چهارشنبه 11/6/1388 - 1:25
-0 تشکر
148171
آیا واقعا سیاه چاله وجود دارد
| آن سوی افق رویداد |
| | تا قبل از سال 1905 فضا و زمان مطلق محسوب می شدند . بالغ بر 250 سال تجربه ها و آزمایش های دانشمند بزرگ فیزیک سر ایزاک نیوتن در فیزیک حکمفرمایی می کرد ؛ از حرکت موشک ها وآونگ ها گرفته و حتی ماشین های بخار و یا حرکت سیاره ها را در بر می گرفت .........
[ نجوم و اخترفیزیك ] |
مقدمه ای بر وجود سیاهچاله ها تا قبل از سال 1905 فضا و زمان مطلق محسوب می شدند . بالغ بر 250 سال تجربه ها و آزمایش های دانشمند بزرگ فیزیك سر ایزاك نیوتن در فیزیك حكمفرمایی می كرد ؛ از حركت موشك ها وآونگ ها گرفته و حتی ماشین های بخار و یا حركت سیاره ها را در بر می گرفت . تا این زمان این موضوعات با تئوری های فیزیك وابسته به قرن هفدهم شرح داده می شدند . بی شك پدیده هایی از جمله سفر نور در خلاء و همچنین ماهیت دقیق گرانش و گریز از آن نیاز به توضیحات علمی بیشتری داشت . آلبرت اینشتین دانشمند بزرگ تمام قرون فیزیك كه شخصی آلمانی بود در سال 1905 تئوری نسبیت خاص خود را شرح داد و مدتی بعد دكتر اینشتین تئوری جدیدی بیان كرد كه همه ی ابعاد جهان را شرح می داد ، این تئوری نسبیت عام نام داشت و اولین تئوری برای شرح گرانش می بود . در تئوری نسبیت عام جهان در چهار بعد توضیح داده می شود كه سه بعد آن فضایی است و چهارمی زمان است كه با ابعاد فضایی زوجیت دارد . در این تئوری هر جسم جرم داری در بافت فضا – زمان اطرافش پیچ و تاب یا خمیدگی ایجاد می كند . گرانش می تواند نتیجه ی نیروی رمز آلود و نامرئی باشد كه كارش خمیدگی فضا می باشد . در این تئوری همه چیز از ذرات زیر اتمی كه كهكشان های غول پیكر را می سازند ساخته شده است . این اجرام ساخته شده باعث خمیدگی بافت فضا – زمان می شوند . بنابر نظریه ی نسبیت گرانش اثر هندسی جرم بر فضای اطراف خود است . برای درك این موضوع كه اجرام بافت فضا زمان را خمیده می سازند می توان ورقه ای پلاستیكی را به عنوان بافت فضا – زمان تصور كرد و یك گلوله كه بر روی این صفحه قرار می گیرد را خورشید در بافت فضا – زمان تصور كرد . اگر گلوله مكان مشخصی داشته باشد آن گاه در آن مكان پیچ و تابی ایجاد می شود و این فرمی جالب برای توجیه گرانش است دقیقا" همین حالت در بافت فضا زمان ایجاد می شود . بنابراین مدار سیارات می تواند نتیجه ی گرانش خورشید باشد .برای شرح هر چه بهتر گرانش به چهار بعد ساختاری نیازمند هستیم .بعد از مدت كوتاهی از انتشار نظریه نسبیت عام پژوهش های دانشمندان در زمینه این نظریه ی جدید و عجیب آغاز شد . درك این نظریه بسیار مشكل و محاسبات ریاضی پیشرفته و مشكلی در آن به كار رفته است ، این موضوع به گونه ای است كه امروزه دانشمندان با بعضی از محاسبات و معادلات این نظریه ی قوی مشكل دارند . در سال 1916 فیزیكدان آلمانی كارل شوارتزشیلد راه حلی برای معادلات پیشرفته نسبیت عام ارائه كرد . سیاهچاله های شوارتز شیلد دكتر شوارتز شیلد به این موضوع پی برد كه اگر یك جرم به اندازه ی كافی شعاعش كوچك شود ، فضا – زمان اطرافش به شدت تحریف می شود و حالت كج و كولگی به خود می گیرد و از دام این جسم هیچ چیز حتی نور كه سرعتی در حدود 300000 كیلومتر بر ثانیه دارد و حد سرعت ها محسوب می شود و یكی از پایه های نسبیت است نمی تواند بگریزد . این اجرام از ستاره هایی پدید می آیند كه حداقل 2 تا 3 برابر خورشید جرم داشته باشند . هنگامی كه این ستاره ها فروریزند از خود چنین رفتاری نشان می دهند . این در حالی است كه سوخت قابل دسترسشان به اتمام رسد ، در این هنگام حتی انرژی هسته های اتم ستاره قادر نیستند از فروریزش ستاره در خودش جلوگیری كنند . در این حالت تمام جرم ستاره در نقطه ای كه تكینگی خوانده می شود متمركز می شود . در این نقطه خاص از فضا – زمان فشردگی ماده بی نهایت است همچنین چگالی بی نهایت می باشد . می توان گرانش این ناحیه را بی نهایت تصور كرد . در محدوده ی تكینگی بافت فضا – زمان بی نهایت خمیده است ؛ هرچند علم در این شرایط قادر به شرح درون تكینگی نیست . در این ناحیه تمام قوانین فیزیك از میان می روند ، البته كارهای شوارتز شیلد وضع نور را در اطراف این محدوده ممنوعه ی آسمانی مشخص ساخته است . اگر انقباض ستاره آغاز شود جرم آن به طور فزاینده ای در منطقه ی كوچكی از فضا متمركز می شود و اثر گرانش نیز به طور مشخص اظهار وجود می كند . زمانی كه شعاع ستاره ی در حال رمبش به شعاع بحرانی یا شعاع شوارتز شیلد رسید از دیدگاه ما ناپدید می شود ، زیرا سرعت گریز آن از سرعت نور فراتر رفته است . با بهره گیری از كارهای اینشتین می فهمیم كه سرعت هیچ چیز نمی تواند از سرعت نور فراتر رود ، اگر این گونه شود قوانین نسبیت به زیر پا گذاشته شده است . در این حال سیاهچاله پدید آمده است . لبه ی بیرونی این حفره را افق رویداد می خوانیم ، چون شناختی از آن سوی افق رویداد نداریم پس امكان سفر به بیرون جهان در زمان حال امكان پذیر نیست و شاید هرگز هم امكان پذیر نباشد . فاصله ای در حدود 5/1 برابر شعاع افق رویداد منطقه ی كاذبی وجود دارد كه به فوتون اسفر یا كره ی فوتون ها معروف است . در این ناحیه گرانش سیاهچاله برای كشیدن نور به طرف خود كافی نیست و نور هنوز نیروی كافی برای گریز دارد . بیشتر فوتون هاب نور در این منطقه صید می شوند تا تقدیرشان برای همیشه در دست مدار سیاهچاله باشد . فرض كنید شخصی داوطلب برای سفر به سیاهچاله های شوارتز شیلد پیدا شود ، او چه تجربه خواهد كرد ؟ او از میان فوتون اسفر می گذرد آیا او با نور وارد می شود ؟ در حال داوطلب ما روشنی را وداع گفته و وارد تاریكی محض شده است . او احساس می كند با سرعتی باورنكردنی می چرخد . به طور قریب الوقوع در افق رویداد فضانورد ما تابع نیروی جذر و مد در مقیاس نجومی است . او این احساس را خواهد داشت كه پاهایش میلیاردها برابر از سرش سنگین تر خواهد بود در یك لحظه ی سریع و خیره كننده داوطلب ما در اتم ها متلاشی خواهد شد ، او با تكینگی برخورد خواهد كرد و باقیمانده فانی او به طور شتاب زده از وجود ساقط می شود و خورد می شود . سیاهچاله با تكانه زوایه ای سیاهچاله های شوارتز شیلد شاید از این جهت جالب به نظر آیند كه هرگز نمی توان آنها در طبیعت جستجو كرد . برای هر سیاهچاله ی كشف شده می توان اسپین را فرض كرد این موضوع می تواند شاهدی بر حل معادلات اینشتین