ابزار مشابه، نتايج مشابهي مي‌گيريم. » - پولچينسكي

هاوكينگ با در نظر گرفتن آن چه براي سياه‌چاله‌ها در هر شكل و اندازه‌اي اتفاق مي‌افتد، با صرف وقت بسيار به اين نتايج رسيد. او نشان داد كه مقدار اطلاعات در پايان با مقدار اطلاعات در ابتدا برابر مي‌باشد. اما چيزي راجع به اتفاقاتي كه در آن ميان براي آنها مي‌افتد نگفت.

هاوكينگ هم چنين نتوانست «كيپ تورن»، فيزيكداني از انستيتو تكنولوژي كاليفورنيا و شريك شرط‌بندي خود را كاملاً متقاعد كند كه پارادوكس را حل كرده ‌است.

اما هاوكينگ آماده بود تا شرطي را كه او و تورن با پرسكيل بسته بودند را واگذار كند. هاوكينگ اظهار نمود: «جان يك آمريكايي تمام عيار است، پس ذاتاً يك فرهنگ جامع بيس‌بال از من خواست. من مشكل بزرگي براي پيدا كردن آن در اين‌جا داشتم، در نتيجه به عنوان يك انتخاب، يك دايرة‌المعارف كريكت به او پيشنهاد دادم، اما جان هرگز برتري كريكت را قبول نمي‌كند!»

منبع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

اين هم هست كه همين الان تو سايت هوپا گرفتم :






چرا نظر استيون هاوكينگ تغيير كرد؟
حسين جوادي

اگر ما به روند تكامل نظريه ي سياه چاله ها از سال 1915 كه اينشتين نظريه نسبيت را ارائه كرد تا سال 2004 كه هاوكينگ نظر خود را تغيير داد توجه كنيم به نكات و سئوالات جالبي برخورد مي كنيم.

هاوكينگ نظر خود را در سال 2004 تغيير داد و اظهار داشت برخي اطلاعات از سياه چاله ها خارج مي شوند. وي سي سال قبل از آن تاكيد كرده بود كه اطلاعات از سياه چاله ها خارج نمي شوند. احتمالاً برخي از مردم تصور مي كنند كه نظريه ريسمانها يا نظريه نسبيت يا مكانيك كوانتوم هاوكينگ را واداشته تا نظر خود را تغيير دهد، در حاليكه چنين نيست .

حقيقت اين است كه نظريه دو بيگ بنگ الهام بخش هاوكينگ بود تا نظر خود را تغيير دهد.

دكتر راج بالدويز Dr. Raj Baldev فرضيه خود را در سال 2003 تحت عنوان " دو بيگ بنگ جهان را آفريد" منتشر كرد و هاوگينگ ده ماه بعد نظر خود را در مورد سياه چاله ها تغيير داد.

دكتر راج بلادو كيهان شناس هندي توضيح مي دهد كه در سال 1915 اينشتين به تشريح اين موضوع پرداخت كه ماده و انرژي فضا را انحنا مي دهند و يك سال بعد شوارتس شيلد نظريه سياه چاله ها را با استفاده از معادلات اينشتين بسط داد. در سال 1965 راجر پنروز نظريه جديدي مطرح كرد كه طبق آن يك نقطه از فضا مي تواند داراي چگالي بينهايت شود.

در سال 1967 جان ويلر به تجزيه و تحليل اين موضوع پرداخت كه چگونه يك ستاره به يك نقطه تكينگي فرو ميريزد. درست دو سال بعد پنروز يك نظر جديد مطرح كرد كه طبق آن تكينگي در وراي افق حادثه مخفي مي شود.

توصيح- افق حادثه مرز بين سياه چاله و اطراف قابل رويت آن است.

در سال 1973 هاوكينگ و ژاكوب بكنشتين به طراحي يك انتروپي پرداختند كه يك نمونه اندازه گيري اطلاعات درون سياه چاله است. دو سال بعد هاوكينگ اظهار داشت كوانتوم مكانيك چنين پيش گويي مي كند كه انرژي از داخل سياه چاله مي گريزد كه به تابش هاوكينگ معروف است.

نكته مهم در نظريه قبلي هاوكينگ به اين مهم بر مي گشت كه براساس مدل وي سياهچاله نوعي تابش كه به نام تابش هاوكينگ معروف شده است را از خود بروز مي دهد اما تمامي اطلاعاتي كه اين تابش ممكن است به همراه خود از درون سياه چاله به بيرون بياورد، براثر خواص بنيادي سياه چاله ها نابود مي شود. اين مسله با اصول مكانيك كوانتومي در تناقض آشكار بود.

در سال 1996 آندريو استرومينگر و كامران وفا با استفاده از نظريه ريسمانها به محاسبه 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.

دكتر راج بلادو مي گويد :

من در نظريه " دو بيگ بنگ جهان را آفريد" يك فرمول براي سياه چاله ها دادم كه گامهاي بسيار بالاتري از تمام پيشگويي هاي فيزيكدانان و كيهان شناسان برداشته است. يك منظر جالب در نظريه سياه چاله ها حاوي يكي از رموز بزرگ آفرينش است. در يك طرف ميدان قوي گرانش همه چيز را مي بلعد و در طرف ديگر مسئول توليد و آفرينش ساير اجسام نظير منظومه ي شمسي هستند. نقطه ي آغاز تغذيه گازهاي سبك از جمله هيدروژن و اكسيژن است .

دكتر راج بلادو چنين ادامه مي دهد :

ممكن است من اشتباه كنم، اما هيچ نظريه اي نمي تواند مانند نظريه دو بيگ بنگ به توضيح اين پديده بپردازد. تمام اطلاعات در مورد سياه چاله ها كه توسط دانشمندان و كيهان شناسان مختلف داده مي شود، جواب ويژه اي ندارد، اما نظريه دو بيگ بنگ داراي جواب ويژه است.

بنابر ادعاي دكتر راج بالادو هيچ كس در جهان ادعا نمي كند كه تنها سياه چاله ها به تخريب ماده ودر عين حال به توليد سلير اجسام نظير منظومه شمسي مي پردازند و ستاره ها و سيارات را شكل مي دهند. اما نظريه دو بيگ بنگ نشان مي دهد كه سياه چاله ها نه تنها ماده را تخريب مي كنند، بلكه به توليد ستاره ها مي پردازند.

دكتر راج بلادو ادعا مي كند :

اينجا احتمال زيادي وجود دارد كه هاوكينگ از نظريه دو بيگ بنگ الهام گرفته باشد.

اين بحثي است كه دكتر راج بلادو مطرح كرده است. اما نظريه سي. پي. اچ. نه تنها نحوه ي پيدايش سياه چاله ها را نشان مي دهد، بلكه ميزان رشد، نحوه ي فرار اطلاعات از سياه چاله، بلعيدن گرانش توسط سياه چاله و سرانجام پييدايش سياه چاله هاي مطلق كه حتي آثار گرانشي بروز نمي دهند و سرانجام علت انفجار آنها را توضيح مي دهد.


منبع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

جزیه و تحلیل ژرف ترین تصویر تلسکوپ فضایی هابل از کیهان نشان داده است که سیاه چاله های غول پیکر که در مرکز کهکشان ها یافت می شوند، از ابتدا با این اندازه متولد نشده و به دنبال ترکیب کهکشان ها با یکدیگر، رشد کرده و به این اندازه رسیده اند.
راجیر ویندهورست، از دانشگاه ایالتی آریزونا و عضو یکی از دو گروه انجام دهنده این تحقیق، می گوید؛ «با بررسی کهکشان های دوردست در «تصویر فرا ژرف هابل» (hudf)، نخستین مدارک در مورد ارتباط بین رشد سیاه چاله های بسیار پرجرم و ترکیب کهکشان ها به دست آمده است. سیاه چاله ها از طریق جذب و بلعیدن ستارگان، غبار و گاز رشد می کنند.
هنگامی که دو کهکشان با یکدیگر ترکیب می شوند این نوع اجرام بیشتر در دسترس سیاه چاله های مرکزی قرار می گیرند. دو تیم تحقیق کننده روی این موضوع نتایج کار خود را در کنفرانس خبری در دهم ژانویه که در دویست وهفتمین جلسه انجمن نجوم آمریکا در شهر واشنگتن برگزار شد، اعلام کردند.
سیاه چاله جسمی بسیار پرجرم است که به دلیل جرم بالای خود و چگالی بسیار زیاد آن تمایل به بلعیدن تمام اجرام موجود در اطراف خود را دارد. بر اساس یک نظریه، در مرکز کهکشان ها ابرسیاه چاله هایی وجود دارند که باعث می شوند تا کهکشان به شکل منسجم در بیاید و به دور سیاه چاله بچرخد. بررسی های جدید نشان می دهند که این ابرسیاه چاله ها بر اثر ترکیب دو کهکشان و بلعیدن مقدار بیشتری ماده، بزرگ تر می شوند و رشد می کنند. به این عمل «تغذیه سیاه چاله» می گویند.
مطالعات انجام شده در «تصویر فراژرف هابل»،پیش بینی های شبیه سازی های کامپیوتری را تایید می کند. در این مدل ها، کهکشان های تازه ترکیب شده آنقدر از غبار پوشیده شده اند که منجمان جذب و بلعیده شدن جرم های بسیار بزرگ توسط سیاه چاله مرکزی را نمی بینند. پس از وقوع این ترکیب های کهکشانی، صدها میلیون تا یک میلیارد سال طول می کشد تا غبار ایجاد شده در اطراف کهکشان ترکیبی پاک شود و منجمان تغذیه سیاه چاله مرکزی توسط ستارگان و گازها را مشاهده کنند. یکی از علائم وقوع این تغذیه، تغییر روشنایی این کهکشان ها در طول زمان است.
دو تیم «تصویر فرا ژرف هابل» معتقدند که در تحول کهکشان ها دو بخش کاملا جدا وجود دارد؛ بخش اول یا مرحله نوزادی که نمایانگر کهکشان هایی است که تازه به هم پیوسته اند و غبار موجود در اطراف آنها مانع از دیده شدن سیاه چاله مرکزی می شود و بخش دوم مرحله تغییرات نوری است که در آن کهکشان ترکیبی آنقدر از غبار پاک شده است که مواد در حال بلعیده شدن در اطراف سیاه چاله اصلی قابل رویت هستند.
«ویندهورست» توضیح می دهد؛ «تفاوت واضح بین این دو بخش بسیار تعجب آور است چون معمولا عقیده بر این است که ترکیب کهکشان ها و فعالیت سیاه چاله های مرکزی ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. در اطراف کهکشان ما اکثرا کهکشان های بالغ موجودند که برای درک چگونگی شکل گیری آنها، باید جوانی و نوزادی آنها را بررسی کرد. ما به وسیله «تصویر فرا ژرف هابل» تصاویری از کهکشان های اولیه به دست می آوریم که به ما کمک می کند تا کهکشان های جوان را بررسی کنیم».
ارتباط بین رشد کهکشان ها در جریان ترکیب آنها و تغذیه سیاه چاله های مرکزی مدت ها مورد بررسی بوده است، اما نتایج، سال ها بی فایده بوده اند. «ست کوهن» از دانشگاه آریزونا و سرپرست یکی از دو تیم می گوید؛ «زمینه ژرف هابل اطلاعاتی با کیفیت بالا فراهم کرده و این نخستین اطلاعاتی است که به وسیله آن، این نظریه آزمایش شده است. ما در این پژوهش روی ۵۰۰۰ کهکشان دوردست در مدت ۴ ماه مطالعه کرده ایم».
شواهد تصویر فرا ژرف هابل توجه منجمان را به ارتباط بین رشد سیاه چاله های غول آسا و رشد کهکشان ها جلب کرده است. تیمی به سرپرستی «آمبرا استرا» از دانشگاه ایالتی آریزونا، تصویر فرا ژرف هابل را برای یافتن کهکشان های نوزاد جست وجو کردند. این دسته از کهکشان ها به خاطر وجود گره ها و دم هایی که بر اثر ترکیب کهکشان ها ایجاد شده است به این نام معروف اند.
این قسمت ها (گره و دم) هنگامی پدیدار می شوند که کهکشان ها اثر گرانشی خود بر ستارگان را از دست داده و تعدادی از آنها را در فضا رها می کنند. این تیم در حدود ۱۶۵ کهکشان نوزاد یافت که ۶ درصد کل تعداد این کهکشان ها را تشکیل می دهد. «استران» می گوید؛ «این کهکشان های نوزاد هیچ گونه تغییر در روشنایی از خود نشان نمی دادند. هنگامی که تغییرات روشنایی پدیدار شود، نور از موادی که در اطراف سیاه چاله موجودند تابش می شود.
این مواد قبل از بلعیده شدن گرم شده و شروع به تابش می کنند. هرچه این مواد به سیاه چاله نزدیک تر می شوند، روشنایی آنها به سرعت تغییر می کند. این مطالعه روی کهکشان های نوزاد بیان می کند که سیاه چاله ها در کهکشان های ترکیبی از غبار پوشیده شده اند و در نتیجه مشاهده ماده بلعیده شده برای ما غیر ممکن است.»
تیم «کوهن» در مورد روشنایی ۴۶۰۰ جرم در تصویر فرا ژرف هابل مطالعه کرده اند. این تیم در مورد ۴۵ جرم که یک درصد کهکشان های کم نور مطالعه شده را تشکیل می دهند، تغییرات قابل ملاحظه ای در روشنایی را ثبت کردند. این واقعیت نشان می دهد که کهکشان ها احتمالا شامل سیاه چاله های بسیار پرجرمی هستند که از ستارگان و گازها تغذیه می کنند.
«ویندهورست» می گوید؛ «مدت تغذیه یک سیاه چاله معمولی در حدود چند میلیون سال است. این همانند آن است که این سیاه چاله ۱۵ دقیقه در روز را به تغذیه و بلعیدن اجرام نزدیک خود اختصاص دهد». تجزیه و تحلیل زمینه ژرف هابل نیز مطالعات قبلی تلسکوپ فضایی هابل روی سیاه چاله های غول پیکر در مرکز کهکشان های نزدیک را تقویت می کند.
این مطالعات نشان داده بودند که ارتباط نزدیکی بین جرم حباب مرکزی و جرم سیاه چاله مرکزی در کهکشان ها برقرار است. کهکشان ها از سیاه چاله های مرکزی با جرمی در حدود چند میلیون تا چند میلیارد جرم خورشید تشکیل شده اند.

آموزش مطالب پایه در مورد سیاهچاله ها...
مقاله اي الكترونيكي در مورد سياهچاله ها كه براي دريافت آن مي توانيد از لينك زير استفاده كنيد

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

اين مطلب ماله ساله 1383 است:(به خاطر قديمي بودن معذرت)

حل معماى سياهچاله ها

يكى از مشهورترين نظريه هاى فضايى عصر حاضر داير بر اينكه هيچ چيزى قادر به فرار از سياهچاله ها نيست توسط خالق اين نظريه نقض شده است.

استفان هاكينگ، فيزيكدان مشهور و استاد دانشگاه كمبريج مى گويد نظريه مشهور او درباره سياهچاله ها تاكنون اشتباه بوده است.وى در كنفرانسى با موضوع جاذبه در دابلين گفت كه او در نظريه اش، داير بر اينكه هرچه كه به درون سياهچاله ها (black holes) سقوط كند نابود مى شود، تجديدنظر كرده است.او اكنون به اين نتيجه رسيده است كه سياهچاله ها ممكن است به «اطلاعات» اجازه فرار دهند.تحقيقات تازه او حتى ممكن است به حل «پارادوكس اطلاعات سياهچاله ها» كه يكى از معماهاى مهم فيزيك نوين است كمك كند.او در هفدهمين «كنفرانس بين المللى نسبيت عام و جاذبه» در سالنى آكنده از مخاطبان نظريه تازه خود را در مقاله اى تحت عنوان «پارادوكس اطلاعات براى سياهچاله ها» ارائه كرد.

او كه از مدت ها قبل فلج شده است از طريق دستگاه سخن ساز رايانه اى تكلم مى كرد.به اين ترتيب او نظريه سال ۱۹۷۵ خود را كه حيرت انگيزترين پيشرفت علمى در زمينه مطالعه سياهچاله ها تلقى مى شود اصلاح كرده است.سياهچاله شى اى فضايى است كه اگر چيزى وارد آن شود امكان فرار از آن نخواهد داشت. مرز سياهچاله «افق رويداد» خوانده مى شود. سياهچاله گاه در اثر فروپاشى ستارگان عظيم به درون خود شكل مى گيرد و گفته مى شود حتى نور قادر به فرار از آن نيست.

اما اكنون هاكينگ به اين باور رسيده است كه سفر به سياهچاله ممكن است. چنانكه تاكنون تصور مى شد سفرى يك طرفه نباشد.گرى گيبونز، فيزيكدان و استاد دانشگاه كمبريج گفت كه براساس تعريف تازه هاكينگ، افق رويداد سياهچاله ها از مرز مشخصى كه كليه محتويات درونى سياهچاله را از جهان بيرون مجزا كند برخوردار نيست.

گيبونز گفت: «تصور مى شد زمانى كه چيزى به داخل سياهچاله سقوط كرد براى هميشه گم و ناپديد شده است و تنها اطلاعاتى كه درباره سياهچاله باقى مى ماند، جرم و سرعت چرخش آن است.»اما اين فرض با قوانين فيزيك كوانتوم كه رفتار جهان را در كوچك ترين ابعاد (اجزاى اتم) توضيح مى دهد متغاير است. اين قوانين حكم مى كند كه اطلاعات نمى تواند براى هميشه از دست برود و نابود شود.اينكه اطلاعات از دست مى رود يا نه، داراى پيامدهاى مهم علمى و فلسفى است.

پروفسور گيبونز گفت: «خيلى ها مى خواستند باور كنند كه اطلاعات مى تواند از سياهچاله ها فرار كند، اما نمى دانستند فرار آن چگونه ممكن است.»استفان هاكينگ براى ساليان دراز استدلال مى كرد كه ميدان جاذبه شديد سياهچاله ها قوانين كوانتوم را به نوعى وارونه مى سازد. او اكنون اين انديشه را كنار گذاشته است.تعريف تازه پروفسور هاكينگ حاكى است كه سياهچاله ها هرگز به طور كامل چيزهايى را كه به داخل آنها مى افتند نابود نمى كنند و اين اجرام تا مدت هاى طويل به ساطع كردن تشعشعات به جهان بيرون ادامه مى دهند و در نهايت سر مى گشايند و اطلاعات درون آنها آشكار مى شود.او گفت: «من براى ۳۰ سال به اين مسئله فكر كرده ام ولى حالا جواب آن را دارم.»جزئيات مطالعه تازه هاكينگ ماه آينده منتشر خواهد شد.

مطلبي در مورد يكي از جديد ترين مقاله هاي "هانريش پاس" پيدا كردم كه به روش جديد احتمالي سفر در زمان مي پردازه. به نظرم خيلي جالب اومد. با اجازه ي اساتيد فيزيك اينجا [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ، تو چند تا پست براتون ميذارم. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

شايد سفر زمانى بسيار راحت تر از آن باشد كه تصور مى كنيم

احتمالاً عنوان جديدترين مقاله علمى «هانريش پاس» ( Pas.H) براى شما بيش از حد عجيب و غريب و نامفهوم به نظر برسد: «منحنى هاى زمان گونه بسته در جهان هاى پوسته اى خميده غيرمتقارن» ! اما براى آنهايى كه به فيزيك نظرى مسلط هستند اين مقاله از يك حقيقت شگفت انگيز پرده بردارى مى كند. براساس اين مقاله، ساخت ماشين زمان، بسيار راحت تر و دردسترس تر از آن چيزى است كه تاكنون تصور مى شد. پس ديگر كند و كاو طاقت فرسا در جهان براى يافتن سياه چاله هاى چرخان يا كرم چاله هاى عجيب و غريب را ( كه تا پيش از اين به نظر مى رسيد كه تنها راه هاى سفر در زمان باشند) فراموش كنيد. براساس نظر «پاس» و همكارانش در دانشگاه هاوايى، در سفر در زمان، همواره و در همه جا در جهان بر روى ما گشوده است. نكته جالب تر اينكه برخلاف اغلب سناريوهاى قبلى، صحت اين ايده را مى توان همين جا بر روى زمين هم به معرض آزمون گذاشت. «بيل لوئيز» (Louis.B) كه فيزيكدانى از آزمايشگاه ملى لس آلاموس در نيومكزيكو و يكى از مسئولان ارشد آزمايش معروف باريكه نوترينوى MiniBoone در آزمايشگاه شتاب دهنده فرمى است دراين باره مى گويد: «به نظر من ايده اى كه «پاس» ارائه كرده، ايده اى بسيار شگفت انگيز و فوق العاده است. اما هم اكنون مسئله مهم،نشاندادنصحتاينايدهاست.»
البته فيزيكدانانى نظير «لوئيز» حق دارند كه كمى محتاط باشند. در واقع بايد گفت كه هرچند هيچ يك از قوانين طبيعت امكان سفر در زمان را عملاً رد نمى كنند، اما فيزيكدان ها از ديرباز با اين مسئله ميانه چندان خوشى نداشته اند، چرا كه سفر در زمان مى تواند فرض پذيرفته شده تقدم علت بر معلول را زير سئوال ببرد. از طرفى نقض قانون موجبيت مى تواند اوضاع جهان را به هم بريزد.به عنوان مثال شما مى توانيد به گذشته سفر كرده و از تولد خودتان جلوگيرى كنيد.

