ربما تكون الثقوب السوداء هي اللغز الأكبر في الكون المعروف!
حتى الآن لا نعرف الكثير عنهم ، لأن تقنيتنا لا تسمح لنا بعد بدراسة خصائصهم بعمق ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنهم جميعًا بعيدون جدًا عن نظامنا الشمسي.
سبب آخر يجعل من الصعب جدًا دراسة الثقوب السوداء في الكون، هو أن هذه لا تصدر نبضات ضوئية مثل النجوم ، بل على العكس من ذلك ، فإن مجال جاذبيتها القوي قادر على امتصاص حتى الضوء القريب ، لكن هذا شيء سنشرحه لاحقًا.
ومع ذلك ، من عام 1970 وبفضل النظريات التي اقترحها ستيفن هوكينز حول الثقوب السوداء ، تمكنا من فهم المزيد عنها ، بما في ذلك البيانات التي يمكن إثباتها حول شكلها وتكوينها وعملية تكوينها وحتى علاقتها في تغيرات الاستمرارية الزمنية.
يمكن أن تكون المذنبات مثيرة للاهتمام مثل الثقوب السوداء! لا تفوت مقالتنا الكاملة على أجزاء من المذنب
لكن ما الذي نعرفه حقًا عن الثقوب السوداء؟
إذا رأيت فيلم كريستوفر نولان من قبل: بين النجوم (2010) وقد تُركت دون فهم أي شيء على الإطلاق ، فهذا لأنك ما زلت لا تعرف الكثير عن ذلك الثقوب السوداء.
أقول لكم ، الفيلم مبني على نظرية أينشتاين للنسبية العامة ، والتي تنص على أن كوننا ليس له 3 أبعاد ، بل 4 أبعاد ، مع كون الوقت هو البعد الرابع في مستوى الواقع.
لذلك ، فإن قواعد الميكانيكا العالمية تؤثر على الوقت ، تمامًا كما هي مهمة ، بما في ذلك الضوء.
بهذه الطريقة ، لن يكون الوقت ثابتًا عالميًا ، بل بعدًا يمكن تشويهه أو شده أو تقليصه مثل شريط مطاطي ، وفقًا لقوانين الفيزياء ، مثل جرافيداد.
هل أنت مهتم بمعرفة المزيد عن الثقوب السوداء في الفضاء؟
ثم لا تتوقف عن قراءة هذا المقال حتى النهاية ، لأننا نشرح كل ما تحتاج لمعرفته حول هذا الموضوع المثير للاهتمام ، حتى لا تشعر بالضياع في الفضاء في المرة القادمة التي ترى فيها Interstellar.
ما هي الثقوب السوداء؟
الثقوب السوداء ليست ثقوبًا حقًا ، هل تعلم ذلك؟
في الواقع ، وفقًا لنظرية هوكينز وإيليس منذ عام 1970 ، يُعتقد أن الثقوب السوداء لها شكل كروي بسبب جاذبية كتلتها تجاه مركزها ، بسبب تأثير جاذبيتها. نفس الشيء يحدث مع النجوم ، ولكن على مقياس أعلى بملايين المرات.
الثقوب السوداء هي نقطة في الفضاء ، تتكون من كتلة كثيفة للغاية ، والتي تولد قوة جاذبية قوية للغاية بحيث يمكنها إحداث انحناء في استمرارية الزمكان.
إن مجال الجاذبية للثقوب السوداء قوي جدًا، أنه لا يوجد جسيم من المادة قادر على الهروب من التشوه إذا كان قريبًا جدًا. في الواقع ، يكون الجذب قويًا لدرجة أنه قادر على امتصاص جسيمات الفوتون التي تشكل أشعة الشمس.
هذا صحيح ، يطلق عليهم الثقوب السوداء لأنهم قادرون على ابتلاع الضوء من حولهم حرفيًا.
ما هي كثافة الثقوب السوداء؟
الخاصية الفيزيائية التي تعطي الثقوب السوداء الهائلة خصائصها الحرارية والجاذبية ، هي الكثافة القصوى للمادة التي تحتويها في مساحة صغيرة نسبيًا من الفضاء.
لكي تتحول كمية المادة التي يتكون منها نجمنا إلى ثقب أسود ، يجب أن تنثني على نفسها بطريقة متطرفة ، وتضغط كل جسيماتها من حجم يصل إلى 1.300 مليون كيلومتر. إلى مساحة لا يزيد قطرها عن كيلومترين.