باشد . معادلات اینشتین برای تكانه ی زاویه ای ( اسپین ) تا سال 1963 كشف نشده بود . روی پی كر كه ریاضیدانی استرالیایی این راه حل ها را تصادفا" كشف كرد . این راه حل ها زمانی كشف شدند كه برروی مشكلات دیگر كار می شد ؛ چرخش آنها سریع است درست مانند سیاهچاله های شوارتز شیلد البته با كمی تفاوت كه آنها را جذاب تر می كند . اولین چیزی كه یك مسافر سیاهچاله در خواهد یافت كشیده شدن به دور سیاهچاله و گردش آن است . در چرخش یك سیاهچاله یك مرز نامرئی وجود دارد كه به حد ثابت معروف است . در حد ثابت هیچ چیز قادر به گریز نیست و به طرف سیاهچاله كشیده می شود ، مگر اینكه از نور سریع تر سفر كند كه با قوانین نسبیت متناقض است . در واقع در حد ثابت یك شخص باید سرعتش فراتر از نیروی گریز سیاهچاله شود . منطقه ی بین حد ثابت و افق رویداد ارگوسفر نام دارد . جالب است كه این نكته از لحاظ نظری درست است كه ماده از ارگوسفر بگریزد ولی عملا" امكان پذیر نیست . ارگوسفر یك شكل 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 كشش دارد . سیاهچاله های كر هر چند سیاهچاله ها چهره ی خارجی خوبی به نمایش نمی گذارند اما در افق رویداد تقریبا" تعبیر عدم چرخش متفاوت است . تكینگی فرمی از حلقه را به خود می گیرد دانشمندان به این امر پی برده اند كه تكینگی زمان مانند است اما در سیاهچاله های شوارتز شیلد دقیقا" عكس این موضوع است یعنی حلقه ی تكینگی فضا مانند است . این بدان معنا است كه اشیائی كه داخل افق رویداد روی سطح صاف استوا در تكینگی نابود می شوند ، قسمتی از راه حل های كر این امر را به نمایش می گذارد كه منطقه ی مرز با حلقه ی تكینگی جایی است كه دانشمندان اغلب برای نمایش آن از نمودار فضا زمان برای جهان گرافیكی عجیب نسبیت عام از آن استفاده می كنند . در این منطقه فضا – زمان منفی یا معكوس است و به عقیده تعداد زیادی از دانشمندان در این مكان گرانش رانشی حكمفرما است ، یعنی به جای اینكه جسمی در سطح صفحه ی پلاستیكی موجب فرورفتگی شود باعث بالازدگی می شود . دیگر تئوری ها ادعا می كنند كه در این منطقه اجسام شعاع منفی دارند . متأسفانه هیچ یك از تئوری های فیزیك قادر به جستجوی چنین مفهومی نیست . عریانی تكینگی یكی از خاصترین رول های غیرعادی سیاهچاله ها امكان تكامل برهنگی تكینگی است . چرخش یك سیاهچاله باید چرخشی باشد كه هیچ گاه سریعتر از كاهش شعاعش نباشد . هر جیز بخواهد مقدار تكانه زاویه ای برای گذر از سیاهچاله داشته باشد باید سرعت آن از سرعت نور فراتر رود و اگر این گونه نشود در نقطه ای از افق رویداد از نگاه ها پنهان می شود و در نزدیكی تكینگی تنها می ماتد . غیاب افق رویداد به معناب سفر به فضای بیرونی تكینگی است . شاید به توان به این صورت گفت كه نمی توانیم از عریانی تكینگی خارج شویم . بیشتر دانشمندان به این امر تمایل دارند . در این ناحیه از جهان قوانین طبیعت كاربرد ندارد و قوانین خاص بر روی یكدیگر و جهان تأثیر می گذارند . جهان های موازی از تمام خواص عجیب و غریب سیاهچاله ها هیچ یك عجیب تر از حل معادلات اینشتین نیست ؛ این معادلات به ما می گویند كه این چاله ها در فضا – زمان می توانند همچون پلی به