وجود چنين تناقض نماهايى منجر به ارائه حدسى از سوى «استفن هاوكينگ» شد كه اصطلاحاً «حدس حفاظت از تاريخ» ناميده مى شود. براساس اين حدس بايد اصولى در فيزيك (كه هنوز كشف نشده اند) وجود داشته باشند كه از امكان وقوع سفر در زمان جلوگيرى كنند. تا همين سه سال پيش هيچ كس نتوانسته بود جزئيات چنين اصولى را ترسيم كند تا اينكه در سال ۲۰۰۳ گروهى از محققان كه بر روى نظريه ريسمان ها (كه بهترين گزينه براى رسيدن به نظريه اى واحد در فيزيك است) كار مى كردند، مدعى شدند كه براساس اين نظريه، ساز و كارهايى وجود دارند كه مى توانند از سفر در زمان جلوگيرى كنند.
تا به اينجا ظاهراً همه چيز درست بود. اما حتماً مى دانيد كه فيزيكدان ها در قانع نشدن به يك جواب، شهره خاص و عام هستند. اين گونه بود كه «پاس» و دو نفر از همكارانش به نام هاى «سنديپ پاكواسا» (Pakvasa.S) از دانشگاه هاوايى و «توماس ويلر» (Weiler.T) از دانشگاه وندربيلت در تنسى شروع به تجزيه و تحليل مجدد نظريه ريسمان ها كردند. اين نظريه، اجزاى بنيادين جهان را نه به صورت ذرات نقطه اى بلكه به شكل ريسمان هاى مرتعش انرژى مى داند. در اين نظريه، ارتعاش سريع تر اين ريسمان ها معادل جرم بيشتر ذرات است.
اين ريسمان هاى مرتعش مى توانند نحوه هزاران نوع برهم كنش مابين تمامى ذرات بنيادى نظير كوارك ها و الكترون ها را توضيح دهند. اما نكته اى اساسى در مورد اين نظريه وجود دارد: اين نظريه تنها زمانى جواب مى دهد كه اين ريسمان هاى انرژى به جاى چهار بعد معمول، در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى در حال ارتعاش باشند. در واقع براساس نظريه ريسمان ها، اين ابعاد اضافى يا فوق العاده كوچك هستند، به طورى كه تاكنون متوجه حضور آنها نشده ايم و يا بسيار بزرگ و به گونه اى خميده هستند كه باز هم تا به حال از ديد ما پنهان مانده اند.
بنابر نظريه ريسمان ها، جهان ما در واقع پوسته اى چهار بعدى است كه در يك فضا- زمان ۱۰بعدى شناور است. اما از آنجايى كه تمامى ذرات و نيروهاى جهان ما مقيد به پوسته چهار بعدى اين جهان هستند و امكان خروج از آن را ندارند، بنابراين ما نيز تاكنون از وجود ابعاد بالاتر خارج از جهان خود (يعنى همين چهار بعدى كه تجربه هاى ما محدود به آن است) هيچ اطلاعى نداشتيم. «پاس» در اين باره مى گويد: «اگر واقعاً چنين باشد پس امكان ميان بر زدن از ميان اين ابعاد بالاتر نيز وجود خواهد داشت و همين مسيرهاى ميان بر است كه سفر در زمان را ممكن مى سازد.»
تجسم چنين ميان برهايى كار چندان دشوارى نيست. فرض كنيد كه پوسته چهار بعدى جهان ما كه در بعد بالاتر (بعد پنجم) جاى گرفته همانند كاغذى باشد كه از وسط تا شده و دو انتهاى آن بر روى همديگر قرار گرفته است. در اين صورت مى توان از نقطه اى واقع بر پوسته جهان، آن را ترك كرده و وارد بعد بالاتر شد و پس از پيمودن مسيرى كوتاه در بعد پنجم دوباره و در نقطه اى ديگر در مقابل آن به جهان بازگشت. جالب اينجاست كه اگر اين صفحه خم شده (يعنى جهان ما) صفحه اى بسيار بزرگ باشد، در اين صورت براى پيمودن همين مسير از روى خود صفحه (يعنى از درون جهان) مى بايست فاصله اى بسيار طولانى را طى مى كرديم اما با خروج از پوسته جهان و عبور از ميان ابعاد بالاتر عملاً ميان برخواهيم زد.
اما مسئله اى در ارتباط با تصويرى كه ارائه شد وجود دارد. اگرچه اساساً مى توان جهانى را تصور كرد كه بتوان از يك سوى آن به سوى ديگر ميان بر زد اما مسئله آن است كه جهان ما نمى تواند مشابه چنين جهانى باشد. علت اين امر آن است كه فضا- زمان چنين جهانى به شدت خميده بوده و نتيجتاً با نظريه نسبيت خاص اينشتين (كه هندسه فضا را تخت يا اقليدسى مى داند) ناسازگار خواهد بود. از آنجايى كه آزمون هاى تجربى متعددى تاكنون صحت پيش بينى هاى نسبيت خاص را در حوزه محلى موقعيت ما در جهان تا دقتى بالاتر از يك به يك ميليون تاييد كرده اند، بنابراين بسيار بعيد است كه پوسته چهاربعدى جهان ما همانند يك كاغذ تاشده باشد.
بنابراين پاس، پاكواسا و ويلر از فرض ديگرى استفاده كردند. آنها فضا- زمانى را در نظر گرفتند كه در آن، جهان ما يك پوسته چهاربعدى تخت بوده اما اين پوسته تخت، در ابعاد بالاترى شناور است كه به شدت خميده هستند. از آنجايى كه در اين تصوير، جهان ما تخت است بنابراين نسبيت خاص همچنان در آن معتبر خواهد بود. اما ميزان انحناى ابعاد بالاتر خارج از جهان ما به حدى است كه نسبيت خاص در آن ابعاد ديگر اعتبار خود را از دست خواهد داد. اين امر بدان معناست كه هر چيزى كه بتواند از ابعاد جهان ما خارج شده و وارد بعد پنجم شود قادر خواهد بود يكى از بنيادى ترين اصول نسبيت خاص را زير پا بگذارد: چنين چيزى قادر است با سرعتى فراتر از سرعت نور حركت كند.
اين امر، نتايج خارق العاده اى را براى ساكنان پوسته جهان ما در بر خواهد داشت. در نظر اشخاصى كه در اين جهان زندگى مى كنند، هر چيزى كه مسيرى ميان بر را از ميان ابعاد بالاتر هستى طى كند، ناگهان از نقطه اى از جهان ما غيب شده و در نقطه اى ديگر در جهان ظاهر مى شود. در نظر برخى از ساكنان جهان، هويت مزبور فاصله مابين اين دو نقطه را حتى سريع تر از نور طى خواهد كرد. اما شگفت انگيزتر آن كه در نظر برخى ديگر، آن چيز حتى در زمان سفر كرده و به گذشته باز خواهد گشت. علت اين امر آن است كه براساس نظريه نسبيت خاص، در برخى از چارچوب هاى مرجع، حركت سريع تر از نور معادل سفر در زمان و بازگشت به گذشته است. «پاس» در اين باره مى گويد: «چنين مسيرهاى ميان برى كه از ابعاد بالاتر هستى در خارج از جهان ما عبور مى كنند اصطلاحاً «منحنى هاى زمان گونه بسته» ناميده مى شوند. يافتن چنين مسيرهايى در واقع معادل دستيابى به رمز ماشين زمان است.»
------------------
از وبسايت خواندني "فيزيك، سلوك در ژرفاي گيتي"

• خروج از رويه
اما اين ايده سفر در زمان نيازمند حل يك مشكل است و آن يافتن راهى است براى خروج از جهان ما و ورود به ابعاد بالاتر هستى. اما انجام چنين كارى چگونه ميسر خواهد بود؟ خوشبختانه نظريه ريسمان ها راهى را براى اين كار در پيش روى ما قرار مى دهد. براساس اين نظريه تقريباً تمامى ريسمان هاى نمايانگر ذرات بنيادى جهان ما ريسمان هايى باز هستند و دو انتهاى اين ريسمان ها همواره مقيد به پوسته جهان ماست. به همين دليل هم اين ذرات هيچ گاه نخواهند توانست از جهان ما خارج شده و با ورود به بعد پنجم، مسير ميان برى را در فضا- زمان بپيمايند. اما در اين ميان دو استثناى مهم نيز وجود دارد: يكى ذره (ريسمان) حامل نيروى گرانش به نام گراويتون و ديگرى نوع چهارمى از نوترينو كه در برابر سه نوع معمول آن اصطلاحاً نوترينوى خنثى ناميده مى شود (منظور از نوترينوى خنثى، خنثى بودن آن به لحاظ الكتريكى نيست چراكه نوترينوهاى معمولى نيز همگى فاقد بار الكتريكى بوده و هيچ يك در برهم كنش الكترومغناطيسى شركت نمى كنند. در واقع منظور از عبارت خنثى آن است كه اين نوترينوها داراى فوق بار ضعيف صفر هستند و بنابراين حتى در برهم كنش ضعيف هم شركت نمى كنند و تنها در برهم كنش گرانشى وارد مى شوند). مطابق نظريه ريسمان، اين دو ذره برخلاف ساير ذرات، ريسمان هاى حلقوى بسته هستند. از آنجايى كه اين ريسمان هاى بسته عملاً هيچ انتهاى مشخصى ندارند كه به پوسته جهان مقيد باشند، بنابراين مى توانند آزادانه از جهان ما خارج شده وبه سايرابعادهستى سفركنند.
همين ويژگى گراويتون ها است كه به نظريه پردازان ريسمان كمك مى كند تا ضعيف بودن نيروى گرانش را نسبت به ساير نيروهاى بنيادى نظير الكترومغناطيس تبيين كنند. بر اين اساس، ضعيف بودن نيروى گرانش در واقع بدان علت است كه تعداد بسيارى از گراويتون هاى گسيل شده توسط ذره مبدأ پيش از آنكه فرصت رسيدن به ذره مقصد را پيدا كنند از جهان ما خارج خواهند شد و به ابعاد بالاتر درز مى كنند. اما شگفت انگيزتر آنكه خروج اين ذرات از ابعاد جهان ما و ميان بر زدن آنها از ميان ابعاد بالاتر هستى بدان معنا است كه گراويتون ها و نوترينوهاى خنثى اساساً توانايى سفر در زمان را دارند. بنابراين «پاس» معتقد است كه به كمك اين ذرات مى توان امكان سفر در زمان را به طور تجربى به محك آزمون گذاشت.
اما چنين كارى چندان آسان نخواهد بود چراكه هيچ كس تاكنون موفق به دام اندازى يك گراويتون يا نوترينوى خنثى نشده است، زيرا آشكارسازى اين ذرات بسيار نامحتمل و دشوار است. در هر ثانيه هزاران ميليارد نوترينوى معمولى از بدن ما مى گذرند، اما ما متوجه عبور هيچ يك از آنها نمى شويم چراكه اين ذرات، بسيار به ندرت با الكترون ها و اتم ها برهم كنش انجام مى دهند. اما احتمال برهم كنش نوترينوهاى خنثى با ماده حتى از نوترينوهاى معمولى هم كم تر است چراكه نوترينوهاى خنثى تنها از طريق برهم كنش فوق العاده ضعيف گرانشى و نيز تبادل بوزون هيگز با ماده برهم كنش دارند. (بوزون هيگز، ذره اى است كه هنوز به طور تجربى كشف نشده است. جرم هريك از ذرات بنيادى درواقع ماحصل برهم كنش آنهابااين ذره است.)
با همه اين احوال «پاس» و همكارانش معتقدند كه براساس مكانيك كوانتومى راهى براى اين مسئله وجود دارد. قوانين فيزيك كوانتومى حاكى از آن است كه نوترينوها مى توانند از نوعى به نوع ديگر تبديل شوند. آزمايش هاى انجام شده در ژاپن و ايالات متحده نيز كه براى آشكارسازى نوترينوهاى خورشيدى و نيز نوترينوهاى حاصل از ساير منابع اخترفيزيكى طراحى شده اند، به طور تجربى موفق به تاييد امكان تبديل نوترينوها از نوعى به نوع ديگر شده اند. همين مسئله در مورد نوترينوهاى خنثى هم صادق است به گونه اى كه اين نوترينوها نيز مى توانند به نوترينوهاى معمولى (كه با سهولت بسيار بيشترى قابل آشكارسازى هستند) تبديل شوند و بالعكس. نكته حائز اهميت آنكه احتمال اين تبديل، به تناسب چگالى محيطى كه نوترينوها در حال عبور از آن هستند، افزايش مى يابد.
همين نكته بود كه سبب شد تا «پاس» و همكارانش پيشنهاد انجام آزمايشى را ارائه دهند كه خواهد توانست امكان سفر در زمان را به طور تجربى نشان دهد. در اين آزمايش، باريكه اى از نوترينوهاى معمولى از يك مركز تحقيقاتى واقع در قطب جنوب به سوى آشكارسازى در روى خط استوا ارسال خواهد شد. در هنگام عبور باريكه از ميان كره زمين، بخشى از نوترينوها به نوترينوهاى خنثى بدل خواهند شد. ازآنجايى كه اين نوع نوترينوها قادرند از ميان ابعاد بالاتر فراسوى جهان ما ميان بر بزنند بنابراين زودتر از بقيه به آن سوى كره زمين خواهند رسيد، به گونه اى كه گويى از نور هم سريع تر حركت كرده اند. اما همين كه اين نوترينوها از آن سوى زمين خارج شده و وارد اتمسفر شوند، دوباره تغيير نوع داده و به نوترينوهاى معمولى (كه قابل آشكارسازى هستند) بدل خواهند شد. اما با توجه به چرخش زمين و در كمال تعجب، اين نوترينوها (كه سريع تر از نور حركت كرده بودند) در زمانى پيش از زمان آغاز حركت خود به مقصدخواهندرسيد!
هرچند انجام چنين آزمايشى فراتر از توانمندى هاى فناورى فعلى بشر است، اما همان طور كه «پاس» هم به درستى بدان اشاره دارد، انجام اين آزمايش طى حداكثر۵۰ سال آينده ميسر خواهد شد. البته تحقق چنين آزمايشى پيش از هرچيز نيازمند صحيح بودن دو پيش فرض است. شرط اول، وجود نوترينوهاى خنثى است. اگرچه اكنون بسيارى از فيزيكدان ها معتقدند كه چنين نوترينوهايى بايد وجود داشته باشند، اما اين امر هنوز به طور تجربى تاييد نشده است. و شرط دوم آن است كه همان طور كه «پاس» فرض كرده است ما واقعاً در يك فضا- زمان خميده غيرمتقارن زندگى مى كنيم. اما چنين پيش فرضى تا چه حد قابل قبول است؟
هنگامى كه اينشتين، نظريه نسبيت عام را ارائه كرد، عملاً نشان داد كه فضا- زمان تحت چه شرايطى ممكن است خميده و يا تخت باشد. اما معادلات اينشتين چيزى درباره هندسه واقعى جهان به ما نمى گويد (بلكه صرفاً حالت هاى ممكن اين هندسه را به تصوير مى كشد). بنابراين، به عنوان مثال كيهان شناسان صرفاً با اتكا به اين معادلات نمى توانند بگويند كه آيا جهان ما تا بى نهايت ادامه دارد و يا اينكه اين جهان، جهانى خميده و بسته است. همين امر، در ماشين هاى زمان متفاوتى را بر روى فيزيكدان ها گشوده است، كه برخى قابل قبول تر از بقيه هستند.
به عنوان مثال، يكى از پاسخ هاى مشهور معادلات اينشتين كه براى نخستين بار توسط رياضيدانى به نام «كورت گودل» (Godel. K) ارائه شد، جهانى را توصيف مى كند كه با سرعت به دور خود درحال چرخش است. در چنين جهانى نور به جاى حركت در خط راست، در يك مسير مارپيچى حركت خواهدكرد. «گودل» توانست نشان دهد مسافرى كه در چنين جهانى مسيرى طولانى را در اعماق كيهان طى مى كند، قادر است حتى از نور هم پيشى گرفته و در زمانى پيش از شروع حركت خود از مبدأ، به آنجا بازگردد. به عبارتى جهان چرخنده گودل، همانند يك ماشين زمان عمل مى كند. اما مسئله همان طور كه «پاس» هم بدان اشاره مى كند، اين است كه ما واقعاً در چنين جهانى زندگى نمى كنيم.
يكى ديگر از انواع ماشين زمان را مى توان در درون سياه چاله هاى چرخان جست وجو كرد. در سياه چاله هاى چرخان، فضا- زمان آنچنان انحنا پيدا مى كند كه جاى فضا با زمان عوض مى شود. اگرچه اين نوع ماشين زمان واقعاً در جهان ما وجود دارد اما در اينجا هم مسئله آن است كه اين سياه چاله هاى چرخان عملاً خارج از دسترس ما هستند. اما پس از سياه چاله هاى چرخان، نوبت به نوع ديگرى از ماشين زمان مى رسد كه ايده آن براى اولين بار توسط فيزيكدانى به نام «فرانك تيپلر» ( F.Tipler) مطرح شد. اين نوع ماشين زمان در فضا- زمان اطراف يك جرم استوانه اى چرخان نامتناهى شكل مى گيرد، اما به عقيده «پاس» ساخت چنين ماشينى هم عملاً غيرممكن است، چرا كه نيازمند جرم استوانه اى فوق العاده عظيمى است كه با سرعتى غيرقابل باور در حال چرخش باشد.
يكى ديگر از گزينه هاى مطرح در مورد ماشين زمان، كرم چاله ها هستند. اين تونل هاى ميكروسكوپى در ساختار فضا- زمان، مى توانند يك نقطه از زمان را به نقطه اى ديگر از آن متصل كنند. اما براى عبور از ميان اين تونل ها هم يك مشكل اساسى وجود دارد: تونل كرم چاله ها در يك چشم برهم زدن پس از تشكيل، به طور خود به خود بسته مى شود.
براى باز نگاه داشتن اين تونل ها فقط يك راه وجود دارد و آن استفاده از نوعى ماده ناشناخته است. اين نوع ماده برخلاف ماده معمولى كه در حضور ميدان گرانشى جذب مى شود، بر اثر نيروى گرانش دفع خواهد شد و همين نيروى دافعه است كه مى تواند از بسته شدن دهانه كرم چاله جلوگيرى كند. اما همان طور كه «پاس» هم مى گويد، ما هنوز نمى دانيم كه چنين ماده عجيب و غريبى در جهان وجود دارد يا خير و اگر وجود داشته باشد، آيا پايدار خواهد بود يا نه.
اگرچه «پاس» اذعان مى دارد طرحى كه توسط او و همكارانش براى سفر در زمان ارائه شده نيز، نيازمند وجود ماده عجيبى است كه بتواند به بعد پنجم انحنا بدهد، اما به نظر او، به هر حال اين طرحى، قابل قبول تر از بقيه طرح هاست. علت اين امر آن است كه ماده عجيب ناشناخته در اين طرح ( برخلاف طرح كرم چاله ها) مى تواند در ميان ابعاد بالاتر خارج از جهان ما، پنهان شده باشد. بدين ترتيب طرح «پاس» مى تواند توضيح دهد كه چرا تاكنون ما با چنين مادهعجيب و غريبى درجهان مواجه نشده ايم.
البته ايده «پاس» هم مانند هر ايده ديگرى منتقدانى دارد. يكى از اين اشخاص، «سيدنى دسر» (S.Deser) از دانشگاه برانديس ماساچوست است. دسر كه ايده وجود ماده عجيب و ناشناخته را چندان نمى پسندد، همانند اينشتين معتقد است كه سفر در زمان اساساً ممكن نخواهد بود.
اما «پاس» معتقد است كه با تصويرى كه او و همكارانش از فضا- زمان ارائه داده اند، مى توان تعدادى از مسائل بى پاسخ را كه نسبيت عام با آنها مواجه است حل كرد. به عنوان مثال، برقرارى ارتباطى فراتر از سرعت نور مابين نقاط دوردست كيهان با همديگر در جهان اوليه، مى تواند به تبادل گرمايى اين نقاط با همديگر منجر شده باشد. همين امر قادر خواهد بود كه علت يكنواختى دماى جهان را كه توسط كيهان شناسان مشاهده شده است، توضيح دهد. بدين ترتيب نظريه «پاس» مى تواند جايگزينى براى نظريه تورمى باشد (نظريه تورمى در كيهان شناسى سعى دارد تا با فرض اين كه در لحظات آغازين پيدايش جهان، فضا- زمان دچار انبساط فوق العاده سريع و غيرقابل تصورى شده است، يكنواختى دماى جهان را توضيح دهد). در واقع تا پيش از ارائه نظريه پاس، عمده كيهان شناسان از نظريه تورمى حمايت مى كردند، اما مسئله آن است كه هيچكس تاكنون موفق به ارائه جزئيات فيزيك وراى مسئله تورم كيهانى نشده است.
------------------
از وبسايت خواندني "فيزيك، سلوك در ژرفاي گيتي"

• جهان خميده
در اين ميان برخى نيز به آن بخش ايده «پاس» كه به فضا- زمان خميده غيرمتقارن مرتبط است با ديده ترديد مى نگرند. «تونى پاديلا» (T.Padilla) از دانشگاه بارسلوناى اسپانيا يكى از اين اشخاص است. وى مى گويد: «اين نظريه قطعاً نظريه جالب توجهى است، اما هنوز زود است كه وجود چنين فضا- زمانى را كه اين نظريه بدان اشاره دارد، طبيعى بدانيم. ابتدا بايد پايدار بودن اين نوع فضا- زمان را ارزيابى كرد و من به شخصه معتقدم كه چنين فضا- زمانى پايدار نخواهد بود ؛ هرچند ممكن است من در اشتباه باشم.»
البته «پاديلا» اذعان مى دارد كه ممكن است در آينده مشخص شود كه يك جهان پوسته اى با همان ويژگى هايى كه گروه «پاس» بدان اشاره دارد، جهان پايدارى خواهد بود؛ اما در نظر «پاديلا» هنوز چنين چيزى روشن نيست.
«جان كرامر» (J.Cramer) نيز از دانشگاه واشينگتن در سياتل معتقد است كه در ايده پاس، نكات جالبى نهفته است؛ اما او نيز مى گويد: «تحقق اين ايده نيازمند وجود يك جهان پوسته اى خميده غيرمتقارن است، اما ممكن است جهان ما مشابه چنين جهانى نباشد.» و ادامه مى دهد: «اما به هر حال اين ايده، ايده اى بسيار شگفت انگيز است.»
البته چنانچه سفر در زمان براساس ايده «پاس» ممكن باشد، تنها ذرات خاصى نظير نوترينوهاى خنثى و گراويتون ها امكان اين سفر را خواهند داشت و بنابراين ما عملاً امكان دخل و تصرف چندانى را در گذشته جهان نخواهيم داشت. اما «پاس» با نگاهى واقع بينانه به بحث مسافرت در زمان نگاه مى كند. او معتقد است تا زمانى كه به لحاظ نظرى احتمال سفر در زمان وجود داشته باشد، انجام آزمايش هاى تجربى در اين زمينه به زحمتش مى ارزد. او در اين مورد مى گويد: «حتى چنانچه سفر در زمان ميسر هم نباشد، با تحقيق بر روى ذراتى نظير نوترينوهاى خنثى مى توان به ماهيت آن قانون هاى فيزيك پى برد كه از چنين سفرى جلوگيرى مى كنند.» به هر حال، اولين پاسخ ها به پرسش هاى مطرح در مورد ذراتى نظير نوترينوهاى خنثى به زودى و توسط نتايج آزمايش باريكه نوترينوى MiniBoone ارائه خواهد شد. اين آزمايش تا اواخر همين امسال قادر خواهد بود كه وجود نوترينوى خنثى و مسيرهاى ميان بر در ابعاد فراسوى جهان ما را به طور تجربى تاييد كند. اما اگر سفر در زمان واقعاً حقيقت داشته باشد، ممكن است پاسخ همه پرسش هاى ما، پيش از پرسيدن آنها ارائه شده باشد.
------------------
از وبسايت خواندني "فيزيك، سلوك در ژرفاي گيتي"

يك سياه چاله چيست ؟

يك سياه چاله ناحيه اى از فضاست كه تراكم جرم آ ن به قدرى زياد است) .داراى چگالى بى نهايت است)كه هيچ راهى براى فرار جرمى كه از نزديك آن عبور كرده و به دام جاذبه گرانشى آ ن مى افتد وجود ندارد. بهترين نظريه ي كه تا كنون در مورد گرانش ارائه شده است نظريه نسبيت عام انيشتين است. ما براى پى بردن به جزئيات سياه چاله ها بايد تعدادى از نتايج اين نظريه را بررسى كنيم. اما اجازه دهيد موضوع را با بحث در مورد گرانش شروع كنيم.

