نجوم و اختر شناسی

پاسخ به:نجوم و اختر شناسی
سه شنبه 17 بهمن 1391  4:38 PM

سياهچاله

موضوع سياهچاله‏ها اول بار درسال 1783 بحث شد. جان ميچل مدرس کمبريج با مطرح کردن سرعت بحراني گريز گفت: ستارگاني با جرم بيشتر از خورشيد سرعت گريزشان از سرعت نور بيشتر است. پس نمي‏توانيم آنها را ببينيم چون نور گسيل شده از آنها توسط گرانش باز پس کشيده مي‏شود. او آنها را ستارگان تاريک ناميد. اما اصطلاح سياهچاله در 1969 توسط جان ويلر دانشمند آمريکايي بر سر زبان‏ها انداخته شد. ستاره سردي که 5/1 برابر جرم خورشيد باشد در برابرگرانش خود تاب نخواهد آورد. اين حد چاندراسخار است. آنها وقتي نتوانند از طريق سوخت هسته‏اي گرماي لازم را توليد کنند براي جبران نيروي گرانش خود که در جهت کوچکتر شدن آنها عمل مي‏کند کوچک و کوچک‏تر خواهد شد تا به سياهچاله تبديل شوند، يعني ناحيه‏اي بسيار خميده از فضا ـ زمان که نور را ياراي گريز از آن نيست. در درون سياهچاله زمان به پايان مي‏رسد. سياهچاله‏ها يکي از موارد نادر تاريخ علم است که تئوري مربوط به آنها به تفصيل و در قالب مدل رياضي تدوين شده است پيش از آن که هيچ گواه و نشانه تجربي دال بر درستي آنها در دست باشد. اگر شعاع ستاره‏اي کاهش يافت و به مرز بحراني رسيد حفره سياه (black hole) يا سياهچاله تشکيل مي‏شود. اگر جرم حجم رمبيده شده از 2/3 برابر جرم خورشيد بيشتر باشد با رمبش، الکترون‏ها و نيز نوترون‏ها خرد مي‏شوند. با خرد شدن نوترونها ديگر چيزي جلوي رمبش را تا صفرشدن جسم نمي‏گيرد. بنابراين مطابق تعريف، سياهچاله جسم کوچکي است که به دليل گرانش شديد همه چيز در آن مي‏افتد و هيچ چيز، حتي نور، نمي‏تواند از آن خارج شود. کش آمدن يا اثر جزر و مدي به دليل گرانش شديد است. کشش گرانشي ماه سبب مي‏شود که زمين اندکي کش بيابد. آب در سمت رو به ماه اندکي بالا مي‏آيد. اگر جسم در سياهچاله بيفتد اثر جزر و مدي چنان باعث کش آمدن آن مي‏شود که به تکه‏هاي کوچک مبدل مي‏گردد. براي غلبه بر گرانش، بايد سرعت گريز از يک حد بحراني بيشتر باشد، مثلا اگر سرعت گريز از زمين براي موشکي، بيش از ۱۱ کيلومتر بر ثانيه باشد موشک به بالاي جو مي‏رود و هرگز به زمين بر نمي‏گردد. سرعت گريز از مشتري 5/60 ، از خورشيد 617، از شعراي يماني 3400 و از يک ستاره نوتروني 192000 است پس نور که سرعتي معادل 300 هزار کيلومتر در ثانيه دارد از ستاره نوتروني مي‏گريزد اما در درون سياهچاله به دام مي‏افتد. ماده به هنگام سقوط در سياهچاله پرتو x تابش مي‏كند. اگر پرتوهاي x تنها از يک نقطه برسد بدان معني است که در آنجا ستاره‏اي رمبيده وجود دارد خواه نوتروني و يا سياهچاله. اگر نوتروني باشد پالس‏هاي سريع‏تر پرتو x تابش مي‏شود و اگر سياهچاله باشد پرتوهاي x پيوسته تابش نمي‏شود زيرا از سياهچاله نمي‏آيد بلکه از موادي که در سياهچاله مي‏ريزند تابش مي‏شود و لذا متغيير است. تابش سياهچاله موجب انتقال انرژي آن و به معناي از دست دادن جرم و کوچکتر شدن آن است. يعني دماي سياهچاله و نرخ تابش آن افزايش خواهد يافت. سرانجام جرم سياهچاله به صفر خواهد رسيد و سياهچاله کاملا ناپديد خواهد شد. اگر نوري از سياهچاله بيرون نمي‏آيد چگونه مي‏توان آن را آشکار ساخت؟ آيا به تعبير طنزآميز هاوکينگ بايد در يک زيرزمين مخصوص زغال سنگ به دنبال يک گربه سياه باشيم! پاسخ آن است که نيروي گرانشي که سياهچاله بر همسايگانش اعمال مي‏کند با کششي که پيش از فروپاشي اعمال مي‏کرده برابر است. اگر خورشيد بدون از دست دادن جرمش به سياهچاله تبديل مي‏شد سياره‏ها مثل گذشته بر گرد او مي‏چرخيدند. بنابراين يک راه جستجوي سياهچاله آن است که دنبال ماده‏اي در حال گردش پيرامون چيزي فشرده و ناديدني بگرديم. تعدادي از اين منظومه‏ها و سياهچاله‏هاي غول‏آسا در مرکز کهکشان‏ها پيدا شده‏اند که گاه 100 ميليون برابر جرم خورشيد را دارند. هاوکينگ معتقد است حتي اجسام کوچک