لذلك ، سيتعين على الشمس تقليل حجمها ما يقرب من 900.000 مرة ، ولكن دون إهدار أي مما يتكون منها.
انحناء الزمكان
هل تساءلت يومًا عن قدرة الثقب الأسود على إبطاء الوقت؟
هل تذكرت جارجانتوا en بينجمي?
في الفيلم ، سفينة الفضاء الاحتمال يضطر إلى التوقف لجمع البيانات حول منظور الحياة في كوكب ميلر الذي يدور بالصدفة قريبًا جدًا من a ثقب أسود عملاق تسمى Gargantua.
نتيجة لذلك ، يواجه الطاقم معضلة فيزيائية فلكية: نظرًا لقربه من Gargantua ، يمر الوقت أبطأ بكثير على الكوكب منه على الأرض ، لذا فإن مهمة البحث ، والتي قد تستغرق بضع ساعات بالنسبة لهم ، على الأرض تعني عدة سنوات.
ولكن كيف يكون هذا ممكنا؟
إذا بدا لك مفهومًا غريبًا ، فذلك لأننا معتادون على اعتبار الوقت ثابتًا ثابتًا للكون ، وذلك أساسًا لأننا لا نملك أي أداة يمكنها تشويهه ، كما نفعل مع المستويات الأخرى للواقع.
ومع ذلك ، فإن نظرية النسبية العامة ، التي اقترحها ألبرت أينشتاين في عام 1915 ، تشير إلى أن الوقت هو أحد أبعاد الواقع الذي يمتد على مستويين X و Y (أبعاد العرض والطول).
لذلك ، إذا قام جسم ذو كتلة بعمل ما على مستوى الواقع ، فإنه سيخلق متغيرًا في البعد Z (العمق) يمكن أن يشوه الأولين ، وبالتالي ، يمكنه أيضًا القيام بذلك بمرور الوقت.
لنشاهد هذا بهذه الطريقة:
تخيل أنك تقوم بتمديد قطعة من القماش ، مما يؤدي إلى إنشاء مساحة مسطحة (الأبعاد X و Y) ؛ وعلى القماش ترمي كرة. سيؤدي تأثير وزن الكرة على القماش إلى تكوين جانب سفلي مقعر للطائرة.
هذا التأثير هو ما يعرف في الفيزياء الفلكية انحناء الزمكان.
الآن ، نظرًا لقواعد الفيزياء ، فكلما زاد وزن الجسم الموضوع على المستوى ، زاد تأثيره عليه ، وبالتالي كان الانحناء أعمق.
هذا هو بالضبط ما يحدث مع الثقوب السوداء والوقت المنحني.
عندما يتم ضغط الثقوب السوداء إلى الحد الأقصى ، فإنها تصبح أجسامًا كثيفة بشكل لا يصدق - وبالتالي ثقيلة - ، لذا فإن الحركة التي تمارسها على المستويين X و Y شديدة حقًا.
الانحناء الناجم عن الثقوب السوداء قوي جدًا لدرجة أنه لا يسمح للمادة التي تدخل بالهروب ، وهذا يتسبب في تفرد الزمكان الذي نعرفه باسم أفق الحدث.
الانحناء الذي تخلقه الثقوب السوداء "عميق" جدًا وجاذبيتها قوية جدًا لدرجة أنها تمتص كل ما يقترب منها ، وبالتالي ، فهي في دوامة تزييف الفضاء التي تنتجها جارجانتوا، الكون طحان كان يعاني من الالتواء في استمرارية وقته ، مما أدى إلى إبطائه من خلال الاضطرار إلى دخول حدث Gargantua's Event Horizon.
في الواقع ، الرقم الدقيق هو أن كل ساعة تقضي فيها طحان كان يعادل 7 سنوات على الأرض.
كحقيقة غريبة ، فإن الأمواج التي يبلغ ارتفاعها كيلومتر واحد والتي تغطي كامل سطح ميلر، سيتم تفسيرها أيضًا على أنها تأثير قوة الجاذبية التي يمارسها الثقب الأسود على الكوكب.
كيف تتشكل الثقوب السوداء؟
يمكن القول إن الثقوب السوداء هي البقايا التي خلفتها النجوم بعد موتها.
حتى عقدين من الزمن ، كان يُعتقد أن الثقوب السوداء تشكلت خلال المراحل الأولى من الكون وأن هذه الظاهرة لن تتكرر.