فرض كنيد شما روى سطح يك سياره ايستاده ايد و سنگى را مستقيما به بالا پرتاب مى كنيد . قدرت شما در پرتاب سنگ خيلى زياد نيست بنابراين سنگ تا ارتفاع معينى بالا رفته و پس از مدتى بر اثر نيروى گرانش سياره به پايين مى افتد . ولى اگر سنگ را به قدر كافى به بالا پرتاب كنيد تا سنگ به طور كامل از گرانش سياره بگريزد ديگر به سطح سياره بر نمى گردد. سرعت مورد نيازى كه سنگ بايد داشته باشد تا بتواند از جاذبه گرانشى سياره فرار كند سرعت گريز نام دارد. در اين حال شما انتظار داريد كه سرعت گريز به جرم سياره بستگى داشته باشد .اگر سياره اى بى نهايت سنگين باشد در نتيجه گرانش آ ن قوى و سرعت گريز از آن بالا است . سياره هاى سبك تر سرعت گريز كمترى دارند.سرعت گريز به فاصله شما از مركز سياره نيز بستگى دارد .هر چه به مركز نزديك تر باشيد سرعت گريز بالا ست. سرعت گريز از زمين 2/11كيلو متر بر ثانيه (103Í25 متر بر ساعت ) است .در حالى كه سرعت گريز از ماه 4/2 كيلو متر بر ثانيه ( 3/5Í103 متر بر ساعت ) است.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
حال جرمى را تصور كنيد با چگالى زياذ و شعاع كم وبا سرعت گريز از مركزى فراتر از سرعت نور .]مى دانيم [ هيچ چيز از نور سريع تر حركت نمى كند . بنابر اين هيچ جرمي نمي تواند از ميدان گرانش آ ن فرار كند .حتى نور نيز به دام گرانش آ ن مى افتد وقدرت فرار از آ ن را ندارد.

ايده جرمى با تراكم و چگالى بالا كه حتى نور را مى بلعد به لاپلاس درقرن 18بر مى گردد. تقريبا بلا فاصله پس از اين كه انيشتين نظريه نسبيت عام را بيان كرد كارل شوارتز شيلد يك راه حل محاسباتى براى معادلات اين نظريه پيدا كرد كه به شرح و توصيف اين اجرام مى پرداخت. تلاش افرادى نظير اپن هايمر وال كف اسنايدر در 1930بود كه مردم را به طورجدى درمورد امكان وجود چنين اجرامى در جهان به فكر فرو برد.(آقاى اپن هايمر كسى است كه پروژه من هتن را اداره كردند.)

يافته ها نشان مى دهندهنگامى كه يك سياره سنگين به قدر كافى سوخت خود را مصرف كند ديگرقادر نخواهد بود خود را درمقابل جاذبه گرانشى نگه دارد و بنابر اين در خود فرو ريزش كرده و به يك سياه چاله تبديل مى شود.

در نسبيت عام انيشتين گرانش گواهى بر انحناى فضا و زمان است .جرم سنگين فضا زمان را كج مى كند . بنابر اين قوانين معمول هندسى درمورد اين اجرام صادق نيست. در نزديكى يك سياه چاله انحناى فضا و زمان بى نهايت است.و به اين دليل سياه چاله ها خصوصيات عجيبى دارند. يك سياه چاله داراى افق رويداد است.- سطحى كروى دور تا دور سياه چاله – شما مى توانيد از افق رويداد عبور كنيد ولى نمى توانيدازداخل آن خارج شويد. در حقيقت با گذر از افق رويداد وحركت به سمت مركز سياه چاله و نزديكى به نقطه تكينگى شما از بين مى رويد.

شما مى توانيد افق رويداد را اين گونه در نظر بگيريد : مكانى كه سرعت گريز از آن برابر سرعت نور است و بيرون از افق رويداد سرعت گريز كمتر از سرعت نور است. بنابر اين اگر راكت شما داراى انرژى و سوخت مناسب وكافى باشد تا بتواند خود را به سرعت گريز برساند مى تواند از چنگ گرانش سياه چاله فرار كند.اما اگر شما داخل افق رويداد شديد هيچ ماده اى حتى راكت شما از سياه چاله نمى تواند خارج شود.

افق رويداد خواص هندسى عجيبى دارد: با كمك رصد گرى كه دور از سياه چاله قرار داردافق رويداد سطح كروى آرام وبدون حركتى به نظر مى آيد.اما اگر به افق رويداد نزديك تر شويد تشخيص مى دهيد كه داراى سرعت زيادى است ودر حقيقت با سرعت نور به دور خود حركت مى كند. بنابر اين توضيح اين مساله (كه چرا عبور از افق رويداد راحت ولى بازگشت از آن غير ممكن است) اين مى باشد: زمانى كه افق رويداد با سرعت نور مى چرخد به منظورفراراز ميان آن شما بايد سريع تر از نور حركت كنيد و اين غير ممكن است چون شما نمى توانيد سريع تر از نور حركت كنيد و بنابر اين از افق رويداد نمى توان خارج شد.

نام سياه چاله توسط جان ارچيبال ويلز بر روى اين اجرام نهاده شد كه نسبت به نام قبلى آن گيراتر و ماندنى تر بود.قبل از ويلز اين اجرام به ستاره هاى يخ زده معروف بودند.علت اين نام گذارى را در توضيحات مربوط به سوال 4 شرح خواهم داد.

منبع TED BUNN

آموزش مطالب پایه در مورد سیاهچاله ها...

مقاله اي الكترونيكي در مورد سياهچاله ها كه براي دريافت آن مي توانيد از لينك زير استفاده كنيد

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

انفجار سیاهچاله ها

تقریبا از همان آغاز، گرایش نظریه پردازان به پذیرش این امر بود که هیچ چیز نمی تواند از درون بک سیاهچاله بگریزد.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

روی هم رفته، اگر نور نتواند بگریزد و اگر چیزی نتواند سریعتر از نور حرکت کند،آنوقت هیچ نمی تواند که از سیاهچاله گریز کند. این نظرها دوام یافت تا آنکه به کوششهایی برای سازگار کردن چند نظریه از بنیادی ترین نظریات فیزیک رخ داد ( نظریه ها : نسبیت خاص و عام اینشتن و نظریه کوانتومی )
نظریه نسبیت عام رمبش ستارگان پرجرم را به آنچه امروزه اساسا به صورت سیاهچاله ها تائید شده است، پیشگویی می کند.همین نظریه گرانش را به شیوه ای بسیار متفاوت با شیوه کلاسیک نیوتون توصیف می کند.
اما هنوز کسی نتوانسته است وحدتی میان مفهوم گرانی و مکانیک کوانتومی بر قرار کند.مکانیک کوانتومی رفتار ذرات و انرژی ها را در مقیاس اتمی و زیراتمی توصیف می کند.
اما چگونه نظریه ای درباره عالم خرد می تواند با اجسام بزرگی مانند سیاهچاله ارتباط داشته باشد؟
شخصی به نام استیون هاوکینگ که فعالیت وی در زمینه اختر فیزیک نظری است چنین رابطه ای را برقرار کرد.
اظهار نظر هاوکینگ این بود که فشار بی حد مربوط به تولد عالم به آسانی میتوانسته است سیاهچاله هایی به کوچکی 0.00001 گرم جرم و شعاع شوارتز شیلد 10 به توان 33- ایجاد کرده باشد. اما ابعاد عالی تر شامل جرم 10 به توان 15 و شعاع 10 به توان 13- شوارتز شیلد خواهد بود.قطعا این ابعاد به مکانیک کوانتومی نیاز دارد.
هاوکینگ معادلات نسبیت عام را برای این سیاهچاله 10 به توان 15 گرمی حل کرد.او با شگفتی تمام ملاحظه کرد که حل معادلات او نیز خلق و گسیل ذرات و تابش از چنین شیئی را پیش بینی می کند.در واقع همان طیف از ذرات را پیش بینی می کند که ممکن است از شی داغی با 120 میلیارد کلوین صادر شود.
به نظر می رسد که دو اصل مهم در مورد سیاهچاله ها نقض شده است :
اینکه چیزی از هسته سیاهچاله نمی گریزد و دمای آنها تقریبا صفر مطلق است. تناقض آشکار بود اما با همه اینها، همان معادلات برای سیاهچاله ای با 3 جرم خورشیدی دمای 0.00001 کلوین و گریزناپذیری ذرات از چنین ستاره ای را پیش بینی می کرد.موفقیت، با بازشناسی این امر که سیاهچاله های کوچک متفاوتند، حاصل شد.
اگر سیاهچاله های کوچکی وجود داشته باشند و اگر آنها ذرات و تابش را آنطور که پیش بینی شده گسیل کنند، در آنصورت به تدریج ضعیف و محو می شوند ( جرم از دست میدهند ).
اما این تضعیف شدن فقط این فرآیند را تسریع خواهد کرد، زیرا دماها افزایش خواهند داشت،که سرانجام به انفجاری معادل 10 میلیون میلیون بمب هیدروژنی می انجامد.قطعا چنین رویدادی به سهولت مشاهده پذیر خواهد شد، اما توزیع تین اشیا ممکن است آشکار سازی را دشوارتر کند اما برنامه های شاتل های فضایی می تواند در آینده این مشکل را حل کند.

منبع [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

12 سوال رایج در رابطه با سیاه چاله ها

سیاه چاله چیست؟ اندازه ی سیاه چاله ها چقدر است ؟ اگر من به داخل سیاه چاله وارد شوم برای من چه اتفاقی خواهد افتاد ؟و...

سیاه چاله چیست؟

به طور ساده سیاه چاله قسمتی از فضا است که جرم متمرکز بسیار زیادی دارد بطوری که هیچ جسمی هیچ شانسی برای فرار از جاذبه ی اون نداره تا به امروز بهترین تئوری برای جاذبه تئوری نسبیت اینشتین است و ما باید در نتایج این نظریه به اندازه ی کافی دقیق شویم تا بتوانیم سیاه چاله ها را در جزئیات این نظریه پیدا کنیم اما بیایید قدم ها را کم کم برداریم و به جاذبه فکر کنیم.

فرض کنید شما روی سطح سیاره ای ایستاده اید و سنگی را به هوا می اندازید اگر اونو به اندازه ی کافی با شدت به بالا پرتاب نکنید اون سنگ به اندازه کمی بالا می رود اما بعد از مدتی به علت شتاب جاذبه زمین اون سنگ شروع به سقوط می کنه اگر شما به اندازه ی کافی اون سنگ رو محکم به هوا پرتاب کنید شما می توانید اون رو از دام جاذبه ی اون سیاه خارج کنید و اون تا ابد در حال اوج گیری نسبت به اون سیاره به حرکت خود ادامه می دهد به سرعتی که شما لازم دارید تا سنگ از جاذبه ی اون سیاره فرار کند " سرعت گریز " گفته می شود همان طور که حدس زده می شود سرعت گریز به جرم سیاره بستگی داره اگر سیاره به اندازه ی کافی جرم زیاد داشته باشد قاعدتا سرعت گریز بیشتری را طلب می کند البته این تنها عامل سرعت گریز نیست بلکه فاصله ما تا مرکز سیاره هم شرط دیگری است که بر سرعت گریز تاثیر می گذارد رابطه ی فاصله با سرعت گریز رابطه ی عکس است برای مثال سرعت گریز از سطح سیاره ی زمین 11/2 کیلومتر بر ثانیه است یا 25000 مایل بر ساعت در صورتی که سرعت گریز از سطح ماه فقط 2/4 کیلومتر بر ثانیه است یا 5300 مایل بر ساعت (برای تبدیل این سرعت ها از سیستمی که در پایین صفحه قرار دارد می توانید استفاده کنید)

حال تصور کنید که جسمی با جرمی فوق العاده زیاد و شعاع فوق العاده کم داریم که سرعت گریز از سطح آن به اندازه ی سرعت نور است

برای یادآوری عرض کنم که سرعت گریز را از رابطه ی زیر محاسبه می گردد :
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

که در آن V سرعت گریز از مرکز ، M جرم سیاره ، G ثابت گرانش و R فاصله ما تا مرکز سیاره است که اگر ما روی سطح آن قرار گرفته باشیم برابر با شعاع آن سیاره خواهد شد.

شروع اولیه ی مطالعه ی چگالی شدید سیاه چاله ها در سده ی 18 شروع شد ، تقریبا به فاصله ی کمی از انتشار نظریه ی نسبیت اینشتین کارل شوارتسشیلد موفق به حل معادله ای شد که در مورد یک شی بحث می کرد بعد ها اشخاصی مانند اپنهایمر ، ولکف و اشنایدر در سال 1930 متوجه وجود شی ای به نام سیاه چاله در جهان شدند (البته واژه ی سیاه چاله در سال 1969 توسط دانشمندی به نام جان آرچیبالد ویلر ابداع شد) این دانشمندان نشان دادند که وقتی ستارگان پر جرم سوخت خود را به طور کامل از دست می دهند نمی توانند خود را تحمل کنند و نیروی جاذبه خودشان بر خودشان غلبه می کند و آنها را به اصطلاح رمبیده می کند به درون خود.

در جهان نسبیت گرانش خود را در لباس خمش فضا و زمان نشان می دهد . اجرام پر جرم فضا زمان را خمیده می کنند ، به این دلیل است که هندسه نمی تواند آن را توصیف کند در کنار سیاه چاله خمش فضا بسیار شدید است و به همین دلیل خصوصیتهای سیاه چاله عجیب به نظر می رسد

سیاه چاله ها دارای خصوصیتی به نام افق رویداد است این افق رویداد سطحی کروی شکل است که از آن به مرز سیاه چاله ها نام برده می شود شما می توانید داخل آن شوید اما نمی توانید از آن خارج شوید در واقع به محض آنکه شما وارد آن شوید شما محکوم شده اید که به سمت مرکز تکینگی که در مرکز سیاه چاله واقع شده است کشیده شوید .

شما می توانید فکر کنید که افق رویداد مکانی است که سرعت گریز از آن برابر با سرعت نور است قاعدتا خارج است افق رویداد سرعت گریز کمتر از سرعت نور است

برای یک رصدگر وقتی که به افق رویداد نگاهی می اندازیم البته نه با امکانات رصد چشمی بلکه رادیویی و ... افق رویداد را سطحی کاملا کروی ثابت خواهیم یافت ولی اگر به آن کمی نزدیک تر شویم متوجه تندی آن می شویم در واقع اون دارد با سرعت نور حرکت می کند پس ما برای اینکه بتوانیم از سیاهچاله فرار کنیم باید سرعتی مافوق نور داشته باشیم .

هنگامی که به افق وارد شوید مختصات وضعیت فاصله شما از مرکز به طور شتابداری کم می شود ولی در عوض به خاطر هندسه ی منحصر به فرد سیاه چاله ها مختصات زمان شما به طور شتابدار به سمت جلو می رود به طوری که شما فلواقع در آینده به سر خواهید برد .

اندازه ی سیاه چاله ها چقدر است ؟

برای این سوال 2 جواب وجود دارد یکی اینکه ما از دیدگاه جرم به سوال بنگریم پس بهتر است بپرسیم که جرم سیاه چاله ها چه اندازه است ؟ یا اینکه از لحاظ اشغال فضا یا همان حجم سیاه چاله ها را بررسی کنیم پس در آن صورت بهتر است بپرسیم که حجم سیاه چاله ها چه اندازه است ...

پس بیایید ابتدا در مورد جرم آنها بحث صحبت کنیم .

به طور کلی هیچ حدی برای بزرگی جرم یا کوچکی جرم یک سیاه چاله نداریم و نمی توان گفت فلان سیاه چاله پر جرم ترین یا آن یکی کم جرم ترین آنهاست .

ابتدا ما باید بدانیم که چقدر جرم لازم است تا چگالی به آن زیادی را ایجاد کند حال ما

می دانیم که سیاه چاله ها سرنوشت ستارگان پر جرمی بوده اند و همچنین ما انتظار داریم وزن سیاه چاله ها بیشتر از وزن ستارگان پر جرم باشد به طور استاندارد سیاهچاله 10 برابر جرم خورشید جرم دارد یا به طور تقریبی همچنین ستاره شناسان حدس می زنند که سیاه چاله های پر جرمی در وسط کهکشان ها وجود داشته باشند که جرم آنها چیزی در حدود یعنی یک میلیون برابر جرم خورشید .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
دومین برداشت ما از سوال مربوط به حجم اشغالی سیاه چاله در فضا بود ، در واقع شعاع شوارتسشیلد (منظور همان شعاع کره ی افق رویداد است) و جرم یک سیاه چاله در تناسب نسبت به هم قرار دارند اگر جرم سیاه چاله ای 10 برابر سیاه چاله ی دیگر باشد شعاع شوارتسشیلد آن هم 10 برابر آن یکی است برای مثال اگر جرم سیاه چاله ای به اندازه ی جرم خورشید باشد شعاع شوارتسشیلد آن 3 کیلومتر خواهد بود یا به ترتیب سیاه چاله هایی که 10 برابر و 1 میلیون برابر جرم منظومه ما جرم دارند(سیاه چاله ی واقع در مرکز کهکشان ما) دارای شعاع 30 کیلومتر و 3 میلیون کیلومتر هستند . 3 میلیون کیلومتر شعاع به نظر ما بسیار زیاد می آید ولی در واقع در مقابل استاندارد های موجود شعاع زیاد بزرگی هم محسوب نمی شود برای مثال خورشید ما دارای شعاع 700000 کیلومتر است و سیاه چاله های پر جرم تر شعاعی به اندازه ی 4 برابر شعاع خورشید دارند .

اگر من به داخل سیاه چاله وارد شوم برای من چه اتفاقی خواهد افتاد ؟

(اول این فرض را بکنیم که در هنگام ورود به داخل سیاه چاله ما نسوزیم)

حال بیایید فرض کنیم که با کشتی فضایی خود یکراست وارد سیاه چاله ی موجود در وسط کهکشان شدیم (البته وجود سیاه چاله در وسط کهکشان ما یک فرضیه است و هنوز اثبات نشده است ولی بیایید فرض وجود آن را بکنیم) هنگامی که وارد شدیم موتور راکت های خود را خاموش می کنیم چه اتفاقی خواهد افتاد ؟

در ابتدا شما به هیچ وجه میدان گرانشی را در اطراف خود احساس نمی کنید بعد شما سقوط می کنید تمام قسمت های بدن شما و کشتی فضایی شما کش می آیند و شما احساس سنگینی می کنید (این همان احساسی است که فضانوردان حین برگشتن به مدار زمین احساس می کنند) همان طور که به مرکز چاله نزدیک می شویم شما احساس نیروی گرانش به صورت جزر و مدی خواهید داشت به این صورت که پای شما به چاله نزدیک تر از سر شماست و اختلاف گرانش به حدی می شود که شما این احساس جزر و مدی را در بدن خود احساس می کنید به صورت خلاصه شما احساس کشیدگی در بدن خود می کنید ؛ این نیروهای جزر و مدی گرانش ثابت نمی مانند و تغییرات آن هرچه به مرکز بیشتر نزدیک می شوید بیشتر می شود و در نهایت شما قطعه قطعه خواهید شد .

برای سیاه چاله ها بلندی مانند آنچه در آن افتادیم در ابتدا نیروهای جزر و مدی گرانش اصلا قابل توجه نیستند و تا فاصله ی 600000 کیلومتری از مرکز سیاه چاله اصلا احساس نمی شوند ؛ حال اگر ما وارد سیاه چاله ی کوتاهی شده بودیم نیروهای جزر و مدی زودتر به اذیت کردن ما می پرداختند و از فاصله ی 6000 کیلومتری از مرکز به بعد اثرات خود را بروز می دادند (و دلیلی که ما سیاه چاله ی بلند را برای سقوط خود انتخاب کردیم این بود که بیشتر بتوانیم زنده بمانیم و تحقیق کنیم )

ممکن است سوال کنید که ما تا اینجا داشتین احساس می کردیم ما در حال سقوط چه چیزی خواهیم دید ؟ و جواب خواهید شنید که لزوما ما نباید چیزی ببینیم شاید ما شاهد تکه تکه شدن چیزهای دیگری باشیم که آنها هم مانند ما در حال سقوط هستند البته بعد از آنکه نور تابشی آنها به ما برسد شما در حال سقوط می توانید اجرامی را ببینید که هنوز سقوط نکرده اند ولی آنها به هیچ وجه شما را نخواهند دید و دلیل آن هم آشکار است که نوری که شما از خود منتشر می کنید قادر به گریز از افق نیست پس به چشم آن شخص خارج از افق رویداد نخواهد رسید .