هم اگر به اندازه کافي فشرده شوند ممکن است به صورت سياهچاله در آيند. احتمالا در مهبانگ برخي از تکه‏ها در هم فشرده شدند وسرانجام سياهچاله‏هايي را تشکيل دادند. اين سياهچاله را سياهچاله‏هاي بدوي مي‏گويند. نزديکترين سياهچاله بدوي به زمين شايد يک ميليارد کيلومتر فاصله داشته باشند. (در حد پلوتو) دماي سياهچاله‏ها سياهچاله‏ها همچون جسمي داغ با دماي T تابش مي‏كنند. هاوکينگ کشف کرد که سياهچاله‏ داراي دماست. او فرمول دماي سياهچاله‏ها را ارائه داده است. اين دما با ثابت پلانک و سرعت نور متناسب است. هر چه سياهچاله کوچکتر باشد دمايش بيشتر است. دماي سياهچاله‏ها با جرم چند برابر خورشيد تنها حدود يک ميليونيم درجه بالاي صفر مطلق است. هاوکينگ نشان داد که سياهچاله چنان رفتار مي‏کند که گويي کميتي به نام انرژي دارد. او فرمول انتروپي سياهچاله را که برابر با مساحت افق رويداد سياهچاله است کشف کرد. فرمول مساحت براي انتروپي يا تعداد حالت‏هاي دروني يک سياهچاله پيش‏بيني مي‏کند که اطلاعات درباره آنچه به درون سياهچاله فرو مي‏ريزد مي‏تواند مانند اطلاعات روي يک صفحه موسيقي نگهداري و ذخيره شود و با بخار شدن سياهچاله اين اطلاعات بازيابي مي‏شوند. هاوکينگ کشف کرد که سياهچاله‏ها کاملا سياه نيستند. نظريه کوانتمي بر آن است که سياهچالهها مانند اجسام داغ، همه نوع ذرات و پرتو از خود گسيل مي‏کنند. پارادوکس گم شدن اطلاعات در سياهچاله‏ها آيا اطلاعات در سياهچاله‏ها گم مي‏شود و يا همه اطلاعات دوباره بيرون مي‏آيد؟ به تعبير هاوکينگ، اين يکي از برجسته‏ترين پرسش‏هاي فيزيک نظري امروز است. اشاره شد که سياهچاله‏ها گرداب‏هاي آسماني هستند که از ستارگان فرو پاشيده شکل مي‏گيرند. هاوکينگ که در دهه 1970 عمدتا به مطالعه سياهچاله‏ها مشغول بود بر اين باور بود که سياهچاله‏ها همه اطلاعات و ردپاهائي را که فرو مي برند نابود مي‏کنند و تنها يک شکل عمومي تابش را گسيل مي‏دارند. هر چه درون سياهچاله بيفتد براي هميشه ناپديد مي‏شود. او براساس نظريه نسبيت عام احتمال در هم پيچيده شدن و گره خوردن فضا ـ زمان و گم شدن اطلاعات را در لابه لاي آن مطرح مي‏سازد. اما امروزه بسياري بر اين باور هستند که اطلاعات گم نمي‏شود. جهان امن و آسوده و پيش‏بيني پذير است و چيز غيرمنتظره‏اي رخ نمي‏دهد. هاوکينگ امروزه معتقد است افق رويداد که سطح سياهچاله را تشکيل مي‏دهد داراي افت و خيزهاي کوانتمي است. اينها همان عدم قطعيت‏ها در موقعيت هستند. افت و خيزها رفته رفته مي‏گذرند و همه اطلاعات درون سياهچاله به بيرون درز مي کند. بنابراين دانشمندان اميدوارند با رمزگشايي از آنچه سياهچاله‏ها گسيل مي‏دارند تاريخ چيزهايي را که در طول هزاران سال فرو داده‏اند شناسايي کنند. اطلاعات با استواري در جهان بر جاي مي‏مانند. اين نظريه جديد هاوکينگ است. افت و خيزهاي کوانتمي بدان معناست که فضا پر از جفت ‏هاي ذرات مجازي است که با يکديگر پديدار مي‏شوند و از هم جدا مي‏شوند. در حضور يک سياهچاله، ذره داراي انرژي منفي ممکن است درون سياهچاله بيفتد و ذره با انرژي مثبت به بينهايت بگريزد. ذرات با انرژي منفي موجب کاهش وزن و بخارشدن آرام و آهسته سياهچاله و کوچک شدن اندازه افق آن شوند. افق رويداد افق رويداد، مرز ناحيه‏اي از فضا ـ زمان است که گريز از آن امکان‏پذير نيست. مرکز و کرانه سياهچاله، درون فضا ـ زمان از مسير شعاع‏هاي نوري شکل گرفته براي هميشه روي لبه آن شناورند و به دشواري از فرو رفتن در سياهچاله گريخته‏اند. افق رويداد مثل لبه‏هاي يک سايه است. ظاهرا آنچه دانته پيرامون راه ورود به جهنم سروده بود در مورد افق رويداد نيز صادق است. هر کس به اينجا وارد شود تمامي اميدش را از دست مي‏دهد. هر چيز يا هر کس در محدوده افق رويداد بيفتد بزودي به ناحيه‏اي که چگالي آن نامتناهي است مي‏رسد و براي او اين پايان زمان است. نويسنده: مسعود بينش منبع: كتاب معجزه عقل کل