دیگر جهان ها عمل كنند . این گفته می تواند سوژه ی خوبی برای داستان های علمی تخیلی باشد . قضیه ی جهان های موازی به صورتی است كه می گوید جهان های كاملا" مجزایی از جهان ما وجود دارد . . در میان بسیاری از تفكرها همچون طبیعت این جهان ها ، این عقیده وجود دارد كه اگر ما در این جهان ها ساكن شویم آنگاه زندگی مان اندكی تفاوت خواهد كرد . هر چند امكان دارد نسخه های موازی برای جهان وجود داشته باشند و یا نباشند . این نظریه غیر عاقلانه به نظر نمی آید زمانی كه با معادلات ناشناس مكانیك كوانتوم ارتباط برقرار می كند . هر چند كه هستی این جهان ها در زمان حال صرفا" تعبیری تئوریكال است . آینده در نمودار فضا – زمان در نوك نمودار قرار گرفته است . تمام حركت ها در فضا باید سیری در 45 درجه ی خط زمان كه عمودی است داشته باشد . مسیرهایی كه كجی آنها بزرگتر از 45 درجه است فضا مانند هستند كه سریعتر از مسافرت نور است همانطور در منطقه ی زیر خط 45 درجه سایه ای خاكستری و نشانی ممنوع پرتو افكنده است . پروفسور راجر پن رُز از دانشگاه آكسفرد نوع پیشرفته ای از نمودار فضا – زمان را ترسیم كرده است كه 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 شكل پنج به نظر پیچیده تر می آید . اما واقعا" این طور نیست . فقط در آن تمام راه های میان فضا باید كجی شان كمتر از 45 درجه از محور قائم باشد . تكینگی سیاهچاله بر دندانه های كوسه شكل دلالت می كند كه در زاویه 90 درجه واقع می شود پس فضا مانند است . افق رویداد یك راه طبیعی است كه با خمیدگی های تیز به نمایش در آمده است . در این نمودار راه سفر به سیاهچاله با خط خمیده به نمایش در آمده است كه از میان افق رویداد گذشته است دو چیز غیر طبیعی در این نمودار خودنمایی می كند ؛ اول آنكه یك تكینگی اضافی در گذشته وجود دارد ( در قسمت زیرین نمودار ) و دیگر آنكه جهانی اضافی در سمت چپ آن به چشم می خورد . تكینگی اضافی واقع در نمودار همچون گذشته فضا مانند است ، این تكینگی معروف به سفید چاله است . به صورت ساده تر می توان گفت كه كاربرد سفید چاله مخالف كاربرد سیاهچاله است . در واقع سیاهچاله هر چیز كه نزدیكش می آید آن را فرامی گیرد ولی سفید چاله ماده را دفع می كند . تعدادی از فیزیكدانان به این نظریه پایبند هستند كه سیاهچاله در باز شده ای به سوی دیگر جهان ها است . و یا اینكه ماده ی جذب شده در جهان ما در جایی دیگر بیرون ریخته می شود و آن دارای هیچ ارزشی نیست . هر چند كه ستاره شناسان هرگز یك سفید چاله را مشاهده نكرده اند و در وجودشان شك و تردید وجود دارد . پن رز در نمودار دیگری سیاهچاله های كر نمایش می دهد . چرخش یك سیاهچاله چند شكل جالب و جذاب به نمایش می گذارد ، همچنین تكینگی حلقه ای یا همان حلقه ی تكینگی در منطقه ی فضا زمان منفی قرار دارد . این محل منطقه ای است كه در آن سفر به گذشته امكان پذیر می شود . حلقه ی تكینگی بر گردی دندانه های تیز كه برای نمایش یك قسمت كه برای عفو از عدم چرخش منسوبش دلالت می كنند . این موضوع باید آشكار شود كه تكینگی عمودی است ( زمان مانند ) این بدان معنا است كه هر شخص می تواند با سرعتی كمتر است سرعت نور از آن بگریزد . منطقه