سوال دیگر اینکه چقدر این فرآیند سقوط طول خواهد کشید ؟ جواب آن بستگی به این دارد که شما از کجا شروع کرده باشید بگذارید از آنجا آغاز کنیم که 10 برابر شعاع آن سیاه چاله از آن فاصله داشته باشیم خوب برای یک سیاه چاله با جرم یک میلیون برابر جرم منظومه شمسی ما این فرآیند و سقوط ما 8 دقیقه تا رسیدن به افق به طول خواهد انجامید بعد از آن 7 ثانیه دیگر مهلت خواهید داشت و بعد از 7 ثانیه شما به مرکز تکینگی یا مرکز سیاه چاله رسیده اید ! حال شما اگر این مسئله را برای سیاه چاله ای کوچکتر در نظر بگیرید این فرآیند سریع تر انجام خواهد شد هنگامی که شما در حال سقوط هستید تمامی موتور و توان خود را در 7 ثانیه به کار خواهید گرفت تا اینکه شاید بتوانید از چنگ سیاه چاله بگریزید اما این کار به شما کمک که نمی کند هیچ باعث می شود که شما به مرکز تکینگی بیشتر نزدیک شوید پس بهتر است که آرام بنشینیم و این شعر را بخوانیم :

خیام اگر ز باده مستی خوش باش با ماه رخی اگر نشستی خوش باش

چون عاقبت کار جهان نیستی است انگار که نیستی چون هستی خوش باش

دوست من که در جای امنی ایستاده من را در حال سقوط چگونه می بیند ؟

دید دوست من کاملا با دید من فرق خواهد داشت هنگامی که من به افق رویداد نزدیک و نزدیک تر می شوم دوست من حرکت من را آهسته تر از قبل می بیند در واقع فرقی نداره که دوست من چه مدت صبر کنه او هیچ وقت رسیدن من را به افق نخواهد دید همچنین دوست من من را کوچکتر و کوچکتر خواهد دید و این دلیلی است که ما به سیاه چاله ها ستاره ی فریز شده یا یخ زده می گوییم چرا که ما اون رو به همین حال درک

می کنیم .حال باید سوال کنیم که چرا من باید در نظر او چنین بیایم ؟ دلیلش خطای دید است در واقع خود ما می دانیم که زمان تا بینهایت طول نمی کشه تا من به افق حادثه برسم (همان طور که گفته شد تا افق حادثه 8 دقیقه و بعد از آن چند ثانیه) هر چقدر که من به افق نزدیک تر می شوم نوری که از من ساطع می شود باید تلاش بیشتر و بیشتری کنه تا به چشم دوستم بیاید در واقع نوری که من از خود ساطع می کنم در حال بلعیده شدن توسط سیاه چاله است و هرگز به دوستم نخواهد رسید .

پس تا اینجا دانستیم که زمان در کنار افق حادثه کند تر از فاصله ی دورتر از آن می گذرد پس اگر معجزه ای بشود و من بتوانم با کشتی فضایی خود نزد دوستم بازگردم او را پیر خواهم دید .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

خوب حالا بگویید که کدام یک از این 2 توضیح صحیح تر است؟(خطای دید یا کندی زمان)

جواب این سوال هم بستگی به این دارد که شما سیاه چاله را در چه مرجع و مختصاتی بررسی کنید اگر از مختصات شوارتسشیلد استفاده کنید شما وقتی به افق می رسید که زمان بینهایت شده باشد در واقع مختصات شوارتسشیلد در کنار افق رویداد بینهایت انحراف بر می دارد اگر مختصات شوارتسشیلد را در نظر بگیریم در نظر ما زمان بینهایت نمی شود ولی زمان در دید دوست ناظر بر ما زمان بینهایت بر ما می گذرد به طور واضح تر اینکه نور بینهایت زمان لازم دارد تا به دوست شما برسد .

پس هم مختصات استاندارد جوابگوی ما است و هم مختصات شوارتسشیلد ولی طرز بیان در هر 2 گوناگون و درست است .

در عمل طولی نمی کشد که شما از دید دوست خود ناپدید می شوید در واقع طول موج نوری که از سیاه چاله بر می آید به سمت قرمز است برای روشن تر شدن موضوع اگر شما نوری را از خود با طول موج خاصی ساطع کنید به دوست شما همان نور با طول موج بلند تر خواهد رسید قاعدتا این درست است که بگوییم که هر چه ما به افق رویداد نزدیک و نزدیک تر می شویم طول موج ارسالی از طرف ما بلند و بلند تر می شود در آخر نوری برای دریافت دوست شما باقی نخواهد ماند نور متساعد شده از شما ابتدا به شکل مادون قرمز دریافت می شود و سپس به صورت موج های رادیویی و ...

نکته : به یاد داشته باشید که نور از بسته هایی به نام فوتون تشکیل شده اند

پس به یاد داشته باشید که تا آخرین لحظه که شما هنوز به داخل افق نیافتاده اید آخرین فوتون ارسالی شما به دوست شما خواهد رسید البته در مدت زمان کمتر از یک ساعت در سیاه چاله ای با جرم 1 میلیون برابر جرم منظومه شمسی بعد از رد شدن شما از افق حادثه دیگر هیچ نوری برای دوست شما ارسال نخواهد شد .

اگر سیاه چاله وجود دارد آیا می تواند تمامی جرم های عالم را در خود ببلعد؟
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
خیر سیاه چاله ها یک افق رویداد دارند در واقع همان منطقه ای که کسی نمی تواند از آن فرار کند اگر کسی از آن رد شود حکم آن جسم لمس تکینگی و همانا فناست ولی در دورتر از این افق شما می توانید از مکیده شدن فرار کنید در واقع قدرت مکش یک سیاه چاله که جرمش به اندازه ی منظومه شمسی ما است در خار ج از افق رویداد به

اندازه ی مکش منظومه ی شمسی در مقابل سایر اجرام است .

اگر خورشید سیاه چاله شود چه اتفاقی خواهد افتاد ؟

اول بگذارید خیالتان را راحت کنم که خورشید هیچ گاه سیاه چاله نخواهد شد چرا که قبلا گفته شده بود که برای سیاه چاله شدن 10 برابر جرم خورشید جرم لازم است

خورشید می تواند تا 5 بیلیون سال نیز می تواند به زندگی خود ادامه دهد بعد از آن تبدیل به غول قرمز می شود در مدتی که دارد بزرگ و بزرگتر می شود همه چیز را به اصطلاح می خورد عطارد و زهره و متاسفانه زمین را ؛ بعد از آن خورشید به پایان زندگی خود

می رسد و تبدیل به یک کوتوله ی سفید می شود .

ببخشید از سوال اصلی خارج شدیم سوال این بود که چه می شد اگر خورشید به دلایلی به سیاه چاله تبدیل می شد ؟ تنها اثری که این واکنش دارد این است که دور و بر خورشید تاریک و بسیار سرد می شد زمین و سایر سیارات به داخل سیاه چاله کشیده نمی شوند آنها به همان نظمی که هم اکنون دارند به دور خورشید می چرخند به دور سیاه چاله ی خورشید خواهند گشت شاید بپرسید چرا ؟ دلیل آن هم کوچکی شعاع شوارتسشیلد آن است فقط 3 کیلومتر شعاع شوارتسشیلد سیاه چاله خواهد شد و سیاه چاله نخواهد توانست سیارات را که به این دوری هستند ببلعد .

آیا مدرکی بر وجود سیاه چاله ها ارائه شده است ؟

بله شما مستقیما نمی توانید سیاه چاله ها را ببینید به این دلیل که نوری از افق رویداد نخواهد گذشت واین به این معنی است که ما باید دنبال مدرک غیر مستقیم باشیم

فرض کنید شما منطقه ای از فضا را پیدا کرده اید که احتمال می دهید در آنجا

سیاه چاله ای حضور داشته باشد چطور می توانید چک کنید که حدس شما در مورد وجود یا وجود نداشتن آن درست بوده است یا نه ؟ اولین چیزی که شاید به ذهن ما بیاید این است که بیاییم ببینیم که چقدر جرم در آن ناحیه از فضا وجود دارد اگر شما متوجه جرم متمرکز زیادی شدید و اگر آن جرم تاریک بود درست است این یک حدس احتمالا درست در مورد وجود سیاه چاله در آن ناحیه است 2 راه برای این کارهایی که کردیم وجود دارد یکی اینکه مرکز کهکشان هایی مانند راه شیری را جستجو کنند آنجا می توان هم جرم را پیدا کرد و هم چیزهای دیگر و دوم استفاده از سیستم دودویی اشعه ایکس ساطع شده از مرکز کهکشان بر طبق چیزهایی که اینجا برشمردیم 2 دانشمند در سال 1995 به نام های کورمندی و ریچستون 8 کهکشان را یافتند که در وسط آنها جرم تاریک و زیادی بود جرم هسته ی این کهکشان ها بین یک میلیون تا چندین بیلیون برابر جرم خورشید بود جرم آنها از روی سرعت ذرات گازی که دور آنها می گشتند حساب می شد

دلیلی که می شد آورد برای آنکه آن اجرام را سیاه چاله قلمداد کنند این بود که یک سخت بود که فکر کنیم چیز دیگری غیر از سیاه چاله ها در آن قسمت وجود دارد یعنی به آن چگالی و تاریکی یعنی در آن قسمت نمی توانست خوشه های ستاره ای وجود داشته باشد دوم اینکه تنها تئوری ای که می توانست معمای اجرامی مانند کوازارها و کهکشان های فعال را حل کند این بود که باید در وسط کهکشانها سیاه چاله های پر جرمی باشند اما دلیل دومی زیاد محکم نیست .

2 تا از جدیدترین اکتشافات قوی ترین پشتیبان برای نظریه ی وجود سیاه چاله ها در وسط کهکشان هستند اول آنکه در نزدیکی کهکشانهای فعال چشمه ی تشعشع

یافته اند به این معنی که منبعی از ماکروویو های قدرتمند پیدا شده است اون هم در هسته ی کهکشان ها . دانشمندان توانسته اند با تحلیل موجها نقشه ای از سرعت پخش گازها با وضوح بالا تهیه کنند . در واقع آنها این کار خود توانستند سرعت را در کمتر از نصف یک سال نوری از مرکز کهکشان بدست بیاورند . در این اندازه گیری آنها توانستند نتیجه بگیرند که شی پر جرمی که در مرکز کهکشان وجود دارد شعاعی کمتر از نصف سال نوری دارد و این سخت بود که به جای سیاه چاله ما انتظار چیز دیگری در وسط کهکشان باشیم که هم پر جرم باشد و هم در حجم کمی باشد .(این تحقیقات در تاریخ 21 January سال 1995 از مجله نیچر شماره ی 373 برداشت شده است)

دومین کشف کار جمع کردن مدارک را بر عهده دارد . ستاره شناسان پرتو ایکس توانستند خط نوری کشف کنند که نشان از آن داشت که در مرکز و هسته ی کهکشان ها اتم ها با سرعت زیادی در حال حرکت هستند تقریبا با سرعت یک سوم سرعت نور به علاوه پرتویی که از این اتم ها خارج می شد انتقال به سمت قرمز داشتند (انشا الله در مورد انتقال به سمت قرمز مقاله ای در همین وبلاگ خواهید دید ) که ما این انتظار را از اشعه های ساطع شده در کنار افق حادثه ی یک سیاه چاله داریم (این تحقیقات در تاریخ 22 june سال 1995 از مجله نیچر شماره ی 375 برداشت شده است)

سیاه چاله های از انفجارهای supernova ای ستارگان پرجرم به وجو می آیند . اگر یک ستاره ی پر جرم به دور از ستارگان دیگر به سیاه چاله تبدیل شود ما شانس کمی برای دیدن آن داریم اما اگر یکی از ستارگان 2 تایی (در مورد این ستارگان بعدا به طور کامل توضیح خواهیم داد ) تبدیل به سیاه چاله شود ستاره ی دیگر را به طرز زیبایی می بلعد و صفحه ای از چرخش و بلعیده شدن درست می شود که زیبایی خاصی دارد . آن ستاره ای که در حال کشیده شدن است همچنان که به سیاه چاله نزدیک و نزدیکتر می شود داغ و داغ تر می شود و از خود تشعشعاتی خارج می کند که در طیف اشعه ی ایکس قابل دیدن است .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

فرض می کنیم که شما یک منبع اشعه ی ایکس از ستارگان دوتایی پیدا کردید حال چطور می توان گفت که جسم متراکم یک سیاه چاله است ؟ خوب کاری که حتما انجام خواهید داد برآوردی از جرم آن است . خوب ما می دانیم که ستاره ای دارد حول یک جسم که معلوم نیست سیاه چاله است یا نه می چرخد ما می توانیم سرعت چرخش ستاره ی معلوم را اندازه بگیریم و از روی آن جرم آن جرمی که معلوم نیست را مشخص کنیم حال که جرم ستاره ی ناپدید پیدا شد و اگر جرم آن خیلی زیاد باشد احتمال وجود یک سیاه چاله بسیار زیاد است . برآورد ما از جرم آن جسم و اشعه های ساطع شده از آن می توانند دلایل محکمی بر وجود سیاه چاله باشند .در سال 1992 در مجله ی Astronomy and Astrophysics خانمی با نام آنِ کاولی به طور خلاصه توضیح داد که سیستم هایی که هم اکنون روی آن های بحث می شود 3 تا هستند 2 تا از آن ها در کهکشان خود ما هستند و یکی دیگر نزدیک ابر ماژلانی بزرگ دارای جرمی هستند که اجسامی غیر از سیاه چاله نمی توانستند این جرم را داشته باشند .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
چگونه سیاه چاله ها تبخیر می شوند ؟

قبل از سال 1970 به علت نتایجی که از مکانیک کوانتومی به دست می آید استفان هاوکینگ نظریه ای داد بنا بر این که سیاه چاله ها کاملا تاریک و سیاه نیستند آن ها از خود پرتو ساطع می کنند انرژی ای که برای تولید این اشعه ها لازم است را جرم سیاه چاله ها تامین می کنند بنابراین سیاه چاله ها در اصطلاح آب می روند و کوچک می شوند سیاه چاله ها به طور مرتب و تند و تند پرتو افشانی می کنند و به ازا آن از جرمشان کم و کمتر می شود تا اینکه احتمالا چیزی از آنها باقی نمی ماند .

در حقیقت کسی نمی داند که وقتی سیاه چاله ای تبخیر می شود چه اتفاقی می افتد

گروهی از محققان معتقدند که از آن یک جرم کوچک و استوار به جای می ماند تئوری های امروزی ما به آن اندازه پیشرفت نکرده اند که بتوانند یک یا 2 راه اصلی را پیش پای ما بگذارند مشکل در اتحاد بین مکانیک کوانتومی و نظریه ی خمش فضا و زمان است اگر ما بتوانیم با مکانیک کوانتوم خمش فضا و زمان را توضیح دهیم می توانیم به طور یقین پیشگویی هایی را انجام دهیم ولی این تا به حال این کار صورت نگرفته است و حتی ما نمی توانیم این آزمایش را انجام دهیم و نتایج را ببینیم چون غیر ممکن است .

حال یک سوال دیگر چرا سیاه چاله ها تبخیر می شوند ؟ راهی برای بررسی کردن وجود دارد اونم راهی که تقریبا غلط هست یکی از نتایجی که از مکانیک کوانتومی به مدت کوتاهی به طور کلی مورد تردید قرار گرفته نقض قانون پایستگی انرژی است . جهان قادر به تولید انرژی و ماده است در صورتی که به طور ناگهانی انرژی و ماده نابود شوند چرا که اگر این طور نباشد قانون پایستگی انرژی و ماده نقض شده است این در حالی اتفاق می افتد که ما به طور نوسانی خلایی از ماده و انرژی بسازیم حال بیایید فرض کنیم که این فرآیند خلا درست کنی در کنار افق یک سیاه چاله صورت گیرد ما شاهد این واقعه در واقعیت هستیم که سیاه چاله با مکیدن خود در واقع خلا ماده و انرژی ایجاد می کند و باید آن را جبران نماید به همین دلیل از خود انرژی ساطع می کند که ما آن را به نام پرتو هاوکینگ می شناسیم .در واقع این پرتو ها به طور متناوب به بیرون پرتاب می شوند چون به طور متناوب خلا تشکیل و پر می شود .
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در مورد دوستی که در مکان امنی قرار داشت آیا چیز تازه ای برای گفتن وجود دارد ؟

بله وقتی ما می گفتیم که دوست ما در زمان بینهایت می بیند که ما داریم به افق می رسیم موقعی بود که ما سیاه چاله را بدون تبخیر فرض کرده بودیم ولی حالا جواب فرق خواهد کرد دوست ما دقیقا وقتی مشاهده می کند که تبخیر سیاه چاله را مشاهده می کند . بگذارید شرح بیشتری بدهم .

به یاد بیاورید که در قبل چه گفتیم : گفتیم که دوست ما دچار خطای دید شده است و نوری که از ما وقتی داریم به افق نزدیک می شویم ساطع شده است زمان زیادی را می گذراند تا به دوست ما برسد اگر ما فرض کنیم که سیاه چاله تا ابد باقی می ماند نور به دوست ما در مدت زمان زیادی می رسد اما اگر سیاه چاله تبخیر شود چه؟ دوست ما می تواند نوری از ما را ببیند چرا که دیگر چیزی مانع از حرکت نور نخواهد شد ولی این چیزی را تغییر نخواهد داد ما محکوم به بودیم و خواهیم بود .

سفید چاله چیست؟

معادله ی نسبیت عام دارای زیر ساخت ریاضی محکمی است که با زمان متناسب است و مزیت آن هم این است که می توان زمان را به سریعتر از آنکه به آینده برود به عقب برد.

اگر شما این معادله را که بتوان روی زمان کنترل داشت را برای سیاه چاله بنویسید نتیجه اش شی ای به نام سفید چاله خواهد بود که کاملا خلاف سیاه چاله اش به این مفهوم که اگر چیزی از دام سیاه چاله نمی تواند بگریزد چیزی نخواهد توانست به دام سفید چاله بیافتد در واقع اگر سیاه چاله کارش بلعیدن باشد سفید چاله کارش بیرون انداختن است .

در واقع سفید چاله ها در دنیای ریاضی زندگی می کنند و این بدان معنا نیست که حتما باید در دنیا وجود داشته باشند در حقیقت آنها اصلا وجود خارجی ندارند زیرا راهی برای تولید آنها وجود ندارد .

کرم چاله چیست ؟

تا اینجای مقاله ما در مورد سیاه چاله هایی صحبت می کردیم که حرکت چرخشی به دور خود و میدان الکتریکی و مغناطیسی ندارند اگر ما بخواهیم سیاه چاله ها را با این جزئیات بررسی کنیم پیچیدگی هایی خواهیم داشت مخصوصا وقتی که ما به سیاه چاله سقوط کنیم و مرکز تکینگی را ملاقات نکینم و از سفید چاله خارج شویم . این ترکیب از سیاه چاله و سفید چاله را که مرکز تکینگی ندارد را کرم چاله نامیده اند .

ممکن است سفید چاله از سیاه چاله فاصله ی زیادی داشته باشد و براستی ما با دنیایی متفاوت روبرو شویم و براستی در بین راه (بین سیاه چاله وسفید چاله ما دارای شرایط مطلوب و خوبی خواهیم بود و می توان با توجه به فاصله ی زیاد سیاه چاله با سفید چاله می توان سفر درازی را تجربه کرد شاید شما را به گذشته بازگرداند یا ...

در واقع با این تفاسیر کرم چاله ای نیز وجود ندارد چون کرم چاله زاییده ی سفید چاله است و اگر آن ساخته ی ریاضیات باشد پس کرم چاله نیز همین طور است پس اگر احیانا خواستید به سفر به دنیای دیگری بروید احتمال آنکه از سیاه چاله وارد شوید و از سفید چاله خارج بسیار کم و احتمال آنکه مرکز تکینگی را ملاقات کنید بسیار زیاد است . به علاوه برای آنکه به کرم چاله برسید ابتدا باید طعم تلخ اشعه های گاما را بچشید پس به کل بی خیال این سفر شوید .

چگونه می توانم اطلاعات بیشتری در ارتباط با سیاه چاله ها پیدا کنم ؟

شما می توانید از طریق ftp این آدرس به مقالات سیاه چاله دسترسی پیدا کنید البته احتمال آنکه مکان آن تغییر کرده باشد وجو دارد این آدرس هست rtfm.mit.edu

کتابی از کیپ تورن با نام Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy در همان سایت موجود است کتابی از ویلیام کافمن با نام Black Holes and Warped Spacetime همچنین کتاب Space, Time, and Gravity نیز ارزش خواندن را دارد.

تمامی این کتبی که معرفی شدند فرض را بر این گذاشته اند که خواننده زمینه ی قوی ای از فیزیک در ذهن ندارد و به زبان ساده بیان شده اند .

البته DVD ای هم در انجمن های نجوم سراسر کشور وجود دارد با 12 ساعت فیلم در مورد سیاه چاله ها و استیفن هاوکینگ ...

موفق باشید


منبع: Parssky

ماجراجویی خطرناک



برای آن که ببینیم سیاهچاله چه‌جور موجودی است فرض کنید که دارید به گزارش زنده یک خبرنگار شجاع که به ستاره‌ای در حال رمبش رفته است تا مراحل این رویداد کیهانی را به طور لحظه به لحظه گزارش دهد، گوش می‌کنید.
همگام با رمبش ستاره شما متوجه می‌شوید که مرتب صدای گزارشگر بم و بم‌تر می‌شود و کلمات هم کشیده و کشیده‌تر می‌شوند. شاید با تنظیم‌گیرنده‌تان بتوانید بمی صدای گزارشگر را جبران کنید اما به هر حال باید برای شنیدن کلمات بعدی صبر بیشتری از خود نشان دهید.
هرچه مراحل رمبش به پیش می‌رود و شما هم هیجان‌زده‌تر در پی شنیدن کلمه بعدی هستید، آن کلمه بیشتر کش می‌آید انگار که گزارشگر با این کار در پی بازارگرمی ‌و افزودن بر هیجان گزارش‌اش باشد اما واقعیت این است که احتمالا او خودش هم حسابی هیجان‌زده شده و دارد تندتند حرف می‌زند تا بتواند تغییر چهره سریع و شگفت‌انگیز ستاره را برای شما با تمام جزئیاتش توصیف کند، اما اگر کلمات کشیده به گوش می‌رسند یا آنکه صدا بم‌تر می‌شود علتش انقباض و فشرد‌گی ستاره است که در نتیجه آن، گزارشگر که بر سطح ستاره مستقر شده است لحظه به لحظه به مرکز آن نزدیک‌تر می‌شود.
اگر این انقباض جایی متوقف شود شما اگر به اندازه کافی صبور باشید گزارش را تا به آخر خواهید شنید هرچند ممکن است روزها طول بکشد اما اگر ستاره به سیاهچاله تبدیل شود، شما پایان گزارش را هرگز نخواهید شنید.
صدا بی‌اندازه بم می‌شود طوری که نمی‌شود با دستگاهی بمی‌اش را گرفت. یک حرف الفبا تا ابد طول می‌کشد تا کاملا ادا شود و آن، حرفی است که در زمان ادای آن، گزارشگر از افق رویداد می‌گذشته‌ است. ممکن است که او با از خودگذشتگی باورنکردنی، به جای آنکه پیش از تشکیل سیاهچاله سطح آن را ترک کند، تصمیم بگیرد که آنجا بماند تا ما را از دنیای درونی سیاهچاله با خبر کند.
اما در عمل، لذت آن مشاهده برای خودش خواهد بود چرا که ما اصلا عبور او از افق رویداد سیاهچاله را نخواهیم دید. از نگاه‌ ما او در افق رویداد درجا می‌زند در حالی که لب‌هایش به ادای آن آخرین حرف تعهدی ابدی سپرده‌اند. عبور او از افق رویداد از نگاه ما یک فرآیند بی‌اندازه کند خواهد بود. از نظر ما همه چیز در نزدیکی افق روی داد منجمد شده است.

