ما هو الثقب الأسود؟ ما هو أفق الحدث؟

سؤال: ما هو الثقب الأسود؟

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

إجابة: الثقب الأسود هو كيان نظري تنبأت به معادلات النسبية العامة. يتشكل ثقب أسود عندما يتعرض نجم ذو كتلة كافية إلى انهيار الجاذبية ، مع معظم أو كل كتلته مضغوط في مساحة صغيرة بما فيه الكفاية ، مما تسبب في انحناء الزمكان لانهائي في تلك المرحلة (أ "التفرد"). مثل هذا الانحناء الهائل لفضاء الفضاء لا يسمح لأي شيء ، ولا حتى الضوء ، بالهروب من "أفق الحدث" ، أو الحدود.

لم يتم ملاحظة الثقوب السوداء مباشرة ، على الرغم من أن تنبؤات آثارها تطابقت مع الملاحظات. هناك حفنة من النظريات البديلة ، مثل الأجسام المغنطيسية الأبدية القابلة للانهيار (MECOs) ، لشرح هذه الملاحظات ، ومعظمها يتجنب الوقت الفضائي التفرد في مركز الثقب الأسود ، لكن الغالبية العظمى من علماء الفيزياء يعتقدون أن تفسير الثقب الأسود هو التمثيل الجسدي المحتمل لما هو تحدث.

في القرن الثامن عشر الميلادي ، كان هناك من اقترح أن كائنًا فائق الكتلة قد يسلط الضوء عليه. كانت البصريات النيوتونية نظرية ضوئية للضوء ، تعامل الضوء على أنه جسيمات.

نشر جون ميشيل ورقة في عام 1784 تتنبأ بأن الجسم ذي نصف قطر 500 مرة من الشمس (ولكن بنفس الكثافة) سيكون لديه سرعة هروب من سرعة الضوء في سطحه ، وبالتالي تكون غير مرئية. تلاشى الاهتمام بالنظرية في عام 1900 ، مع ظهور نظرية موجة الضوء.

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

في غضون أشهر من نشر آينشتاين للنسبية العامة في عام 1916 ، أنتج الفيزيائي كارل شوارتزشايل حلاً لمعادلة آينشتاين للحصول على كتلة كروية (تسمى شوارتز شيلد متري)... مع نتائج غير متوقعة.

كان للمصطلح التعبير عن نصف القطر ميزة مزعجة. يبدو أنه بالنسبة لنصف قطر معين ، فإن قاسم المصطلح سيصبح صفراً ، مما يتسبب في أن المصطلح "يفجر" رياضياً. هذه دائرة نصف قطرها ، والمعروفة باسم شوارتزفيلد دائرة نصف قطرها, ص_س، يعرف ب:

ص_س = 2 GM/ ج²

ج هو ثابت الجاذبية ، م هي الكتلة ، و ج هي سرعة الضوء.

نظرًا لأن عمل شوارتزايلد أثبت أهميته لفهم الثقوب السوداء ، فمن قبيل الصدفة الغريبة أن يترجم اسم شوارتز شيلد إلى "درع أسود".

كائن كتلة كاملة م يكمن في الداخل ص_س يعتبر أن يكون ثقب أسود. أفق الحدث هو الاسم المعطى ل ص_س، لأنه من هذا القطر تكون سرعة الهروب من جاذبية الثقب الأسود هي سرعة الضوء. الثقوب السوداء جذب الكتلة من خلال قوى الجاذبية ، ولكن أيا من هذه الكتلة لا يمكن الهروب من أي وقت مضى.

غالبًا ما يتم شرح الثقب الأسود من حيث كائن أو كتلة "السقوط" فيه.

ساعات Y تقع في حفرة سوداء

• يلاحظ Y الساعات المثالية على X التي تبطئ ، متجمدة في الوقت المناسب عندما يضرب X ص_س
• Y يلاحظ الضوء من الانزياح الأحمر ، ويصل إلى اللانهاية عند ص_س (وبالتالي يصبح X غير مرئي - ولكن بطريقة ما لا يزال بإمكاننا رؤية ساعاتهم. ليس كذلك الفيزياء النظرية كبير؟)
• ينظر X إلى تغير ملحوظ ، من الناحية النظرية ، رغم أنه بمجرد عبوره ص_س من المستحيل أن تنجو من خطورة الثقب الأسود. (لا يمكن للضوء حتى الهروب من أفق الحدث.)

في عشرينيات القرن العشرين ، استنتج الفيزيائيون سوبرامانيان تشاندراسيخار أن أي نجم أكثر كثافة من 1.44 كتلة شمسية ( تشادراسيخار الحد) يجب أن تنهار تحت النسبية العامة. يعتقد الفيزيائي آرثر إدينغتون أن بعض الممتلكات ستمنع الانهيار. كلاهما كان على حق ، بطريقته الخاصة.

روبرت أوبنهايمر توقع في عام 1939 أن نجمًا فائق الكتلة يمكن أن ينهار ، وبالتالي يشكل "نجمًا متجمدًا" في الطبيعة ، وليس فقط في الرياضيات. يبدو أن الانهيار يتباطأ ، ويتجمد فعليًا في الوقت المناسب عند نقطة عبوره ص_س. سوف ضوء النجم تجربة الثقيلة انزياح أحمر في ص_س.

لسوء الحظ ، اعتبر العديد من علماء الفيزياء أن هذا فقط سمة من سمات الطبيعة المتماثلة للغاية لل شوارتز شيلد متري ، معتقدين أنه في الطبيعة لن يحدث هذا الانهيار بسببه غير متماثل.

لم يكن حتى عام 1967 - ما يقرب من 50 عاما بعد اكتشاف ص_س - أن علماء الفيزياء ستيفن هوكينج أظهر روجر بنروز أن الثقوب السوداء لم تكن فقط نتيجة مباشرة للنسبية العامة ، ولكن أيضًا لم تكن هناك طريقة لوقف هذا الانهيار. لقد دعم اكتشاف النجوم النابضة هذه النظرية ، وبعد ذلك بوقت قصير ، صاغ الفيزيائي جون ويلر مصطلح "الثقب الأسود" لهذه الظاهرة في محاضرة 29 ديسمبر 1967.

وقد تضمن العمل اللاحق اكتشاف إشعاع الصقور، حيث الثقوب السوداء يمكن أن تنبعث منها الإشعاع.

الثقوب السوداء هي حقل يجذب المنظرين والتجريب الذين يريدون التحدي. يوجد اليوم اتفاق عالمي تقريبًا على وجود ثقوب سوداء ، رغم أن طبيعتها الدقيقة لا تزال محل تساؤل. يعتقد البعض أن المادة التي تقع في الثقوب السوداء قد تظهر مرة أخرى في مكان آخر في الكون ، كما في حالة دودة.

إضافة واحدة مهمة لنظرية الثقوب السوداء هي تلك إشعاع الصقور، التي وضعها الفيزيائي البريطاني ستيفن هوكينج في عام 1974.