ای كه محصوری منفی دارد جایی است كه فقط می تواند در تكینگی باشد . گرفتن این مطلب بسیار ساده است ، این منطقه سدی نرمال بین گذشته و آینده است . یك مسافر این منطقه می تواند در مكانی در گذشته یا آینده قرار گیرد این یك 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 كه مطالبی به این گونه با دركی مشكل دارند همتایی ندارند . یكی از دو راهی كه تمایل به جلوگیری از سفر مسافر ما دارد این است كه سفر به این جهان دیگر هرگز ممكن نمی باشد . هرچند هدف از این نمودار دیددار با جهان دیگری است . نمودار پن روز در زمینه سیاهچاله های كر چهار جهان ( سه جهان موازی به همراه جهان خودمان ) را به نمایش می گذارد البته این نمودار این امكان را دارد كه تا بی نهایت در قالب جهان های گذشته و آینده گسترش یابد . برای مثال یك مسافر در سیاهچاله های كر می تواند این امكان را دارد تا به دو صورت به سفر بپردازد كه در نمودار به نمایش در آمده است هرچند كه راه دو به جهان دیگر می رود . آیا سیاهچاله ها واقعا" وجود دارند ؟ اگر یك سیاهچاله با طبیعت خود همه ی ماده ی اطرافش را جذب می كند چطور ممكن است یكی از آنها را بیابیم و شاید بخواهیم در زمان كوتاهی در آن فرو افتیم؟ ستاره شناسان مداركی را برای متقاعد كردن هر شخص در رابطه با این اجسام یافته اند این اطلاعات در طول 15 سال اخیر توسط تلسكوپ های اشعه ی ایكس به دست آورده اند . یك سیاهچاله ماده ی ستاره های نزدیك به مدارش را به سرعت به طرف خود می كشد این ماده به دور سیاهچاله همچون آب وان به درون لوله فاضلآب راه می یابد البته این ماده همچون گردابی می شود كه معروف به دیسك تراكمی یا افزایشی است . ماده ای كه از اجرام اختری می آید تا اینكه در سیاهچاله فرو افتد مقصد پایانی اش افق رویداد است . این ماده افزایش سرعت پیدا می كند افزایش حرارت این ماده آغاز می شود در این شرایط فوتون های انرژی الكترومغناطیسی آزاد می شود . آنتن های فضایی انرژی شدید اشعه ی ایكس ساتع شده از این اجرام را دریافت می كنند . ستاره شناسان در آسمان منابع قدرتمند اشعه ی ایكس را جستجو می كنند تا مكان یك منبع خاص را تعیین كنند ، اگر این منبع قسمتی از یك سیستم دوتایی باشد آنها می توانند جرم این همدم نامرئی را مشخص كنند . این كار شبه وار آنالیزی بصری و یا مؤلفه ای بصری از سیستم های دوتایی است . اگر منبع اشعه ی ایكس ردیابی شده دارای حداقل 2تا 3 برابر جرم خورشید باشد مطمئنا" در می یابند كه سیاهچاله ای را نشانه رفته اند . در كل سیاهچاله ها عضو اولین كشفیات بودند اما نه در خارج فضا بلكه از نتایج حل معادلات درخشان دكتر اینشتین در نسبیت بود . در تاریخ بیشتر دانش ما از این اجسام رمز آلود باقیمانده ی تئوری های فیزیك است . تغییر شكل ساختار فضا – زمان علتی چون این این اجرام رمز آلود دارند . ما هنور جای كاوش برای مثال های گفته شده مثل تئوری جهان های موازی وعریانی تكینگی و ..... داریم . ستاره شناسان و فیزیكدانان به این مسئله باور دارند كه این اجسام از مرگ ستارگان غول پیكر پای به عرصه ی وجود می گذارند . این تئوری می تواند تجربه ای برای كشف های جدید و توضیح وجود سیاهچاله ها باشد . | |