روزنامه هم‌میهن

در جستجوي سياه چاله ها


سالهاست كه انسان براي تفسير پديده هاي پيرامون خود مصمم شده است. تلاش ما براي تفسير و توضيح پديده ها هنگامي به پايان مي رسد كه با كمبود سوال مواجه شويم. معماهاي آسمان ما پايان ناپذير است؛ بنابراين تلاش ما براي يافتن پاسخ اين معماها نيز بي پايان خواهد بود. ستاره شناسي از همان ابتدا علمي بوده كه به كشفيات بهاي زيادي داده و تنها بعد از بررسي دقيق اين كشفيات، نتايج مستحكمي بيان كرده است. جنبه هايي از آسمان كه زماني به عنوان تفاسير عقلاني و منطقي به شمار مي آمده اند، اكنون چيزي بيش از جسارات خودخواهانه نيستند. تاريخ نشان داده است كه با پيدايش ابزار دقيق تر و بهتر، فهم و درك صحيح تري از آسمان حاصل شده است. اكنون به نظر مي رسد كه با پشت سر گذاشتن مرزهاي علم، جستجوي جديد ما در آسمان بايد پيرامون پديده اي باشد كه به سياه چاله معروف است. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
هدف اين مقاله توضيح چگونگي پيدايش مفهوم سياه چاله و همچنين چگونگي شكل گيري سياه چاله ها است. از اهداف ديگر آن، بحث در مورد رديابي احتمالي سياه چاله ها با استفاده از ابزار پيشرفته اي است كه در آينده به دست بشر ساخته خواهد شد. بدست آوردن درك و تصوري از سياه چاله ها به ما اجازه خواهد داد كه تصور بهتري از فضاي چهار بعدي (كه سه بعد آن مربوط به فضا و يك بعد مربوط به زمان است) بدست بياوريم و در حقيقت فهم و درك بيشتري از افسانه ها و واقعيات علمي دريافت كنيم.
بيشتر مردمي كه با نجوم ارتباط ندارند يا به دور از جامعه ي فيزيك هستند مفهوم غلطي از سياه چاله ها در ذهن خود مي پرورانند. قبل از بيان اين موضوع كه چگونه يك سياه چاله ايجاد مي شود، مقدمه ي كوتاهي درباره ي ستارگان ضروري به نظر مي رسد. اين مقدمه اطلاعاتي از فلسفه ي سياه چاله ها به ما مي دهد.
يك ستاره در حقيقت گوي آتشين بزرگي است كه انرژي آن از واكنش هاي هسته اي كه در مركز ستاره انجام مي شوند، تامين مي شود كه اين واكنش ها مقدار هنگفتي فشار و گرما توليد مي كنند. يك ستاره هنگامي متولد مي شود كه دو يا چند ابر بزرگ گازي به سمت هم كشيده شوند كه اين پديده باعث به وجود آمدن هسته و به دنبال آن، بسته به نحوه ي برخورد دو ابر، آزاد كردن انرژي عظيمي خواهد شد. اين ابرها با چنان نيروي عظيمي به هم نزديك مي شوند كه مي تواند باعث آغاز واكنش هاي هسته اي بشود. اين نوع انرژي از واكنش هاي گداخت هسته اي آزاد مي شود كه در آن دو اتم به هم پيوسته و تشكيل اتم جديدي را مي دهند. بر اثر اين فرايند انرژي هنگفتي آزاد مي شود.
اين فعاليت ها تا هنگامي ادامه مي يابند كه سوخت هسته اي ستاره به پايان رسد. در حقيقت جالب ترين پديده ها در طول عمر يك ستاره در اين زمان اتفاق مي افتند. در تمام طول زندگي ستاره، واكنش هاي هسته اي باعث به وجود آوردن فشار زيادي به طرف بيرون مي شده اند و دقيقا نيرويي يكسان و برابر، كه به آن گرانش مي گويند، به طرف مركز ستاره وارد مي شده است. اين برابري نيروها به ستاره اجازه مي داده كه شكل خود را حفظ كند و دچار از هم گسيختگي يا فروپاشي نشود.
سرانجام، هنگامي كه سوخت ستاره به پايان مي رسد، نيروي گرانش آن بر نيروي به سمت خارج غلبه كرده و ستاره به درون خود فرو مي ريزد. اين يك انفجار دروني بزرگ است. بسته به جرم اصلي و پاياني ستاره، ممكن است چندين حادثه رخ دهد.معمولي ترين نتيجه ي يك چنين رمبشي، ستاره اي است كه به آن كوتوله ي سفيد مي گويند.اين ستاره، به هم فشرده شده و طبيعتا بسيار چگال خواهد بود. گفته مي شود كه يك قاشق چاي خوري از مواد سازنده ي كوتوله ي سفيد 2 تا 4 تن وزن دارد. به محض يافتن اولين كوتوله ي سفيد، اين بحث پيش كشيده شد كه يك ستاره تا چه اندازه مي تواند برمبد و سر انجام در سال 1920، دو اخترفيزيك دان به نام هاي Subrahmanyan Chandrasekhar و Sir Arthur Eddington به نتايج متفاوتي رسيدند.توجه Chandrasekhar به رابطه ي جرم ستارگان با شعاع آنها جلب شد و نتيجه گرفت كه حد فوقاني رمبش معمول يك ستاره منجر به پيدايش ستاره اي مي شود كه به ستاره نوتروني معروف است. اين حد 4/1 جرم خورشيدي، آنقدر دقيق بود كه در سال 1983 جايزه ي نوبل فيزيك را براي او به ارمغان آورد. كوتوله ي سفيد چگال است، اما نه به اندازه ي ستارگان نوتروني. معمولا هنگامي كه سوخت هسته اي ستاره تمام مي شود، شروع به پرتاب لايه هاي بيروني خود در انفجاري كه به آن ابر نواختر مي گويند، مي كند. هنگامي كه اين پديده اتفاق مي افتد، ستاره مقدار زيادي از جرم خود را از دست مي دهد. اما آنچه كه باقي مي ماند اگر بيشتر از 4/1 جرم خورشيدي باشد، تبديل به گوي متراكمي از نوترون ها مي شود. اين نوع ستارگان، بسيار چگال تر بوده و يك قاشق چاي خوري از مواد آن ها بر روي زمين، وزني تقريبا برابر 5 ميليون تن خواهد داشت. شكوه و عظمت يك چنين اجرامي غير قابل تصور است. اما حتي ستارگان نوتروني هم در مباحث رمبش ستارگان حد نهايي نيستند. به نظر مي رسد هنگامي كه ستاره به اندازه ي كافي پر جرم باشد، يعني در حدود 3 تا 5/3 برابر جرم خورشيدي، رمبش باعث ايجاد چيزي بسيار چگال تر مي شود. در حقيقت چگالي اين شيء به سمت بي نهايت ميل مي كند. اين شي چيزي است كه ما آن را سياه چاله مي ناميم.
بعد از اينكه يك سياه چاله تشكيل شد، نيروي جاذبه ي آن شروع به كشيدن گرد و غبار اطراف و در حقيقت هر چيز ديگري كه به آن نزديك شود به داخل سياه چاله مي كند. اين كار دائما به قدرت سياه چاله مي افزايد و طبيعتا جرم آن را بيشتر مي كند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ساده ترين شكل سه بعدي هندسي براي سياه چاله كره است. اين نوع سياه چاله ها، سياه چاله هاي شوارتسشيلد نام دارند. شوارتسشيلد اختر فيزيكدان آلماني است كه بعدا توانست شعاع بحراني هر جرم داده شده اي را براي تبديل شدن آن به سياه چاله محاسبه كند(شعاع شوارتسشيلد). اين گونه محاسبات نشان مي دهد كه در يك نقطه ي مشخص، جرم به سمت نقطه اي با چگالي بي نهايت سقوط مي كند. اين نقطه تكيني(Singularity) نام دارد. در اين نقطه نيروي گرانش بي نهايت زياد است و زمان و مكان به صورت عادي خود عمل نمي كنند. در تكيني، قوانين نيوتون و انيشتين ديگر جايي ندارد و فقط يك جهان مبهم و مرموز گرانش كوانتومي حضور دارد. در مدل شوارتسشيلد، افق پديده(Event Horizon)، يا پوسته ي سياه چاله، مرزي است كه هيچ چيز به محض ورود به آن نمي تواند از نيروي گرانش سياه چاله بگريزد.
بسياري از سياه چاله ها حركت چرخشي ثابتي دارند كه از چرخش ستاره ي اصلي ناشي مي شود. اين حركت مواد مختلف را جذب كرده و آنها را به شكل حلقه اي اطراف سياه چاله در مي آورد. مواد در افق پديده نگه داشته مي شود تا به سمت مركز سياه چاله حركت كنند و در آنجا انباشته شوند و به جرم سياه چاله بيفزايند. اين سياه چاله هاي چرخان به سياه چاله هاي كِر معروفند. Roy P. Kerr ، رياضيدان استراليايي اتفاقا به راه حلي براي معادلات انيشتين براي سياه چاله هاي با حركت چرخشي دست يافت. اين سياه چاله به شكل قبلي بسيار شباهت دارد. اما به هر حال تفاوت هايي در اين مدل هست كه آن را واقعي تر جلوه مي دهد. تكيني در اين مدل، زمان مانند است در حالي كه در مدل ديگر بيشتر، مكان مانند است. با اين تفاوت ناچيز، مواد مي توانند از جايي دورتر از استواي افق پديده وارد سياه چاله شوند و از بين نروند.
علت معروف بودن اين گونه اجرام به سياه چاله ها اين است كه هر پرتوي نوري كه بخواهد از داخل تكيني دور شود به وسيله ي گرانش بي نهايت آن به داخل كشيده مي شود و در نتيجه هيچ نوري از آن ها ساطع نمي شود.پس هر چيزي كه وارد افق پديده شود براي هميشه از نظر ها ناپديد خواهد شد و اين موضوع رديابي سياه چاله ها را براي انسان بدون استفاده از ابزار پيشرفته ي اندازه گيري تشعشعات غير ممكن مي سازد. واژه ي چاله به علت اين است كه اين گونه اجرام همانند چاله ها، مكان هايي هستند كه همه چيز به طرف آن كشيده مي شوند و همچنين جايي هستند كه هسته ي مركزي بر آن حكم فرما است . مركز سياه چاله، مهم ترين قسمت آن است كه تمام جرم سياه چاله در آن متمركزشده است و در هرگونه رديابي، حتي با استفاده از دستگاه هاي پرتو ياب نيز كاملا سياه به نظر مي رسد.
اولين دانشمنداني كه عميقا به تحقيق در مورد سياه چاله ها و رمبش ستاره ها پرداختند، يك استاد دانشگاه به نام Robert Oppenheimer و شاگردش Hartland Snyder بودند كه در اوايل قرن نوزدهم ميلادي زندگي مي كردند. آنان بر اساس تئوري نسبيت خاص انيشتين نتيجه گرفتند كه اگر سرعت نور حد نهايي سرعت باشد، آنگاه هيچ ماده ي ديگري نمي تواند بعد از افتادن در دام سياه چاله از آن بگريزد.
البته اين نكته بايد مورد توجه قرار گيرد كه تمام اين اطلاعات حدس و گماني بيش نيستند. بايد گفت كه در نظريات و ابر رايانه ها، اين اجرام وجود دارند اما همان طور كه دانشمندان قبول دارند، هنوز حتي وجود يك سياه چاله هم به اثبات نرسيده است. پس اين سوال پيش مي آيد كه ما چگونه مي توانيم سياه چاله ها را مشاهده بكنيم؟
براي پاسخ به اين سوال چندين راه وجود دارد. در واقع همان طور كه قبلا گفته شد، ديدن يا رويت كردن سياه چاله ها به صورت مستقيم نمي تواند ما را در شناخت آنها ياري كند. پس براي ما دو راه حل باقي مي ماند. راه حل اول آشكار سازي به وسيله ي اشعه ي X است. در اين روش اندازه گيري، دانشمندان به دنبال مكان هايي مي گردند كه در آنجا تغييرات شديد انرژي احساس مي شود. اين تغييرات انرژي مي توانند ناشي از گازهايي باشد كه به داخل سياه چاله كشيده مي شوند. تغييرات شديد ميدان گرانشي در اطراف سياه چاله مي تواند دماي اين گازها را تا ميليون ها درجه افزايش دهد. اين افزايش دما مي تواند شاهدي براي وجود سياه چاله باشد. راه ديگر شناسايي سياه چاله ها بر اساس تئوري ديگري است. امواج جاذبه هم مي توانند ما را در پيدا كردن سياه چاله ها كمك كنند اما محققان هم اكنون به دنبال روش هايي هستند تا بتوانند آنها را رديابي كنند.
امواج جاذبه به وسيله ي نظريه ي نسبيت عام انيشتين پيش بيني شده اند.آنها آشفتگي هاي انحناي فضا- زمان هستند . Sir Arthur Eddington يكي از حاميان اينشتين بود. اما در مورد امواج جاذبه مشكوك بود و گزارش شده كه گفته است: امواج جاذبه با سرعت بي نهايت حركت مي كنند. اما آنها هر چه هستند براي يك نظريه مهم اند. امواج جاذبه، امواجي هستند كه از مركز سياه چاله ها و اشياء پر جرم ديگر سرچشمه مي گيرند و گفته مي شود كه با سرعت نور حركت مي كنند اما نه در طول فضا- زمان. بلكه به عنوان بخش مهمي از آن به شمار مي روند. اين امواج همانند امواج به وجود آمده بر روي سطح آب، هنگام برخورد سنگي به آن است. هر چه به مركز برخورد نزديك تر مي شويم، امواج قوي تر مي شوند و دورتر از آن شروع به محو شدن مي كنند. با اين تفاوت كه اين امواج بسيار جزئي هستند و آشكار كردنشان تجهيزاتي فراتر از امكانات ما نياز دارد. اين امواج سيگنال هاي خاصي را به همراه دارند كه از نوع اشعه ي X نيستند. در شبيه سازي ها، سياه چاله ها فركانس خاصي را توليد مي كنند كه نوعي ارتعاش است. اين اثر بدون شك ما را در راه يافتن سياه چاله ها كمك مي كند.
اخيرا اكتشافاتي به كمك تلسكوپ فضايي هابل انجام شده است. اين تلسكوپ چيزي پيدا كرده كه به باور بسياري از ستاره شناسان يك سياه چاله است. ستاره اي كه به دور يك فضاي خالي در حال چرخش است. تعداد بسيار زيادي از عكسها از تلسكوپ هابل به زمين فرستاده شد و با كمك رايانه ها، عكس ها از جنبه هاي مختلف بررسي شد و همچنين هر گونه رد يابي كه مي توانست ما را در يافتن سياه چاله در مكان مورد نظر كمك كند به كار گرفته شد.
چون سياه چاله ها در فضايي كه ستارگان اصلي آنها در آنجا رمبش كرده اند شناور مي شوند، مي توانند روي محيط پيرامون خود، كه شايد ستارگان ديگري نيز در آن باشند، تاثير زيادي بگذارند. سياه چاله همچنين مي تواند ستاره اي را ببلعد و آن را كاملا نابود سازد. هنگامي كه ستاره به طرف سياه چاله كشيده مي شود، ابتدا به داخل Ergosphere مي رود. اينجا مكاني است كه مواد دور و اطراف را به داخل افق پديده جاروب مي كند و داراي ويژگي هاي خاصي است كه تمام تحولات در اين مكان صورت مي گيرد. سياه چاله، ستاره را مانند جارو برقي به داخل خود نمي كشد؛ بلكه ابتدا يك حلقه ي گرداب مانندي از مواد ستاره به دور خود تشكيل مي دهد كه تدريجا به داخل آن فرو مي روند. هنگامي كه ستاره نزديك افق پديده مي شود، نوري كه به طور عادي توليد مي كند در Ergosphere به وجود مي آيد، اما به بيرون منتشر نمي شود. درست در اين هنگام است كه مقدار بسيار زيادي تشعشعات منتشر مي شود و با استفاده از ابزار مناسب، مي توان تصويري از فضاي تهي دريافت كرد كه ترجيها آن را سياه چاله مي پنداريم. با استفاده از اين روش ستاره شناسان اكنون معتقد اند كه دجاجه X-1 يك سياه چاله است. اين سياه چاله يك ستاره ي غول پيكر(HDE226868) در اطراف خود نگه داشته و به دور خود مي چرخاند. در نتيجه ما حدس مي زنيم كه اين يك سياه چاله است كه اين ستاره در حال گردش به دور آن است.
افسانه هاي علمي، از سياه چاله ها در بسياري از فيلم ها به عنوان پديده هاي خارق العاده و يا به عنوان اجرام شوم ياد كرده اند. داستان هاي سفر در زمان يا ورود به جهاني كه در طرف ديگر سياه چاله و موازي با جهان ما قرار گرفته است. گذشتن از افق پديده مي تواند شما را به اين سفر خارق العاده بفرستد. بعضي ها فكر مي كنند كه نيروي جاذبه ي سياه چاله به قدري است كه آنها را تا انتهاي جهان يا به جهاني متفاوت خواهد برد. اما نظريه هاي مختلف در مورد اين كه آن طرف سياه چاله چه اتفاقي خواهد افتاد تمام شدني نيستند. هم اكنون تلاش ما بر سر پيدا كردن يكي از آنهاست. پس اين سوال باقي مي ماند كه آيا آنها وجود دارند؟
سياه چاله ها وجود دارند، اما متاسفانه براي جامعه ي علمي، زندگي آنها به فرمول ها و ابر رايانه ها محدود مي شود. اما تلاش بي وقفه ي جامعه ي علمي بر سر ساختن يك وسيله ي بهتر براي رد يابي آنها است. قبلا، تجهيزات فوق حساس نشانه هاي خوبي را به ما داده اند كه دقت آنها نيز هر روز بيشتر مي شود.

منبع: [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

سیاهچاله ها کلید سیر تکامل جهان



ابرکامپیوتری توانست با شبیه سازی خط سیر تکامل جهان کلید های مهمی را برای اخترشناسان به ارمغان بیاورد

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ابرکامپیوتری توانست با شبیه سازی خط سیر تکامل جهان کلید های مهمی را برای اخترشناسان به ارمغان بیاورد که آنها نیز می توانند با تلسکوپ های خود به سوی آنها نشانه روند. این کلیدها که به نظر می رسد جزئی مهم در کیهان باشند همان سیاهچاله ها هستند.
نام این شبیه سازی BHCosmo است و عملیات آن با سیستم Cray XT3 ٬ در مرکز ابرکامپیوتر Pittsburgh انجام شده است. محققان با انجام ۲۰۰۰ پردازش با این سیستم و در طی ۴ هفته توانستند این شبیه سازی را انجام دهند.
آنها کار را مطابق وضعیت اصلی تابش زمینه کیهانی آغاز کردند.سپس کار را با تحلیل ۲۵۰ میلیون ذره از مواد٬ و احاطه آن با نیروی گرانش حاصل از ماده تاریک ادامه دادند. محققان مشاهده کردند که چگونه ذرات و مواد هنگام انفجار و متلاشی شدن به شکل کهکشان ها و سیاهچاله ها در می آیند.
یکی از نتایج مهم این شبیه سازی بهم فشرده شدن سیاهچاله ها بود.در کهکشان ها نیز این موضوع مصداق داشت و آنها نظاره گر این فرآیند بودند چرا که سیاهچاله های فوق پرجرم در مرکز کهکشان ها واقع اند.
سرانجام آنها امیدوارند که در آینده با مشاهدات و نقشه برداری های با کیفیت تر بتوانند مدل بهتری از جهان را ارائه دهند که آن هم نیازمند کامپیوتر هایی قدرتمند تر است.
منبع : Universe Today
منبع no0jum.blogfa.com

گله سیاهچاله های مرکز کهکشان

حدود بیست هزار سیاهچاله در محدوده ای به قطر 3 سال نوری در مرکز کهکشان در حال گردش هستند



مانند فوج پشه ها که به شکل توده انبوهی در طبیعت به دور چیزی می گردند، فوجی از سیاهچاله های کوچک نیز در حال گردش به دور سیاهچاله ابر پرجرم مرکز کهکشان راه شیری، قرار دارند. طبق یافته های گروهی از اخترشناسان دانشگاه کالیفرنیا احتمالا چیزی حدود 20 هزار سیاهچاله با جرم ستاره ای در محدوده ای به قطر 3 سال نوری اطراف سیاهچاله مرکزی به جرم 3 میلیون برابر جرم خورشید در گردش اند. سیاهچاله های با جرم ستاره ای که حاصل مرگ ستاره های بسیار پرجرم اند، معمولا 5 تا 20 برابر جرم خورشید را دارند. اغلب وقتی این سیاهچاله ها عضوی از یک منظومه دوتایی نزدیک به هم باشند خود را زود بروز می دهند. مواد ستاره ای همدمشان که در قرص داغ برافزایشی اطراف آنها می ریزد، فوران هائی از پرتو ایکس تابش می کند. این گروه از اخترشناسان طی 5 سال، 7 فوران را ثبت کرده اند. همه آنها در محدوده ی 75 سال نوری از مرکز کهکشان قرار دارند و در کمال شگفتی 4 عدد از آنها در فاصله بسیار نزدیک 3 سال نوری از هسته اند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
با توجه به خصوصیات پرتو ایکس این اجرام، چگالی بسیار زیادشان در این محیط نشان می دهد که در این ناحیه کوچک از فضا، ده ها هزار سیاهچاله وجود دارد.( حدود 20 برابر بیش از آنکه پیش بینی می شد ) اجرام پر جرم طی فرایندی به نام " اصطکاک دینامیکی " در هسته راه شیری دور هم جمع شده اند. وقتی یک سیاهچاله به نزدیکی ستاره ای می رسد، ستاره در یک رقص مداری شتاب می گیرد و با سرعت به بیرون از محدوده ملاقات پرتاب می شود. در نتیجه سیاهچاله مقداری از انرژی مداری خود را از دست می دهد و کمی به سوی هسته نقل مکان پیدا می کند. اما، اگر سیاهچاله ای به یک منظومه ستاره ی دوتایی نزدیک شود یک ستاره را پرتاب می کند و خودش جای آن را می گیرد و به دلیل جذب ماده همدم، با تبدیل به دوتایی پرتو ایکس، قابل ردیابی می شود. اگر ستاره ها از نزدیکی یک سیاهچاله ابر پرجرم (محدوده ای به وسعت چند روز نوری) به بیرون پرتاب شوند می توان گفت که در آن نزدیکی، گله سیاهچاله های ستاره ای وجود دارند. احتمالا در آینده می توان آنها را با تلسکوپ های بزرگ زمینی کشف کرد چون گردش سیاهچاله ها، حرکت مداری ستاره های آن اطراف را آشفته می کند. شاید انجام این کار به 20 تا 30 سال رصد دقیق نیاز داشته باشد.

