سیاه چاله ها اجرام آسمانی هستند مثل زمین و خورشید با این تفاوت که قابل روئیت نیستند و هر چیزی که بیشتر از یک حد مشخصی نزدیکشان بشود ناپدید میشود. سیاه چاله یا بلک هول black hole از انفجار ستاره ها بوجود می آید. ستاره ها مثل هر پدیده دیگر بوجود می آیند، زندگی میکنند، و می میرند. خورشید ما نزیک نیمه عمر خود است و بعد از پنج میلیارد سال خواهد مرد. ستاره هایی که جرمشان بیشتر از سه برابر جرم خورشید است موقع مردن منفجر میشوند. وقتی که سوخت هیدروژن و هلیوم همچو ستاره ای تمام میشود، انرژی لازم برای نگه داشتن فشار جرم ستاره بر مرکز آن تمام میشود و ستاره از درون فرو می ریزد. این حادثه بخشهای بیرونی ستاره را به محیط اطراف پخش و پلا مکیند و بخشهای درونی را متراکم تر و فشرده تر میکند، بطور ی که این فشردگی و تراکم تا بینهایت پیش میرود و تمام جرم ستاره در یک حجمی بسیار کوچک متمرکز میشود که در تحلیل نهائی این حجم صفر است، یعنی تمام جرم ستاره در حجمی به وسعت یک نقطه ریاضی، که ابعاد آن صفر است، متمرکز میشود.به ادامه مطلب بروید

 


این فشردگی و تمرکز جرمی به اندازه چندین خورشید (و در سیاهچاله های بزرگ میلیونها یا بیلیونها خورشید) در حجم صفر است که نیروی جاذبه بی نهایتی در اطراف سیاه چاله بوجود می آورد. بخاطر این نیروی جاذبه بی نهایت است که اولا هر چیزی نزدیکتر از یک شعاع مشخص بنام شعاع شوارزچلید یا "افق حادثه" بلعیده میشود (بنابر این ما یک چاله یا چاه داریم) و نور نمی تواند از چاله فرار کند یا بگذرد (بنابر این این چاله سیاه است).

تئوری سیاه چاله ها به لحاظ ریاضی از فرمولهای نسبیت عمومی انشتین حاصل میشود، که در سال 1915 ارائه داده شد، ولی انشتین خودش به امکان آنها باور نداشت و حتی در سال 1939 رساله ای در رد سیاه چاله ها نوشت. اما امروز سیاه چاله ها بخشی از دنیای فیزیک هستند و سوال برانگیز ترین بخش آن هم هستند. در مرکز کهشکشان ما، کهکشان راه شیری، سیاه چاله ای هست با جرم بیشتر از چهار میلیون خورشید. سوال این است که اگر نور (یا هر گونه اطلاعات) نمی تواند از درون سیاه چاله ها فرار بکند و بنابر این سیاه چاله ها قابل دیدن یا روئیت نیستند، پس چطور دانشمندان میتوانند با اطمینان بگویند که سیاه چاله ها وجود دارند؟

در حال حاضر دو راه برای مشاهده سیاه چاله ها هست. اول اینکه وقتی جرمی، مثلا ابرهای گرد و غبار و گاز آسمانی، که نیبولا نامیده میشوند، و یا ستاره ای، به سیاه چاله نزدیک میشود، در حالی که این جرم به دور مرکز سیاه چاله به گردش در می آید، توسط آن بلعیده میشود. گفتیم که شعاع شوارزچیلد یا "افق حادثه" شعاعی هست که نزدیک تر از آن به مرکز سیاه چاله به معنی بلعیده شدن توسط سیاه چاله است. نیروی جاذبه سیاه چاله در جوار این شعاع بقدری هست که هر تکه ماده ای را از هم میدرد و لت و پار میکند. اگر شما روزی عشقتان کشید یا از دست پارتنرتان خسته شید و سرتان زد و تصمیم گرفتید به این شعاع پا بگذارید، سیاه چاله شما را مثل آب خواهد نوشید. به این معنی که تفاوت بین اثر نیروی جاذبه بر پای شما و سر شما چنان زیاد خواهد بود که پوست و گوشت و استخوان شما از ناحیه پا جدا خواهد گشت و بلعیده خواهد شد تا نوبت کمر و سینه و گردن و به موهای سرتان برسد. همین پدیده لت و پار شدن اجزاء ابرهای آسمانی یا ستاره ای که به افق حادثه نزدیک شده است بهمراه گردش و بهم خوردن یا بهم کوبیده شدن ذرات ماده در این گردش، انرژی بسیار زیادی تولید میکند که بصورت "جت"های انرژی از دو طرف مرکز سیاه چاله بیرون میزند. با مشاهده این جتهای شدید و پرانرژی نور فیزیک دانان متوجه حضور سیاه چاله میشوند.