ومع ذلك ، فإن الدراسة تاريخ الزمن: من الانفجار العظيم إلى الثقوب السوداء ، تم إنشاؤها بالتعاون من قبل هوكينغز ، وأوبنهايمر ، وروجر بنروز ، وأظهرت أن الثقوب السوداء يتم إنشاؤها في عملية تسمى انهيار الجاذبية.
لفهم الانهيار الثقالي الذي يفسح المجال لتكوين الثقوب السوداء ، علينا أن نعود قليلاً إلى عملية موت النجوم.
متى واحد نجمة صفراء (مثل شمسنا) تستنفد احتياطياتها من الهيدروجين ، وتبدأ في حرق جزيئات الهيليوم على سطحها ، في عملية اندماج نووي أكثر كثافة. مع استمرار هذه العملية ، يمكن للنجم ، الذي يقترب من آخر مراحل حياته ، أن يزيد حجمه حتى 300 مرة ويغير لونه ، ليصبح النجم العملاق الأحمر.
من خلال استهلاك كل الوقود الموجود على سطحه ، ستتوقف عمليات الاندماج النووي ، وبدون أي عملية لمواجهة قوة الجاذبية الخاصة به ، ستبدأ جميع جزيئاته في الانجذاب نحو قلبه ، مما يقلل حجمه مرة أخرى ويخلق ما نحن نعرف باسم أ نجمة القزم البيضاءنجم ميت
ومع ذلك ، يمكن أن تتسبب الكمية الكبيرة من كتلة النجم في أخذ هذه العملية إلى أقصى الحدود ، مما يؤدي إلى ضغط القزم الأبيض إلى ما وراء حدوده الخاصة وخلق جسم به كتلة أكثر تركيزًا في مساحة صغيرة بشكل لا يصدق.
إنها مثل محاولة ثني شمسنا بدرجة كافية لوضعها في صندوق سيارتك.
هذه الخطوة الأخيرة تجعل مجال الجاذبية الناتج قويًا جدًا لدرجة أنه يبدأ في ابتلاع ضوءه ، فينتهي الأمر تحويل النجم إلى ثقب أسود.
أنواع الثقوب السوداء
هناك مختلفة أنواع الثقوب السوداء وهي مصنفة حسب حجمها وكمية الكتلة التي تحتويها.
ثقب أسود عملاق
يمكن القول إن الثقوب السوداء الهائلة هي الأكبر والأقوى. يمكن أن تحتوي هذه على عدة ملايين من كتلة شمسنا في مساحة أكبر مرتين أو ثلاث مرات ، مما يجعلها أيضًا قوية جدًا.
من الشائع العثور على ثقوب سوداء فائقة الكتلة تهيمن على مراكز العديد من المجرات الكبيرة ، وخاصة المجرات الإهليلجية. يمكن العثور على مثال واضح في المنزل ، حيث أن درب التبانة تدور حولها القوس أ، وهو ثقب أسود فائق الكتلة يبلغ قياسه حوالي 120 وحدة فلكية.
الثقوب السوداء متوسطة الكتلة
هم بعد ذلك على المقياس وفقًا لكتلتهم. إنها أقل كثافة من الثقوب السوداء الهائلة ، لكنها لا تزال مثيرة للإعجاب حقًا.
تقع الثقوب السوداء التي تعادل كتلتها بين 100 و 1.000.000 كتلة شمسية ضمن هذا التصنيف.
الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية
إنها شائعة جدًا ومن كوكب الأرض تمكنا من رصد العديد من الثقوب السوداء التي تتناسب مع هذا التصنيف.
تحتوي الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية على ما بين 30 و 70 كتلة شمسية في داخلها. تتشكل هذه من الانهيار الثقالي للنجوم الضخمة ، والمعروفة في الفيزياء الفلكية باسم المستعرات الأعظمية.
الثقوب السوداء الدقيقة
تعتبر الثقوب السوداء الدقيقة فئة من هذا التصنيف ، لكنها تظل فرضية.
لا سيجون نظرية هوكينز حول الثقوب السوداء ، قد تحتوي هذه الثقوب السوداء الدقيقة على كميات مذهلة من المادة في مساحة صغيرة للغاية ، لذلك يمكن أن تخضع المادة الموجودة بداخلها لقواعد فيزياء الكم.
تتمثل إحدى مهام مصادم الهادرونات الكبير في CERN في إنشاء العناصر لتشكيل ثقب أسود صغير صناعي ، حيث يمكن اختبار العديد من النظريات حول فيزياء الكم ، أو في النهاية ، يمكن عزل جسيم من المادة المظلمة.