منبع AstronomyNews

ریزسیاهچاله ها در مرز بودن یا نبودن

سالهاست که دانشمندان در پی اثبات وجود سیاهچاله های ریزی هستند که


در قسمتی از کتاب علمی تخیلی لری نیون می خوانیم : " گروهی از دانشمندان بر روی مریخ در حال کاوش بودند که در جایی به مجموعه ای از ابزار ارتباطی بیگانگان بر می خورند. یکی از دانشمندان متوجه می شود که سیاهچاله بسیار ریزی درون دستگاه ها وجود دارد که انرژی آنها را تامین می کند. وی دستگاه محدود کننده انرژى سیاهچاله را از کار می اندازد. سیاهچاله از دستگاه ها بیرون آمده و به اعماق مریخ می رود. سپس با نیروی خود مریخ را از منهدم می کند و بعد از آن تهدیدی جدی برای منظومه شمسی به حساب می آید. " آیا این یک داستان علمی تخیلی است ؟ شاید نه. بر طبق تحقیقات یکی از محققان رصدخانه ای در اوکراین جهان در ابتدا می توانسته مملو از این سیاهچاله های کوچک باشد. این موضوع یافته ای جدید نیست. سالهاست که دانشمندان سعی می کنند که با فرضیات خود وجود این سیاهچاله ها را اثبات کنند و حاصل آنها را ماده تاریک بنامند. حتی زمین ما هم می تواند یک سیاهچاله باشد در صورتی که آن را به اندازه 2 سانتیمتر فشرده کنیم ! یک کوه هم می تواند سیاهچاله باشد در صورتی که آنقدر فشرده شود که ابعادی برابر با اتم هیدروژن داشته باشد !

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
چنين عجيب به نظر مي آيد كه در فضا سوراخ و در سوراخ سياهچاله ها وجود داشته باشند ! طبق نظريه نسبيت عام ، نيروهاي گرانشي از خواص فضا هستند. مسئله قابل توجه فقط اين نيست كه جسمي در فضا وجود دارد بلكه اين جسم مشخص كننده هندسه فضاي اطرافش مي باشد. انيشتين در اين مورد مي گويد: هميشه عقيده بر اين بوده اگر تمام ماده جهان معلوم شود، زمان و فضا باقي مي مانند، در حالي كه نظريه نسبيت تاكيد مي كند كه زمان و فضا نيز همراه با ماده نابود مي گردند. بنابراين ، جرم با فضا ارتباط دارد. هر جسمي باعث مي شود كه فضاي اطرافش انحنا پيدا كند. ما به سختي متوجه چنين انحنايي در زندگي خود مي شويم، زيرا با جرم هاي نسبتا كوچكي سروكار داريم. ولي در ميدان هاي گرانشي بسيار قوي ، مقدار انحنا ممكن است قابل توجه باشد. تعدادي از رويدادهايي كه اخيرا در فضا مشاهده شده اند، نشان مي دهند كه احتمال تمركز مقادير جرم در بخش هاي كوچكي از فضا وجود دارد. اگر ماده اي با جرم معين به اندازه اي متراكم شود كه به حجم كوچكي تبديل گردد و آن حجم براي چنين ماده‌اي بحراني باشد، ماده تحت تاثير گرانش خود شروع به انقباض مي نمايد. با انقباض بيشتر ماده ، فاجعه گرانشي گسترش مي‌يابد و آنچه كه فرو ريختن گرانشي ناميده مي شود، آغاز مي گردد. تمركز ماده در اين فرآيند افزايش مي يابد و طبق نظريه نسبيت ، انحناي فضا نيز به تدريج بيشتر مي گردد. سرانجام لحظه اي فرا مي رسد كه هيچ پرتوئي از نور ، ذره و نشانه فيزيكي ديگر نمي تواند از اين قسمت كه دچار فروريختن جرم شده ، خارج گردد. اين جسم به عنوان سياهچاله شناخته شده است. شعاع جسم در حال فرو ريختن كه به يك سياهچاله تبديل مي گردد، شعاع گرانشي ناميده مي شود. همانطور که گفته شد این شعاع برای زمین 2 سانتیمتر و برای یک کوه به اندازه ابعاد اتم هیدروژن است. تحقیقات درباره این سیاهچاله های ریز ادامه دارد.


منبع UniverseToday.Com

انواع سیاهچاله
ساده ترین نوع سیاهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها یک افق رویداد و یک فوتون کره دارد، از آن نمی توان انرژی استخراج کرد.
1ـ شوارتس شیلید:
ساده ترین نوع سیاهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها یک افق رویداد و یک فوتون کره دارد، از آن نمی توان انرژی استخراج کرد. شامل تکینگی، نقطه‌ای است که در آن ماده تا چگالی نامحدود در هم فرو رفته است.
2ـ رایزنر-نورد شتروم:
هم بار دارد و هم چرخش، می تواند دو افق رویداد داشته باشد، اما تنها یک فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی نقطه ای است که وجود آن در طبیعت نامحتمل است؛ زیرا بارهای آن يكدیگر را خنثی می کنند.
3ـ کر:
چرخش دارد، اما بار ندارد. بیضی و از بیرونی حد استاتیک است. منطقه تیره میان افق رویداد و حد استاتیک ارگوسفر است که می توان از آن انرژی استخراج کرد. ممكن است دو افق رویداد و دو حد استاتیک داشته باشد. دو فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی حلقه‌ای است.
4ـ کر-نیومان:
هم بار دارد و هم چرخش، همان سیاهچاله کر است، جز اینکه بار دارد، ساختارش شبیه ساختار سیاهچاله کر است. می‌توان از آن انرژی استخراج کرد. یک تکنیگی حلقه‌ای دارد.
به نظر پژوهشگران چهار نوع سیاهچاله - چنان که ذکر شد – ممكن است وجود داشته باشد. مهمترین موضوع درباره سیاهچاله آن است که بدانیم ماده در داخل سیاهچاله‌ای که حاصل آمده است, در نهایت به چه سرنوشتی دچار می شود؟
اختر فیزیکدانان می‌گویند: اگر مقداری ماده به داخل حفره سیاه از قبیل آنچه از یک ستاره وزین مرده به جای مانده است, بیندازید، نتیجه نهایی همواره به طور الزامي, یک چیز خواهد بود و تنها جرم، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای که جسم با خود حمل می کند, باقی خواهد ماند؛ اما اگر کل جهان به داخل حفره سیاه خود بیفتد - یعنی به شکل سیاهچاله در آید - دیگر حتی کمیاب بنیادی (جرم)، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای نیز ناپدید می گردد.

مطالعات جديد عنوان مي كنند زمانيكه ماده توسط سياهچاله بلعيده مي شود ، ممكن است به درون كيهاني ديگري كه داخل سياهچاله قرار دارد فرو بريزد يا درون گذرگاه كرم چاله مانندي كه به سياهچاله ديگري ارتباط دارد به دام بيافتد.
يكي از يزرگترين اسرار علم فيزيك اين است كه چه چيزي درون يك سياهچاله وجود دارد. فرضيه اي كه وجود سياهچاله ها را پيش بيني كرد – نسبيت عام- عنوان مي كند كه تمام مواد درون سياهچاله با فشرده شدن تبديل به يك نقطه مركزي با چگالي بينهايت مي گردند كه "تكينگي" ناميده مي شود. كريستين بوهمر از دانشگاه لندن مي گويد" اما بعد از آن همه چيز از نظر رياضي تجزيه و خرد مي شود. ما مي خواهيم كه اين "تكينگي" از پديده سياهچاله حذف شود".

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

پژوهشگران زيادي بر اين عقيده هستند كه يك فرضيه جديد و جهانشمول كه گرانش و تاثيرات كوانتمي را به هم پيوند دهد قادرخواهد بود اين موضوع را حل كند. فرضيه تار از شناخته شده ترين اين جايگزين ها مي باشد.

اما بوهمر و همكاران وي از فرضيه ديگري بنام " گرانش كوانتوم حلقوي" استفاده مي كنند كه رقيب فرضيه تار مي باشد. بر اساس اين فرضيه فضا-زمان بعنوان شبكه اي از حلقه هاي انتزاعي تعريف مي شود كه بخش هاي كوچكي از فضا را به هم متصل مي كنند.

قبلا از فرضيه گرانش كوانتوم حلقوي در مقابل ايده تكينگي استفاده شده بود. اين فرضيه پيشنهاد مي كند كه بجاي يك مهبانگ ، كيهاني اوليه دچار رمبش شده و سپس طي يك "جهش بزرگ" به سمت بيرون منفجر شد.

اطلاعات مفصل تر:

[space.newscientist.com/article/dn12853-black-holes-may-harbour-their-own-universes.html"]http://space.newscientist.com/article/dn12853-black-holes-may-harbour-their-own-universes.htmlL

منبع / نويسنده :

کد:

---

www.parssky.com

---

يك سال بعد از ارائه نظريه نسبيت عام توسط آلبرت اينشتين ،سال 1916م فلام متوجه شد
كه ازحل شوارتزشيلد معادلات اينشتين ميتوا ن جواب كرمچاله اي بدست آورد . اين نوع
كرمچاله ،«كرمچاله شوارتزشيلد » ناميده شد .



كرمچاله ها ساختارهاي فضازماني پل مانندي هستند كه دو ناحيه مجزا از يك فضا زمان يا
دوفضا زمان مجزا را به يكديگر وصل مي كنند . كرمچاله ها باعث كوتاه شدن مسافت و
زمان لازم براي رسيدن از يك نقطه به نقطه ديگر مي شوند .در دهه 1930م اينشتين و
روزن با استفاده از غوطه وركردن متريك شوارتزشيلد در فضاي استوانه اي ، معادله غوطه
وري يك كرمچاله گذر ناپذير وغير ايستا موسوم به « پل اينشتين - روزن » را بدست
آوردند .



يكي از جنبه هاي جالب كرمچاله ها ، استفاده از آنها براي انجام سفر در فضازمان است
. مي دانيم كه فاصله زمين تا نزديك ترين ستاره غير از خورشيد ، حدود 4سال نوري مي
باشد . يعني نور با سرعت 300 هزار كيلومتر بر ثانيه حدود 4 سال طول مي كشد تا به
اين ستاره برسد . حال ما با تكنولوژي امروزه ممكن است بيش از يك ميليون و سيصد هزار
سال طول زمان نياز داشته باشيم تا به اين ستاره برويم كه براي انسان امر غير ممكني
است . بنظر مي رسدكه با فرض وجود كرمچاله ، مي توان از يك طرف وارد آن شد و تقريبا
بلافاصله پس از خروج از طرف ديگر ، در ناحيه اي دوردست از جهان سردرآورد . در اين
طرح امكان سردرآوردن از جهاني ديگر نيز وجود دارد .



بعضي افراد به اشتباه سياهچاله ها را به عنوان ابزارهايي براي مسافرت هاي فضايي مي
شناسند . اما بايد بدانيم كه سياهچاله ها داراي افق هستند و وقتي جسمي ، حتي نور ،
وارد آنها شد ، علاوه بر نابودي ، امكان خروج برايش وجود ندارد . امم برخي از
كرمچاله ها اين امكان را به ما مي دهند كه بدون صدمه ديدن از آنها عبور كنيم .



در اين مقاله ضمن آشنايي با اين ساختارها ، امكان عبور از آنها را نيز بررسي مي
كنيم .



هندسه يك كرمچاله :



يك كرمچاله در صورت وجود ، خود بخشي از فضازمان چهار بعدي عالم مي باشد . همانطور
كه مي دانيد اينشتين در سال 1905 م ثابت كرد كه جهان تنها از سه بعد فضايي تشكيل
نشده و زمان صرفآ يك پارامتر در حال تغيير نيست . بلكه زمان خود نيز به عنوان بعد
چهارم عالم به حساب مي آيد . در اين فضازمان چهار بعدي ، كرمچاله ها مي توانند
سوراخي به جهاني ديگر يا ناحيه اي ديگر از همين جهان باشند . پس بايد در نظر داشته
باشيم كه اين اجسام چهاربعدي هستند و ما تنها براي ساده سازي آنها را به صورت دو
بعدي نشان مي دهيم .



به عنوان مثالي ساده ، يك صفحه كاغذ تخت را در نظر بگيريد كه از چهار طرف تا فواصل
بسيار دور گسترده شده باشد . هر دو طرف صفحه كه آنها را « رو » و « زير » صفحه مي
ناميم ، بطور مستقل يك فضاي دوبعدي راتشكيل مي دهند كه مي توانيم آن را يك جهان
دوبعدي فرض كنيم . ساكنان اين جهانها خود موجودات دو بعدي هستند . واضح است كه اين
دو جهان هيچ ارتباطي با هم ندارند و ساكنان آنها از وجود همديگر بي خبرند .اكنون
تصور كنيد يك سوراخ دايره اي در اين صفحه ايجاد شود . به اين ترتيب دو جهان بطور
پيوسته با هم ارتباط دارند . ما اين حفره تونل مانند را يك كرمچاله مي ناميم .



حال بيائيد به جاي يك سوراخ ، دو سوراخ درصفحه ايجاد كنيم . سپس لبه هاي اين دو
سوراخ را بكشيم تا به صورت دو لوله درآيد وبا ادامه دادن اين كار دو لوله را به هم
وصل كنيم. اين نيز يك كرمچاله است . با اين تفاوت كه بر خلاف حالت قبلي دو ناحيه از
يك جهان را به هم وصل مي كند . در حالتي كه فضاي ما خميده باشد مسافرت از طريق اين
كرمچاله بسيار سريع تر امكان پذير است . چون مسافت كوتاهتر است .



اگردر هر يك از دو ورق تخت موازي نيز يك سوراخ ايجادكنيم ، با كشيدن لبه هاي سوراخ
و رساندن دو لوله ايجاد شده به هم مي توانيم يك كرمچاله ايجاد كنيم كه صفحه بالايي
يكي از ورق ها را به صفحه پائيني ورق ديگر وصل كند . تا اينجا تا حدودي با هندسه
كرمچاله آشنا شديم . در مقاله بعدي با ساختار يك كرمچاله آشنا خواهيم شد .

شايد يكي از چالش هاي بزرگ اختر فيزيك در اين قرون موضوع جذاب سياهچاله ها باشد . [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] آنسوي افق رويداد بر هيچ شخصي مشخص نيشت . شايد در آن سوي آن فضايي عميق پنهان شده باشد ، شايد اين فضا آن حد بزرگ باشد كه براي انسان قابل تصور نباشد . انسان از گذشته مي دانسته كه زمين كروي بوده و به عبارت بهتر مسطح نبوده و در واقع خميده مي باشد ، به عبارت ديگر كره اي است كه لبه ندارد. ما از روي آن نمي افتيم زيرا نيروي سحرآميز گرانش هركس و هرچيزي را محافظت مي كند تا به سطح سيارات ديگر نيافتد .

پس از آنكه نسبيت آلبرت اينشتن پا به عرصه نهاد به اين موضوع پرداخته شد كه فضا خودش خميده است. حالا ما مي دانيم كه سفر به درياي بيكران فضا كه ما به آن جهان مي گوئيم در واقع به مكاني ژرف و عميق است و اگر مسافري بدون اطلاع به آن سفر كند ممكن است به داخلي اجرامي فوق العاده عظيم سقوط كند و زندگي را براي هميشه وداع گويد و با يك ريسك جانش را از دست بدهد . او به دروني افقي كاملا" مخفي سقوط مي كند و ما هنوز به طور كامل نمي دانيم كه برايش چه پيش مي آيد اين افق وحشتناك متعلق به سياهچاله است .

گرانش مهلك

يك سياهچاله يك جسم متناقض كيهاني است . يك ستاره تاريك ، يك جسم كاملا" نا مرئي ، يك زندان براي نور . اين جسم يك مرز دارد كه هر چيز وارد آن شود بازگشتي نخواهد داشت ، ما اين مرز را افق رويداد مي خوانيم . يك كره كه هر چيز وارد آن شود براي ابديت اسير آن مي شود ، مكاني كه ديگر امكان فرار از آن نيست . جايي كه در آن سطح جامد وجود ندارد . در اين هنگام هر چيز حتي نور مكيده مي شود و فقط يك گردات ژرف گرانشي مشاهده مي شود ، اين اجرام بسيار بي رحم هستند و هرجيز را كه به طرفشان بيايد جذب مي كنند ، در واقع آن جسم را براي هميشه از آمدش پشيمان مي كند . ما از مركز كه تكينگي خوانده مي شود اطلاعات چنداني نداريم ولي مي دانيم كه در آنجا گرانشي مهلك حكم فرما است .

چهره ي اين اجرام هميشه مخفي و پوشيده است . تكينگي آنها هميشه به صورت نقطه اي است كه نيروي گرانش فوق العاده اي در آن متمركز شده است . همه ي اجرام و امواج الكترومغناطيسي و انرژي كه در سياهچاله فروافتاده اند در نقطه اي فوق العاده كوچك و فوق العاده چگال فشرده شده اند و گرانشي نا متناهي ايجاد مي كنند . سياهچاله ها عموما" گازهاي ميان ستاره را حريصانه قورت مي دهند . فضا از وجود اين اجرام متلاطم است و هم چنين زمان از جود آنها فشرده مي شود تا اينكه متوقف شود . چون نور نمي تواند از افق رويداد سياهچاله عبور كند ما آن مكان را لبه جهان فرض مي كنيم .

مختصري از داستان گرانش

مفهوم گرانش : اين نيروي نامرئي كه بر زندگي ما مسلط است و ما را بروي زمين نگاه مي دارد . اين نيرو براي مدتها طولاني انسان هاي بزرگ را كشفش به مبارزه طلبيده است . حتي روزي كه گاليله در بالاي برج پيزا كه كج است به مشاهده مي پراداخت اين سؤال برايش پيش آمد كه چرا اجسام به سوي پائين سقوط مي كنند . گاليله تعجب كرد كه چرا اجرام سنگين و اجرام سبك با يك زمان يكسان به سطح زمين مي رسند . همچنين از اين موضوع كه چرا سيارات در راهشان به حركت مي پردازند حيرت كرد . زماني كه كشفيات خود را در مورد سيارات بيان كرد او را به اين جرم كه در قوانين كليسا بدعت گذاري كرده است دستگير كردند و در دادگاه هاي خود محكوم كردند . اين كه چرا آنها اين كار را كردند بحثي كاملا" مجزا است كه در اين مقال نمي گنجد . او سرانجام در سال 1642 در فلورانس زماني كه سعي مي كرد كه نشان دهد گرانش عامل اين امر است درگذشت .

در يك كريسمس چارچوب گرانش به دست دانشمند بزرگ سر ايزاك نيوتن نهاده شد . او با 28 ماه انديشه ي پياپي توانست حساب ديفرانسيل و انتگرال را كشف كند . سپس طبيعت نور را مورد مو شكافي قرار داد و با اين تلاش ها توانست قوانين حركت سيارات را وضع كند . هرچند كه امروزه مكانيك كلاسيك كه بيشتر قوانين آن به وسيله نيوتن وضع شده بود تا حد زيادي از فيزيك كنار رفته است . زيرا بعضي از كميت ها همانند نور و جرم را مطلق مي دانست و با اين گونه روابط بعضي از پديده ها قابل شرح نبودند . و سر انجام يك روز وقتي كه در حال استراحت بود و فنجان چاي را مي نوشيد مشاهده كرد كه از درخت به زمين افتاد ؛ در اين هنگام رشته افكاراتش قطع شد و در زمينه ي گرانش به فكر فرو رفت .

در ذهنش اين سؤال ها تداعي مي شد كه چرا سيب به طور مستقيم سقوط كرد ؟ آيا آن مي خواهد به مركز زمين رود ، جايي كه كانون نيروي گرانش است . با اين افكارات به اين مووضع پي برد كه هر يك از سيارات و حتي خود خورشيد داراي گرانش هستند ؛ او گفت كه در بين هر دو جسم داراي جرم در عالم گرانش وجود دارد در واقع او گفت كه هر جسم داراي جرم گرانش دارد . هم چنين او گفت كه هر چه جرم جسم بيشتر باشد گرانش آن بيشتر است . بنابراين به اين سؤال پاسخ داده شد كه چرا سيارات به دور خورشيد مي چرخند .

در پايان آلبرت اينشتن در سال 1919 با ارائه ي تئوري نسبيت عام خود كه در آن از معادلات بسيار پيچيده رياضي استفاده كرده بود گفت كه گرانش اثر هندسي جرم بر فضا اطراف خود است . به اين ترتيب براي نخستين نظريه اي كامل گرانش را شرح داد .

ستاره هاي تاريك

در سال 1784 جان ميشل دانشمند بزرگ ولي فراموش شده ي قرن 18 كه كشيش نيز بود ؛ ( در تاريخ علم دانشمندان بزرگي مشاهده مي شوند كه بدون اقتضا به شغل شان كارهاي فوق العاده كرده اند ؛ مثلا همين آقاي ميشل كه مطالعاتش چندان مناسبتي با شغلش نداشت ) از سرعت گريز بعضي از اجرام تعجب كرد ( سرعت گريز حداقل سرعتي است كه نياز است تا از سطح يك سياره يا يك ستاره جدا شويم ، در واقع سرعتي است كه يتوانيم از گرانش آن فرار كنيم ) ؛ او مي دانست كه گرانش يك جسم به جرمش بستگي دارد ، همچنين اين موضوع را مي دانست كه سرعت نور بسيار زياد است ولي با اين حال متناهي است . او از اين موضوع تعجي كرد كه خورشيد با اين جرم باز هم قادر نيست نور را در سطح خود نگه دارد و نور از سطح آن مي گريزد ( مي دانيم كه سرعت نور 299792 كيلومتر بر ثانيه است كه آن را 300000 كيلو متر بر ثانيه فرض مي كنند و از اين سرعت تقريبي بيشتر استفاده مي كنند ) . ميشل پاسخ به اين صورت استنباط كرد كه اگر خورشيد در همين اندازه بود ولي جرمش 500 برابر بود نور نمي توانست از سطح خورشيد بگريزد زيرا در اين صورت گرانش آن بسيار مي شد . چند سال بعد رياضدان بزرگ فرانسوي لاپلاس به طور مستقل تنيجه را به طور يكسان شرح داد و بدين ترتيب مفهوم ستاره تاريك زاده شد .