راه دوم مشاهده سیاه چاله ها مطالعه حرکت ستاره ها بدور این سیاه چاله هاست. هر جا که ستاره ای در گردش است نیروی جاذبه ای وجود دارد که به جسمی یا جرمی در مرکز گردش مربوط است. دانشمندان حرکت صدها ستاره بدور مرکز کهشکشان راه شیری را مورد مطالعه قرار داده اند و رابطه جرم این ستاره ها و سرعت گردش آنها بدور مرکز کهشکشان نشان میدهد که باید جرمی معادل چهار میلیون خورشید در این مرکز وجود داشته باشد.

اهمیت سیاه چاله ها برای علم فیزیک در این است که تمام فرمولها و رابطه ها و قوانین فیزیک در سیاه چاله ها بلعیده میشود و از کار می افتد. جهان در سطح ماکرو، مثلا در حد اجرام آسمانی، از طریق نسبیت انشتین توضیح داده میشود. نسبیت انشتین رابطه دو پدیده را برقرار میکند: جرم و انحنا. هر جرمی، مثلا خورشید یا سیاه چاله در مرکز کهشکشان راه شیری، بنا به اندازه جرم خود، بافت فضا-زمان را در اطراف خود انحنا میدهد یا خم می کند. مثلا خورشید فضا-زمان اطراف خود را خم میکند و همین خم شدن زمین را وادار میکند تا در یک مدار مشخص بدور خورشید بچرخد. اتفاقی که در سیاه چاله ها می افتد این است که این انحنا در بافت فضا-زمان بحدی هست که این بافت پاره میشود، مثل یک سوراخ در یک پرده. فضا و زمان در سیاه چاله پایان می یابد و بنابر این نسبیت انشتین که اساسا در باره انحنای بافت فضا-زمان است، کارکرد خود را از دست میدهد.

از طرف دیگر، از آنجا که سیاه چاله ها تمام جرم ستاره یا بیلیونها ستاره را در یک نقطه ریاضی متمرکز میکند، شاید بشود تصور کرد که قوانین و فرمولهای فیزیک کوانتم در باره آن صدق کند. در حالی که نسبیت انشتین در باره دنیای ماکرو و اجرام آسمانی هست، فیزیک کوانتوم به دنیای میکرو، اتمها و ذرات بنیادی تر ماده مربوط است و شاید بشود سیاه چاله را هم مثل یک اتم یا پروتون مورد مطالعه قرار داد. مشکل اما اینجاست که در تئوری کوانتوم موجود نیروی جاذبه جائی ندارد. نیروی جاذبه نیرویی بسیار ضعیف است که تنها در مورد اجرام بزرگ و وزین و رابطه بین آنها معنی عملی پیدا میکند. در سطح رابطه بین الکترونها و پروتونها و کورکها و غیره نیروی جاذبه هیچ جایگاه عملی ندارد. در باره ضعیف بودن نیروی جاذبه توجه بفرمایید که یک یک آهنربای کوچک میتواند اجسام آهنی را از زمین بلند کند. نیروی مغناطیس آهنربای کوچک توانسته است به نیروی جاذبه کل زمین غالب آید.

دانشمندان فیزیک دارند روی تئوری جدیدی بنام کوانتوم گرویتی یا کوانتوم جاذبه کار میکنند که هنوز در مراحل جنینی خود است. مشکل این است که نسبیت انشتین و فیزیک کوانتوم با هم قابل تلفیق نیستند. وقتی بخواهیم فرمولهای ریاضی نسبیت و کوانتوم را با هم سازش دهیم و تلقیق کنیم، به عبارات و نتایجی می رسیم که بینهایت هستند و بنابر این در فیزیک معنی ندارند.

سیاه چاله ها یک معما در برابر علم فیزیک هستند. هسته اولیه جهان ما در بیگ بنگ خود یک سیاه چاله بزرگ بود (بزرگ بلحاظ میزان ماده یا انرژی متراکم در آن و نه بلحاظ حجم. حجم هسته اولیه جهان ما صفر بود، حجم صفری که تمام ماده و انرژی که ما امروز می بینیم را در خود متمرکز کرده بود). حل معمای سیاه چاله ها، اگر راه حلی در کار باشد، فهم ما از جهان را دگرگون خواهد کرد.



تاريخ : ۱۳٩۳/٥/٢٦ | ۱٠:۳٤ ‎ب.ظ | نویسنده : arash | نظرات ()
  • ویندوز سون | آنکولوژی