جهان حفره ها

سياهچاله ، اين اجرام نادر و عجيب ، را مي توان نتيجه ي تفكرات جوان باهوش آلماني كه در سال 1919 در دفتر ثبت اختراعات سوئيس مشغول به كار بود دانست . آلبرت اينشتن در سال 1919 تئوري نسبيت عام خود را كه انقلابي عظيم در فيزيك نوين بود را ارائه كرد . آلبرت اينشتن پي برده بود كه جهان اساسا" در مكان هاي متفاوت نسبت به قوانين نيوتن قابل توضيح نيست . او گفت كه سه بعد از فضا نمي توانند به صورت مجزا از بعد چهارم يعني زمان باشند . او گفت كه اين ها با هم پيوسته هستند و آنها فضا – زمان ناميد . اين ساختار همانند يك ساختار نامرئي است كه در واقع وجود دارد . او گفت كه فضا نمي تواند مطلق باشد ، بلكه پيوسته است . اين بافت فضا زماني مي تواند خميده شود و يا اينكه پيچ و تاب پيدا كند .

اين بافت كه مي تواند جالب باشد فقط در صورتي مي تواند مسطح و صاف باشد كه هيچ چيز در روي آن وجود نداشته باشد . اگر جسمي جرم دار در روي آن وجود داشته باشد گرانش نيز وجود دارد ؛ و هر جا كه گرانش وجود داشته باشد اين بافت فضا – زمان خميده مي شود . اين خميدگي اين بافت براي اجرام حكم مي كند كه چگونه حركت كنند ، در واقع مي گويد كه گرداگرد اين فضا – زمان خميده به سير و سفر بپردازند . همانطور كه در بخش گرانش گفتيم گرانش در تئوري نسبيت عام اثر هندسي جرم بر فضا ي اطراف خود است . اگر بخواهيم كمي ساده تر توضيح دهيم همين خميدگي عامل ايجاد گرانش است .

اينشتين براي تصور اين واقعيت فرض كرد كه كاغذي دارد و آن كاغذ را ساختار فضا – زمان فرض كرد . او جسمي سنگين را در روي آن ماغذ قرار داد ( آن جسم را خورشيد در نظر گرفت ) و ديد كه در ساختار كاغذ خميدگي و فرو رفتگي ايجاد شده است . او گفت كه اين فضا زمان خميده گرانشي توليد مي كند كه هرچه اين خميدگي بيشتر باشد گرانش نيز قوي تر خواهد بود . سرانجام در جهان اجرامي وجود دارند كه اين خميدگي را به نهايت خود مي رسانند و تمام مسيرها را به سوي خود خم مي كنند و اين اجرام حقيقتا" سياهچاله هاي كيهاني هستند .

تولد ستاره

براي فهم مقياس بزرگ در جهان ما بايد به مقياس هاي بسيار كوچك را درك كنيم . با باز كردن زندگي يك ستاره ما مي توانيم زاده شدن يك سياهچاله را به خوبي درك كنيم .

ستاره ها زماني پديد مي آيند كه ابري فوق العاده بزرگ از غبارهاي كيهاني و هيدروژن در زير بار گرانش خود فشرده شوند . در اين صورت گرانش به همراه افزايش چگالي فزوني مي يابد و بدين ترتيب فضا – زمان خميده و خميده تر مي شود . پس مدتي گاز هيروژن در هسته متراكم مي شود و در اين تراكم شديد اتم ها با يك ديگر برخورد مي كنند و دماي آن ها رفته رفته افزايش مي يابد . زماني كه دماي هسته به 10 ميليون درجه رسيد ، پروتون هاي هيدروژن در پي واكنش هاي زنجيره اي هم جوشي هسته اي به هليوم تبديل مي شوند . در هنگام اين واكنش ها مقداري از جرم نا پديد مي شود كه تبديل به انرژي و امواج الكترومغناطيسي همچون نور مي شوند . در اين صورت يك جسم كه همچون يك لامپ غول پيكر كيهاني است پديد آمده است و اين آغاز زندگي يك ستاره است . هر ستاره اي كه ما در آسمان مشاهده مي كنيم در هسته اش واكنش هاي عظيم هم جوشي رخ داده است تا اين نور توليد شود و به ما برسد . هنگامي كه ستاره همانند خورشيد درخشان و نوراني مي شود ، گرانش آن سعي مي كند تا ستاره را هم چنان منقبض كند و در خود فرو كشد . اما واكنش هاي عظيم هسته اي كه در هسته ي ستاره انجام مي شوند انرژي عظيمي توليد مي كند و همين انرژي از در هم كشيده شدن ستاره و فروريختن آن جلوگيري مي كند. زماني كه ستاره مورد نظر(بسته به جرمش) سوخت خود را در چند ميليون يا چند ميليارد سال مصرف كرد و تمام هيدروژن ها به هليوم تبديل شدند ستاره وارد مرحله ي جديد زندگي خود مي شود در اين هنگام ستاره سعي مي كند تا هليوم توليد شده را به عناصر سنگين تر همانند آهن تبديل كند ولي اين واكنش ها چندان انرژي زيادي را توليد نمي كنند تا با گرانش به مقابله بپردازد . سر انجام پس از مدتي گرانش پيروز مي شود و اين پايان زندگي يك ستاره است . در اين هنگام ستاره نسبت به جرمش مي تواند به سه حالت 1- كوتوله سفيد 2- ستاره نوتروني 3- سياهچاله تبديل شود .

فشردگي عظيم

سرنوشت نهايي يك ستاره به جرمش وابسته است . خورشيد ما در نيمه ي عمر است ، يعني حدود 5 ميليارد از سن خود را سپري كرده است و براي بقاياي حيات به ميزان پنج ميليارد سال ديگر سوخت دارد . اما در زمان هاي دور واقع در آينده پس از اتمام سوخت خود لايه ي بيروني خود را به بيرون خواهد انداخت . بدين ترتيب گرانش هسته را به شدت فشرده مي سازد و تا حدي اين كار را انجام مي دهد و به جايي مي رسد كه توانايي ادامه ي ادامه ي آن را ندارد . در اين صورت جرمي پديد مي آيد كه كوتوله سفيد ناميده مي شود . باقي مانده ي هسته يكصد هازار برابر از زمين فشرده تر است .

بيشتر ستاره هاي عظيم سريع تر سوخت خود را مي سوزانند و در نتيجه عمران آنها نيز كوتاه تر از حد انتظار خواهد بود . يك ستاره به جرم ده برابر خورشيد ممكن است تنها ميليون ها سال عمر كند و زندگي آن به ميليارد سال نمي رسد . چنانكه فروريختن آن آغاز شود ماده ي موجود در آن زير فشار گرانش له مي شود . در اين حالت هسته در حدود 50 ميليارد درجه حرارت دارد ، در چنين حرارتي هسته تنها چند ثانيه واكنش مي دهد و سپس به سبك سوپر نوا منفجر مي شود .

سوپرنوا نوعي انفجار عظيم كيهاني است . در پي اين واقعه ي كيهاني مقدار زيادي ماده به محيط ميان ستاره اي دميده مي شود . در اين گونه ستاره ها واقعا" از درون متلاشي مي شوند و پي از آن اتم هاي هسته در زير بار گرانش به هم مي ريزند و الكترون هاي آنها به پروتون ها متصل مي شوند و توليد ذره ي زير اتمي ديگري به نام نوترون مي نمايند . در نتيجه ستاره نوتروني پديد مي آيد كه جرمش حدود 5/1 برابر خورشيد است ولي اين جرم عظيم تنها در در يك كره فشرده شده كه ضخامت اين سر تا آن سرش تنها 20 كيلو متر است .

دانشمندان ثابت كرده اند كه ستاره هاي نوتروني واقعا" وجود دارند ، زيرا آنها سيگنال هاي خاصي را از خود ساتع مي كنند درست همانند هشدار فانوس دريايي به ساحل . يك ستاره ي نوتروني امواجي خيره كننده ساتع مي كنند ؛ اين امواج توسط ميدان مغناطيسي عظيمش كه بيش از يك ترليون برابر از ميدان مغناطيسي زمين قوي تر است توليد مي شود . اين چنين ستاره هاي نوتروني را پالسار مي خوانند . همچنين ستاره شناسان با دريافت اين امواج از فضاي تاريك ديگر ترديدي از وجود آنها را در خود راه نمي دهند .

پيروزي نهايي گرانش

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

يك ستاره ي نوتروني در برابر فشار عظيم گرانش در برابر فشرده شدن مقاومت مي كند . اما اگر باقيمانده ي هسته پس از انفجار بيش 3 برابر خورشيد جرم داشته باشد ، آنگاه ديگر شرايط كاملا" متفاوت مي شود . در اين شرايط حتي نوترون ها از فشار بي وقفه ي گرانش نمي توانند در امان باشند . نوترون ها در بي خبري هم چنان فشرده مي شوند و هسته ي ستاره در زير بار گرانش در فضاي خودش از پاي در مي آيد و از شكل مي افتد و در اين صورت جرمي بسيار ترسناك مي شود . يك فرم تاريك كه در قلب ستاره ها قرار داشته است و حال بي وقفه حركت مي كند و از فضاي اطراف خود مواد را مي مكد و آن را به درخشش وا مي دارد . اين اجسام گرسنه همان سياهچاله ها هستند كه در آنها گرانش به پيروزي نهايي رسيده است . هر چيز كه به محدوده ي جادويي آن وارد شود برايش بازگشتي نخواهد و نخواهد توانست تا بگريزد و سرانجام آين جسم قورت داده مي شود .

آن سوي تاريكي

لبه ي سياهچاله را افق رويداد مي خوانند زيرا همه ي رويداد آن سوي آن بر ما پوشيده است و بر ما نامرئي است و فقط تا جايي ما حق مشاهده داريم كه افق رويداد وجود دارد . در برخي از سياهچاله ها ممكن شعاع افق رويداد تنها چند كيلومتر باشد . هرگاه ستاره اي در مداري دوتايي با سياهچاله اي قرار گيرد هر از چند گاهي مقداري از گازهاي خود را براي سياهچاله پرتاب مي كند و سپس سياهچاله آنها را به وسيله ي تكينگي مي ربايد ؛ همانطور كه گفته شد تكينگي نقطه اي است كه در آن چگالي بي نهايت است ، در واقع جرم آن بي نهايت است ولي حجم آن بسيار بسيار كوچك است .

تكينگي جايي است پايان علم است و دانشمندان تفكر در زمينه ي آن را آغاز كرده اند . در اين مكان موجوديت فضا و زمان متوقف مي شود و جايگزين آن جرم آشفته و خروشاني مي شود كه آن را اسفنج كوانتومي مي نامند . دانشمندان حدس مي زنند اين نقطه جايي باشد كه قوانين اينشتين و نسبيت و مكانيك كوانتوم شكسته مي شود . اين حوضه ي چيزي است كه كوانتوم گرانشي ناميده مي شود ، در اين مكان از يافته هاي بسيار پيشرفته ي رياضي استفاده مي شود .

گفته مي شود كه تكينگي وجود داشته است كه جهان از آن آغاز شده است . در بسياري از راه هاي يك ستاره به تكينگي يك سياهچاله فرومي ريزد و اين معكوس بيگ بنگ است . ما نمي دانيم كه در آن سوي افق رويداد چه مي گذرد شايد در آن سويش جهاني هم چون جهان ما پنهان باشد و شايد حتي اين جهان نمونه اي از جهان هاي موازي خود باشد .

سياهچاله يا فيل سفيد

اينشتين خود به شخصه قادر نمي توانست باور كند كه سياهچاله هاي نامرئي در جهان ما واقعا" وجود دارند و آنها نتيجه معادلات خودش نيز مي باشند . امروزه اما امروزه دانشمندان با شناسايي تعداد زياد سياهچاله در درون و بيرون كهكشان راه شيري دليلي ارائه كرده اند كه پيش بيني ها اينشتين و نسبيت او درست بوده است .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

يك سياهچاله شكار خود را با استتار استادانه ي خود به دست مي آورد ، جايي كه از تاريك ترين جاهاي كيهان است . براي جستجوي يك سياهچاله اول شما بايد يك ستاره ي مرئي را بيابيد كه در مدار يك سياهچاله به دام افتاده است ؛ سپس شما بايد چگونگي حركت ستاره را مورد مطالعه قرار دهيد . جان ويلر يك توصيف زيبا را براي رقص اين دو جسم در فضا گفته است : « مانند يك مرد سنگين كه چيز سياهي را پوشيده و نا مرئي است مي تواند به راحتي يك زن را كه لباسي روشن و نوراني را پوشيده است به دور خود بچرخاند . ستاره شناسان به نور ستاره اي كه در مدار يار تاريك خود اسير است توجه مي كنند .

يكي از بهترين نماينده ها براي اين امر ستاره است كه V404 گايگني ناميده مي شود . محاسبات نشان داده است كه همدم مستتر V404 دوازده برابر خورشيد جرم دارد . البته هنوز مجموع جرم آن به طور كامل مشخص نشده است . اما مدار هر سياهچاله براي به دام انداخت يك سياهچاله بايد نامرئي باشد . يكي از اين سياهچاله ها مي توانند در كمين ستاره اي پنهان شده باشد .

جاروبرقي كيهاني

اگر چه سياهچاله چنان قدرتي دارد كه مي تواند تمام اجرام را اعم از غبار و گاز را همانند جاروبرقي به درون بكشد ولي توانايي شكار كردن را ندارد . اين چيزي برخلاف اعتقادات ما است . ولي شايد اگر اين مووضع را بدانيم بهتر به درك اين مطلب كمك مي كند . اگر ما در جاي خورشيد خودمان در مركز منظومه ي شمسي سياهچاله اي با همان جرم قرار دهيم نخواهد توانست را زمين را مدار زمين را جذب خود كند و فقط ما از نور خورشيد محروم خواهيم شد .

اليته شما مي توانيد از زمين خارج شويد و رويداد هاي جالبي را تجربه كنيد شما پس از نزديك شدن به افق رويداد كشيده مي شويد و لاغر به نظر مي آييد در اين صورت شما مي توانيد پاهاي خود را با طول به اندازه ي چند كيلومتر بيابيد . پس از ورود به افق رويداد شما به ذرات بنيادي تجزيه مي شويد و در پرده ي تاريكي از نظرها ناپديد مي شويد .

همانطور كه گفته شد پس از ورود به افق رويداد شما هرگز ديده نخواهيد شد ، زيرا زمان اتساع مي يابد و فوتون هاي حمل كننده ي تصوير شما نيز در دام چنين گرانش عظيمي خود را گرفتار مي بينند و بسيار تقلا مي كنند تا بدن شما را ترك كنند و به بيرون روند هرچند كه چنين چيزي امكان پذير نيست يعني از يك ميليون سال هم تلاش كند نمي تواند .

قلب تاريكي

بيشتر ستاره شناسان اين امر را تصديق مي كنند كه سياهچاله هاي سنگين وزن در مركز كهكشان هايي همچون راه شيري هستند . آخرين برآوردها نشان مي دهد كه اين گونه سياهچاله را فوق العاده بزرگ يا سنگين مي نامند كه در كيهان موجود مي باشند .

در دهه ي 1950 با تلسكوپ هاي نوري امواج بسيار قوي دريافت كردند و آنها را با تلسكوپ هاي راديويي مورد مطالعه قرار دادند . منابع جستجو شده همچون ستاره نوراني بودند و امواج بسيار قوي كه آن را با نام " جت " مي شناسيم را از خود ساتع مي كردند . اين ها نخستين اجرامي بودند كه شناسايي شدند و سپس كوازار يا منابع راديويي شبه اختري نام گذاري شدند .

كوازار ها در قلب فعال كهكشان فعال قرار مي گيرند و گازهاي بسيار داغي كه به گرد آن به چرخش در مي آيند با سرعتي نزديك به سرعت نور به چرخش در مي آيند و درخشنده مي شوند . جت هاي عظيم ذرات باردار جريان هزار سال نوري هستند كه به بالا و پائين فضا راه مي يابند ، درست همانند محور چرخ ها در اتومبيل . و همچون موتوري كه تمام فعاليت ها به طور پنهاني در آن انجام مي گيرد . با اين تفاوت كه در مركز كهكشان سياهچاله بسيار كوچك و فوق العاده چگال و فشرده است . در سياهچاله هاي سنگين تر گازهاي در دور آنها با سرعت بيشتري مي چرخند . دانشمندان با تخمين هايي كه زده اند اين گونه كهكشان پنج هزار ميليون برار خورشيد جرم دارند .

فرضيه ي ساخته شدن اين كهكشان ها وسياهچاله هايشان بدين صورت است كه مي گويد اين كهكشان هاي از چرخش عظيم ابري از گاز به وجود مي آيد كه همين ابري پس از مدتي تبديل به ميليون ها و يا ميليارد ها ستاره مي شود ؛ در مركز جايي كه گاز ها متمركز شده است ماده ي كافي براي ساخته شدن ميليون ها و يا ميليارد ها ستاره وجود دارد و پس مدتي اين ها دست خوش تغييراتي مي شوند كه توسط گرانش فرومي ريزند و سياهچاله اي فوق العاده بزرگ را پديد مي آورند . در صورتيكه همان حفره ي ايجاد شده هنوز در مركز كهكشان ها قرار دارد و از گازها مصرف مي كند . پس از مدتي كه تمام ستاره ها را بلعيد سياهچاله به حالت خاموشي و آرامي فرو مي رود . و نسبتا" به آرامي هسته ي كهكشان را ترك مي كند . اين تئوري درست است زيرا در حال حاضر سياهچاله ها در مركز كهكشان ها قرار دارند .

آينده در درون سياهچاله

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

فرض كنيد شما يك فضا نورد باشيد و يك قدم به لبه ي سياهچاله يا همان افق رويداد فاصله داريد . اگر كمي در زمينه ي آناتومي سياهچاله ها مطالعه داشته ايد حتما" مي دانيد كه در نمودار پن روز راهي وجود دارد كه از آن طريق مي توان به سياهچاله وارد شد و از جهاني ديگر كه به جهان موازي معروف است ملحق شد . در ابتدا اگر نمودار پن روز را مشاهده كنيد شايد كمي به نظرتان مشكل آيد ولي در كل ساده است . شما پس از ورود به آن راه وارد سياهچاله مي شويد و پس از مدتي از يك جسم ديگر كه سفيد چاله نام دارد بيرون پرت مي شويد ؛ كاربرد سفيد چاله دقيقا" عكس كاربرد سياهچاله است يعني اينكه بر خلاف سياهچاله هر چيزي را از خود مي راند . شما پس از خروج از اين سفيد چاله وارد جهاني ديگر شده ايد كه ممكن است زندگي در آن جريان داشته باشد و آن زندگي شايد اندكي با زندگي ما تفاوت كند . خلاصه شما حالا در جايي ديگر به غير از اين جهان هستيد .

منبع: هوپا

اين انيميشن هاي زيبا اطلاعات بيشتري درباره چگونگي تشكيل سياه چاله ها و خصوصيات آنها در اختيار شما قرار ميدهد.

کد:

---

http://www.thinktechnologies.com/portfolio/demos/Blackhole.swf

---

کد:

---

http://www.pbs.org/wgbh/nova/blackhole/form-flash.html

---

کد:

---

http://www.sciencedaily.com/videos/2006/0910-black_holes_light_up.htm

---

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

حفره سياه

بررسي وقايع روي داده در اطراف يك سياه چاله از كارهاي جالب براي اغلب اختر شناسان حرفه اي در مراكز بزرگ تحقيقاتي در جهان بوده است. چرا كه اين اجرام ، با اجرام ديگري كه ما مي شناسيم بسيار متفاوت بوده و اين تفاوت موجب ايجاد حس كنجكاوي بسياري در ميان دانشمندان شده است.

ذراتي كه از اطراف اين اجرام به بيرون پرتاب مي شوند بسيار پر انرژي هستند. همچنين طيف الكترومغناطيس گسيلي آنها از محدوده ي امواج راديويي تا اشعه ي x و نيز كاملاً در بر مي گيرد. اين امواج انرژي زيادي دارند و تنها منبع ايجاد چنين تشعشات ، اجرام بسيار سنگين و چگال مي توانند باشند كه همچون يك شتابدهنده ، ذرات را به بيرون پرتاب مي كنند . بايد توجه داشت كه گسيل اين ذرات و انرپي در تمام سطح سياه چال صورت نمي گيرد؛ و مكان هاي خاصي براي گسيل اين ذرات و اين فوتون ها وجود دارد. علت اين امر هم چگال بودن بيش از اندازه ي اين اجرام است كه تغييرات شديدي در فضاي اطراف خود ايجاد مي كنند.

در توضيح اين مطلب بايد گفت كه فضاي اطراف يك سياه چاله با فضاي دور تر از آن و نيز با فضاي اطراف يك جرم كوچك مثل زمين بسيار متفاوت دارد اين تفاوت ويژگيهاي خاصي را نيز براي سياه چاله ايجاد مي كند. براي مثال بايد گفت چيزي كه امروزه فيزيكدانان از آن به عنوان افق رويداد سياه چاله نام مي برند همان تفاوت فضا زماني اطراف يك حفره ي سياه است. در توضيح افق رويداد سياه چاله هم بايد گفت فضايي در اطراف سياه چاله است كه فضا و زمان در دوسري آن بطور فاحشي متفاوت هست.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

حال با توجه به اين توضيحات مي توان ايجاد حفره هاي عميتاً فضايي در اطراف سياه چاله ها را توضيح داد. چون حفره فضايي در اثر كشيدگي بيش از اندازه ايجاد و مي شود و اين كشيدگي را نيروي گرانش سياه چاله فراهم مي آورد. حال در زير اين پديده را بطور كامل تر توضيح مي دهيم:

با پايان يافتن عمر يك ستاره هنگامي كه اين ستاره با يك انفجار ابر نو اختري بزرگ مواجه مي شود و مداد سنگين به طرف مركز رانده شده و شديداً متراكم مي شوند. نيروي گرانشي فوق العاده قوي ايجاد مي شود و مقداري از گازهاي رانده شده دوباره جذب مي شود . اين گازها در اثر نيروي گرانش شديد سياه چاله ي ايجاد شده شديداً بر گردش در مي آيد در كنار اين خود سياه چاله نيز به دوران در مي آيد. اين دوران بسيار سريع موجب مي شود نيروي مركز گراي كشنده به طرف قطب هاي سياه چاله متمركز شود .

چنان چه مقدار زيادي از گازهاي اطراف به طرف دو قطب به حركت در مي آيند و در آنجا با سرعت زيادي گردش مي كنند . در اين هنگام كه دوران سياه چاله اندكي ; شدت مي گيرد و بطور كامل رمبيده مي شود نيروي گرانشي شروع به كشيدن فضاي اطراف سياه چاله در مكاني كه اندكي از افق رويداد سياه چاله دورتر است مي كند. اين كشيدگي در قطب هاي سياه چاله بطور بسيار محسوسي انجام مي گيرد . به گونه اي كه در يك لحظه دو حفره ي بسيار عميق كه عمق آن ها هم اندازه و جرم سياه چاله بستگي دارد بطرف سياه چاله ايجاد مي شوند اين دو حفره كه در دو قطب سياه چاله ايجاد مي شوند ذرات را به درون سياه چاله فرو مي برند . ذرات كشيده شده در مكان هايي نزديك به سياه چاله به سرعت نور نزديك مي شوند. اين ذرات شتاب گرفته به چند حالت مختلف در مي آيند يا توسط سياه چاله بلعيده شده و جذب مي شود كه در كنار آن زماني كه به سرعت نور نزديك شدند انواع امواج الكترومغناطيسي را دز طول موج هاي مختلف گسيل مي كنند . بايد توجه داشت چون اين ذرات بطور خاص فقط از درون حفره عبور مي كنند؛ فوتون هاي گسيلي آنها هم در امتداد اين حفره حركت مي كند و بصورت متمركز از درون حفره يا به بيرون پرتاب مي شوند يا به درون حفره مي روند.

همچنين ذراتورودي به حفره ممكن است در اثر سرعت زياد به درون سياه چاله كشيده نشوند و از كنار سياه چاله به بيرون پرتاب شود . دراين حالت اگر اين ذرات به گازهاي اطراف برخورد نكنند مي توانند در مكاني در اطراف خط استواي سياه چاله به بيرون پرتاب شوند. اين ذرات در اين هنگام انرژي بسيار زيادي دارند و با سرعت هاي نزديك به نور در فضا منتشر مي شوند

تشعشعاتي كه از سياه چاله ها به بيرون گسيل مي شود هميشه با يك شدت و در يك فركانس مشخس نيستند زيرا كه اغلب انها در كنار جاذبه ي شديد نيروهاي فرعي بسياري را نيز ايجاد مي كنند و يا اينكه اين نيرو ها از خارج بر انها تحميل مي شود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

به فرض مثال يك سياه چاله ي ثابت پر جرم كه غير از حركت دوراني شديد حركت ديگري ندارد را در مركز يك كهكشان بزرگ در نظر مي گيريم . اين سياه چاله بايستي طبق معمول مركز كهكشان را فعال سازد و انرژي فوق العاده زيادي را در تمام راديو تلسكوپ ها وگيرنده هاي اشعه ي ايكس و فروسرخ و حتي گاما ثبت كند. اين امر براي سياه چاله هاي كوچكتر نيز صادق است. اما چيزي كه بيشتر دانشمندان را متعجب مي سازد اين است كه برخي از اين اجرام بر خلاف معمول گاهي ساكت و گاهي هم بسيار كم صدا هستند. بدين معنا كه انرژي گسيلي انها با وجود شتاب گرانشي شديد در فركانسهاي بسيار پايين ثبت ميشود . همچنين امواجي كه از قطب هاي سياه چاله ها به بيرون گسيل مي شوند بايد انرژي زيادي داشته باشند اما در برخي موارد اين امواج در طول موجهاي بسيار بلند تر ايجاد مي شوند. شايد اين گونه تصور شود كه ماده ي سقوط كرده به داخل انها در سطح پاييني است اما شدت اين امواج به حدي بالا است كه از سقوط ذرات بسيار زيادي در سطح انها حكايت مي كند.

علت پايين بودن فركانس هاي توليدي را بايد در حركت هايي غير از حركت دوراني دانست. يعني سياه چاله ها يي وجود دارند كه به غير از حركت دوراني به صورت هايي مختلف به دور خود مي چرخند. اين چرخش هاي متقارن و غير متقارن از اثر نيروي جاذبه به خصوص در قطب هاي سياه چاله كه در اثر دوران حول محور خود ايجاد شده است به طور چشم گيري مي كاهد و در بسياري از موارد از تشكيل حفره هاي كشنده ي ماده در دو قطب خود جلو گيري ميكند. اين حركت ها احتمالا اغلب در سياه چاله هاي كوچك و ستاره هاي نوتروني بايد وجود داشته باشد . اين نوع حركت باعث مي شود امواج گسيلي در تلسكوپ هاي راديويي بصورت روشن و خاموش با تناوب بسيار منظمي ثبت شوند.

اما برخي سياه چاله هاي فوق سنگين نيز در مركز برخي كهكشان ها با وجود مقدار زياد ماده و گاز در اطراف انها چندان فعال به نظر نمي رسند. يكي از علل اساس دوران كند اين سياه چاله ها مي تواند باشد . چون دوران سريع باعث پرتاب برخي مواد به بيرون شده اطراف سياه چاله را داغ مي كند كه در ان شرايط امواج حرارتي و نيز اشعه ي ايكس به طور شديدي از اطراف سياه چاله ساطع مي شود. در نبود دوران سريع اجرام به ارامي به داخل سقوط كرده و فرار ذرات از داخل به كمترين مقدار مي رسد. اما با توجه به اينكه در اطراف اين سياه چاله ها برخي اجرام ديگر مثل ستارگان بزرگ و سياه چاله هاي كوچك و ستارگان نوتروني نيز حضور دارند. اين اجرام نيز مي مي توانند از گزينه هاي مناسب براي اين امر باشن د. براي مثال همين سياه چاله ي بزرگ را در نظر بگيريد . اگر در اطراف ان چند سياه چاله ي ريز و درشت ديگر را نيز قرار دهيم اوضاع كمي فرق خواهد كرد. تمام گازهايي كه به طرف مركز حركت ميكنند در راه حركت توسط اين سياه چاله ها بلعيده شده و عملا مقدار اندكي ماده وارد سياه چاله ي مادر مي شود در نتيجه اين سياه چاله نمي تواند انرژي قابل توجهي را از خود ازاد كند.

منبع: هوپا

نتایج تحقیقات هاوکینگ در مورد سیاهچاله ها



سیاهچاله‌ها می‌توانند جرم از دست بدهند!
انرژی در شعاع شوارتز شیلد ستاره به ذرات ماده تبدیل می‌شود، ممکن است این ذرات به فضای بیرون بگریزند و از این طریق مقداری ازمواد تشکیل دهنده سیاهچاله‌های بزرگ که به اندازه یک ستاره وزن دارند، از سیاهچاله بیرون بروند. چنین سیاهچاله ای برای تبخیر همه مواد تشکیل دهنده‌اش میلیونها میلیون سال وقت لازم است. درحالی که در این مدت خیلی بیشتر از این مقدار ماده به آن اضافه می‌شود، بنابراین هیچگاه از طریق تبخیر جرم آن کاسته نمی‌شود. هر چه سیاهچاله کوچکتر باشد سرعت تبخیر آن بیشتر است یک سیاهچاله کوچک واقعی باید بیشتر از مقدار ماده‌ای که به خود جذب می‌کند وزن از دست بدهد. بنابراین سیاهچاله کوچک باید بوسیله تبخیر کوچکتر و کوچکتر شود و بالاخره هنگامی که دیگر خیلی خیلی کوچک شد یک مرتبه تبخیر آن حالت انفجاری به خود گرفته و تشعشعاتی حتی با انرژی یشتر از اشعه ایکس منتشر کند. اشعه ی منتشر شده از این طریق اشعه گاما خواهد بود.سیاهچاله‌های کوچکی که 15 میلیون سال پیش هنگام نخستین انفجار بزرگ جهان ایجاد شده‌اند، اکنون ممکن است در حال ناپدید شدن باشند هاوکینگ اندازه اولیه آنها و نوع اشعه گامایی را نیز که هنگام انفجار تولید می‌کنند، حساب کرد.

انواع سیاهچاله
.1شوارتس شیلد
ساده ترین نوع سیاهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها یک افق رویداد و یک فوتون کره دارد، از آن نمی توان انرژی استخراج کرد. شامل تکینگی ، نقطه‌ای است که در آن ماده تا چگالی نامحدود در هم فرو رفته است.
رایزنر- نورد شتروم
هم بار دارد وهم چرخش ، می تواند دو افق رویداد داشته باشد ، اما تنها یک فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی نقطه ای است که وجود آن در طبیعت نامحتمل است، زیرا بارهای آن همدیگر را خنثی می کنند
ارگوسفراست
چرخش دارد، اما بار ندارد. بیضی و از بیرونی حد استاتیک است. منطقه تیره میان افق رویداد و حد استاتیک ، که می توان از آن انرژی استخراج کرد. می تواند دو افق رویداد و دو حد استاتیک داشته باشد. دو فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی حلقه‌ای است.
کر- نیومان
هم باردارد و هم چرخش ، ساختارش شبیه ساختار سیاهچاله کر است. می‌توان از آن انرژی استخراج کرد. یک تکنیگی حلقه‌ای دارد به نظر پژوهشگران چهارنوع سیاهچاله همچنانکه ذکر شد می تواند وجود داشته باشند.

مهمترین موضوع در باب سیاه چاله آنست که ، بدانیم ماده در داخل سیاهچاله‌ای که حاصل آمده است در نهایت به چه سرنوشتی دچار می شود؟ اختر فیزیکدانان می‌گویند اگر مقداری ماده به داخل حفره سیاه از قبیل آنچه که از یک ستاره وزین مرده بجای مانده بیندازید، نتیجه نهایی همواره الزاماً یک چیز خواهد بود و تنها جرم ، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای که جسم با خود حمل می کند باقی خواهند ماند. اما اگر کل جهان به داخل حفره سیاه خود بیفتد، یعنی به شکل سیاهچاله در آید، دیگر حتی جرم ، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای نیز ناپدید می گردند.

فهرست مقالات تاپیک سیاهچاله و مباحث مربوط به ان :

لطفا از دان پست تشکر و پرسیدن سوال در این تاپیک بپرهیزید

1. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------ [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
2. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------ [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
3. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] --------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
4. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] -------------------------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
5. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------------------ [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
6. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------ [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
7. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ----------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
8. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------ [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
9. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] --------------------------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
10. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
11. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ه------------------------------------------------ [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
12. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
13. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] --------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
14. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ---------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
15. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
16. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] --------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
17. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ---------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
18. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] --------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
19. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
20. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------------------------ [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
21. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
22. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ----------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
23. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] --------------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
24. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] -------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
25. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] -------------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
26. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------ [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
27. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
28. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] -------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
29. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ---------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
30. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
31. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ---------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
32. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
33. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
34. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
35. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ------------------------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
36. [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] --------------------------------------------------- [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

درباره سیاه چاله ها :

فرضیه سیاهچاله حتی در میان شگفت انگیزترین پیشرفت های
اخیر اختر فیزیک نظری موقعیت برجسته ای دارد. قرن بیستم زمانی بود که
کشفیات خارق العاده در
فیزیک و اختر شناسی همواره به کشفیات دیگری که خارق العاده تر بودند، منجر
گردیده است. در عین حال آنها دوره دیگری را در گسترش علوم طبیعی مشخص می
سازند. تعداد کمی از این کشفیات از نظر جذابیت با فرضیه سیاهچاله‌ها قابل
قیاس هستند. چنین عجیب به نظر می آید که در فضا سوراخ و در سوراخ سیاهچاله
ها وجود داشته باشند ! طبق نظریه نسبیت عام ، نیروهای گرانشی از خواص فضا
هستند. مسئله قابل توجه فقط این نیست که جسمی در فضا وجود دارد بلکه این
جسم مشخص کننده هندسه فضای اطرافش می باشد. انیشتین در این مورد می گوید:
همیشه عقیده بر این بوده اگر تمام ماده جهان معلوم شود، زمان و فضا باقی
می مانند، در حالی که نظریه نسبیت تاکید می کند که زمان و فضا نیز همراه
با ماده نابود می گردند. بنابراین ، جرم با فضا ارتباط دارد. هر جسمی باعث
می شود که فضای اطرافش انحنا پیدا کند. ما به سختی متوجه چنین انحنایی در
زندگی خود می شویم، زیرا با جرم های نسبتا کوچکی سروکار داریم. ولی در
میدان های گرانشی بسیار قوی ، مقدار انحنا ممکن است قابل توجه باشد.
تعدادی از رویدادهایی که اخیرا در فضا مشاهده شده اند، نشان می دهند که
احتمال تمرکز مقادیر جرم در بخش های کوچکی از فضا وجود دارد. اگر ماده ای
با جرم معین به اندازه ای متراکم شود که به حجم کوچکی تبدیل گردد و آن حجم
برای چنین ماده‌ای بحرانی باشد، ماده تحت تاثیر گرانش خود شروع به انقباض
می نماید. با انقباض بیشتر ماده ، فاجعه گرانشی گسترش می‌یابد و آنچه که
فرو ریختن گرانشی نامیده می شود، آغاز می گردد. تمرکز ماده در این فرآیند
افزایش می یابد و طبق نظریه نسبیت ، انحنای فضا نیز به تدریج بیشتر می
گردد.
سرانجام لحظه ای فرا می رسد که هیچ پرتوئی از نور ، ذره و
نشانه فیزیکی دیگر نمی تواند از این قسمت که دچار فروریختن جرم شده ، خارج
گردد. این جسم به عنوان سیاهچاله شناخته شده است. شعاع جسم در حال فرو
ریختن که به یک سیاهچاله تبدیل می گردد، شعاع گرانشی نامیده می شود. این
شعاع برای جرم خورشید سه کیلومتر و برای جرم زمین 9/0 سانتی متر است.
اگر خورشید در اثر انقباض به کره‌ای با شعاع سه
کیلومتر تبدیل شود، به صورت یک سیاهچاله در می آید. گرانش در سطح جسمی که
شعاعش با شعاع گرانشی جرم آن برابر می باشد، فوق‌العاده شدید است. برای
غلبه بر نیروی گرانشی لازم است سرعت فرار افزایش یابد، که مقدار آن بیشتر
از سرعت نور می باشد. طبق نظریه خاص نسبیت که اکنون قابل قبول است، در
جهان هیچ چیز نمی تواند با سرعت بیشتر از سرعت نور حرکت کند. به همین دلیل
سیاهچاله ها اجازه نمی دهند هر چیزی از آنها خارج گردد. از سوی دیگر ،
سیاهچاله می تواند ماده را از فضای اطراف به درون خود ببلعد و بزرگتر شود.
برای توضیح تمام پدیده هایی که مربوط به سیاهچاله می شوند، فرضیه عام
نسبیت لازم می باشد. بر اساس این نظریه ، گذشت زمان در میدان گرانشی قوی
آهسته می باشد. برای ناظری که در خارج سیاهچاله قرار دارد، افتادن یک جسم
به درون سیاهچاله مدت طولانی متوقف می گردد. در چنین حالتی ناظر فرضی در
ارتبط با عمل انقباض واقعا تصویر کاملا متفاوتی را مشاهده خواهد نمود.
ناظر در حالی که در ظرف مدت محدودی به شعاع گرانشی می رسد، سقوطش ادامه می
یابد، تا آنکه به مرکز سیاهچاله برسد. ماده در حال فروریختن ، پس از گذشتن
از شعاع گرانش به انقباض ادامه می دهد. طبق اختر فیزیک نظری جدید ممکن است
سیاهچاله ها مرحله پایانی زندگی ستارگان جسیم باشند. مادامی که یک منبع
انرژی در ناحیه مرکزی ستاره فعالیت می نماید، درجات حرارت بالا باعث
انبساط گاز و جدا شدن لایه های بالائی آن می شود. در عین حال ، نیروی
گرانشی عظیم ستاره این لایه ها را به سوی مرکز می کشاند. پس از آن که سوخت
تامین کننده واکنش‌های هسته‌ای به مصرف رسید، درجه حرارت در ناحیه مرکزی
ستاره به تدریج پایین می آید. در این مرحله تعادل ستاره به هم می خورد و
ستاره تحت تاثیر نیروی گرانشی خود منقبض می گردد. تکامل و تغییر بیشتر آن
به جرمش بستگی دارد. طبق محاسبات اگر جرم ستاره سه تا پنج برابر جرم
خورشید باشد، مرحله پایانی انقباض آن ممکن است باعث فروریختن گرانشی و
تشکیل سیاهچاله گردد

فرضیه سیاهچاله حتی در میان شگفت انگیزترین پیشرفت های
اخیر اختر فیزیک نظری موقعیت برجسته ای دارد. قرن بیستم زمانی بود که
کشفیات خارق العاده در
فیزیک و اختر شناسی همواره به کشفیات دیگری که خارق العاده تر بودند، منجر
گردیده است. در عین حال آنها دوره دیگری را در گسترش علوم طبیعی مشخص می
سازند. تعداد کمی از این کشفیات از نظر جذابیت با فرضیه سیاهچاله‌ها قابل
قیاس هستند. چنین عجیب به نظر می آید که در فضا سوراخ و در سوراخ سیاهچاله
ها وجود داشته باشند ! طبق نظریه نسبیت عام ، نیروهای گرانشی از خواص فضا
هستند. مسئله قابل توجه فقط این نیست که جسمی در فضا وجود دارد بلکه این
جسم مشخص کننده هندسه فضای اطرافش می باشد. انیشتین در این مورد می گوید:
همیشه عقیده بر این بوده اگر تمام ماده جهان معلوم شود، زمان و فضا باقی
می مانند، در حالی که نظریه نسبیت تاکید می کند که زمان و فضا نیز همراه
با ماده نابود می گردند. بنابراین ، جرم با فضا ارتباط دارد. هر جسمی باعث
می شود که فضای اطرافش انحنا پیدا کند. ما به سختی متوجه چنین انحنایی در
زندگی خود می شویم، زیرا با جرم های نسبتا کوچکی سروکار داریم. ولی در
میدان های گرانشی بسیار قوی ، مقدار انحنا ممکن است قابل توجه باشد.
تعدادی از رویدادهایی که اخیرا در فضا مشاهده شده اند، نشان می دهند که
احتمال تمرکز مقادیر جرم در بخش های کوچکی از فضا وجود دارد. اگر ماده ای
با جرم معین به اندازه ای متراکم شود که به حجم کوچکی تبدیل گردد و آن حجم
برای چنین ماده‌ای بحرانی باشد، ماده تحت تاثیر گرانش خود شروع به انقباض
می نماید. با انقباض بیشتر ماده ، فاجعه گرانشی گسترش می‌یابد و آنچه که
فرو ریختن گرانشی نامیده می شود، آغاز می گردد. تمرکز ماده در این فرآیند
افزایش می یابد و طبق نظریه نسبیت ، انحنای فضا نیز به تدریج بیشتر می
گردد.
سرانجام لحظه ای فرا می رسد که هیچ پرتوئی از نور ، ذره و
نشانه فیزیکی دیگر نمی تواند از این قسمت که دچار فروریختن جرم شده ، خارج
گردد. این جسم به عنوان سیاهچاله شناخته شده است. شعاع جسم در حال فرو
ریختن که به یک سیاهچاله تبدیل می گردد، شعاع گرانشی نامیده می شود. این
شعاع برای جرم خورشید سه کیلومتر و برای جرم زمین 9/0 سانتی متر است.



اگر خورشید در اثر انقباض به کره‌ای با شعاع سه
کیلومتر تبدیل شود، به صورت یک سیاهچاله در می آید. گرانش در سطح جسمی که
شعاعش با شعاع گرانشی جرم آن برابر می باشد، فوق‌العاده شدید است. برای
غلبه بر نیروی گرانشی لازم است سرعت فرار افزایش یابد، که مقدار آن بیشتر
از سرعت نور می باشد. طبق نظریه خاص نسبیت که اکنون قابل قبول است، در
جهان هیچ چیز نمی تواند با سرعت بیشتر از سرعت نور حرکت کند. به همین دلیل
سیاهچاله ها اجازه نمی دهند هر چیزی از آنها خارج گردد. از سوی دیگر ،
سیاهچاله می تواند ماده را از فضای اطراف به درون خود ببلعد و بزرگتر شود.
برای توضیح تمام پدیده هایی که مربوط به سیاهچاله می شوند، فرضیه عام
نسبیت لازم می باشد. بر اساس این نظریه ، گذشت زمان در میدان گرانشی قوی
آهسته می باشد. برای ناظری که در خارج سیاهچاله قرار دارد، افتادن یک جسم
به درون سیاهچاله مدت طولانی متوقف می گردد. در چنین حالتی ناظر فرضی در
ارتبط با عمل انقباض واقعا تصویر کاملا متفاوتی را مشاهده خواهد نمود.
ناظر در حالی که در ظرف مدت محدودی به شعاع گرانشی می رسد، سقوطش ادامه می
یابد، تا آنکه به مرکز سیاهچاله برسد. ماده در حال فروریختن ، پس از گذشتن
از شعاع گرانش به انقباض ادامه می دهد. طبق اختر فیزیک نظری جدید ممکن است
سیاهچاله ها مرحله پایانی زندگی ستارگان جسیم باشند. مادامی که یک منبع
انرژی در ناحیه مرکزی ستاره فعالیت می نماید، درجات حرارت بالا باعث
انبساط گاز و جدا شدن لایه های بالائی آن می شود. در عین حال ، نیروی
گرانشی عظیم ستاره این لایه ها را به سوی مرکز می کشاند. پس از آن که سوخت
تامین کننده واکنش‌های هسته‌ای به مصرف رسید، درجه حرارت در ناحیه مرکزی
ستاره به تدریج پایین می آید. در این مرحله تعادل ستاره به هم می خورد و
ستاره تحت تاثیر نیروی گرانشی خود منقبض می گردد. تکامل و تغییر بیشتر آن
به جرمش بستگی دارد. طبق محاسبات اگر جرم ستاره سه تا پنج برابر جرم
خورشید باشد، مرحله پایانی انقباض آن ممکن است باعث فروریختن گرانشی و
تشکیل سیاهچاله گردد


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]