تويت
الثقب الاسود
ھو منطقة مكانية بكثافة شديدة الإرتفاع؛ أي أنھا كتلة مركزة في حجم صغير
مما يمنع أي جسم من الإفلات من قوة جاذبيتھا... لكل جسم سماوي يوجد ما
و التي ستكون مطلوبة لأي شيء (Escape Velocity يسمى بسرعة الإفلات (أو
كي يتمكن من التخلص من قوة الجاذبية و مغادرة ذلك الجسم؛ سرعة الإفلات
40 كيلومتر في الساعة... تركيز المادة في الثقب الأسود للأرض مثلا ھي 000
عالي جداًَ لدرجة أن سرعة الإفلات من جاذبيتھ تزيد حتى عن سرعة الضوء؛
و بما أنھ لا يوجد أي شيء في الكون يمكنھ الحركة بسرعة أعلى من سرعة
الضوء، فھذا يعني أنھ لا يوجد أي شيء في الكون قادر على الإفلات من جاذبية
الثقب الأسود حتى الضوء نفسھ.
ما ھي مكوناتھ؟
حسب نظرية النسبية العامة، الجاذبية ھي مظھر من مظاھر تقوس الزمكان...
الأجسام فائقة الضخامة تقوم بتقويس الزمكان بقدر تصبح معھ القوانين الرياضية
Event و الھندسية غير قابلة للتطبيق... للثقب الأسود يوجد ما يسمى بأفق الحدث
و ھو منطقة كروية الشكل تدل على حافتھ و فيھا تكون سرعة ؛Horizon
الإفلات مساوية لسرعة الضوء... عندما يتجاوز أي شيء تلك الحافة، لن يكون
و ھو ؛Singularity بإمكانھ الخروج بل سيتم ابتلاعھ باتجاه المركز المسمى
النقطة شديدة الكثافة حيث قوة الجاذبية تتمدد الى ما لانھاية و حيث يكون مآل
كل المادة التي تم جذبھا.
ما حجمھ؟
ھناك أسلوبان يمكننا من خلالھما معرفة حجم أي جسم؛ الأول ھو الكتلة و الثاني
ھو المساحة أو الفضاء الذي يحتلھ ذلك الجسم... فيما يخص الكتلة، لا توجد أي
حدود عليا أو دنيا؛ أي أن كتلة الثقب الأسود قد تكون بأية قيمة يمكن أن تُضغط
حتى درجة كثافة كافية... معظم العلماء يؤكدون أن العدد الأكبر من الثقوب
السوداء قد تشكل نتيجة موت نجوم ضخمة جداً تساوي كتلتھا ھي: في المعدل
حوالي 1031 كيلوغرام ( 1 بجانبھ 31 صفراً) أي ما يساوي عشر مرات كتلة
الشمس... ھناك ثقوب سوداء أخرى - كتلك الموجودة في مركز مجرتنا - تكون
كتلتھا أكبر من ذلك بكثير و قد تصل الى 1036 كيلوغرام (أي مليون مرة كتلة
الشمس)... كلما ازدادت كتلة الثقب الأسود كلما ازدادت المساحة التي يحتلھا...
قطر أفق الحدث متناسب مع كتلة الثقب الأسود؛ إذا كان ھناك ثقب أسود ذا كتلة
أكبر بعشر مرات من كتلة ثقب آخر فإن قطر أفق الحدث يكون أيضاً أكبر بعشر
مرات من الآخر... لو كان ھناك ثقب أسود كتلتھ مساوية لتلك الخاصة بالشمس
فإن نصف قطره سيكون ثلاثة كيلومترات، و إذا كانت كتلتھ (كما ھو في المعدل)
10 مرات تلك الخاصة بالشمس فإن نصف قطره سيكون 30 كيلومتراً، و إذا كانت
كتلتھ تساوي مليون مرة تلك الخاصة بالشمس فإن نصف قطره سيكون ثلاثة
ملايين كيلومتر.
حتى وقت قريب، اعتقد العلماء ط بشكوصول درجة حرارة الغاز ا إلكتروناتھا)... لا نعلم بعد مصدر ھذا
التدفق.
كيف يتم اكتشافھ؟
من غير الممكن مراقبة الثقوب السوداء مباشرة؛ و ذلك لأن
الضوء غير قادر على الإفلات من جاذبيتھا... إلا أن ھناك
العديد من الدلائل التي تشير الى وجودھا : أولھا أن جاذبيتھا
قوية لدرجة تسبب تقوس الزمكان و انحناء مسار الضوء...
بفضل ھذه الخاصية، تمكن العلماء من مراقبة الضوء
الملتوي القادم من مجرات و كوازارات و مناطق من الفضاء
بعيدة جداً عنا و التي لولا ذلك التدخل من قبل جاذبية الثقوب
السوداء لما كان بإمكانھا الوصول إلينا أبداً.
دلائل أخرى تصلنا من المادة التي يتم ابتلاعھا من قبل
الثقب الأسود... كلما زادت قوة الجاذبية كلما زاد الضغط
الواقع عليھا مما يزيد درجة حرارتھا... بارتفاع درجات
الحرارة المتواصل ترتفع ترددات الإشعاعات
و غاما X الإلكترومغناطيسية التي تصدر عنھا... مسح أشعة
و الأشعة الإلكترومغناطيسية ذات الترددات العالية جداً أي
تلك ذات أطوال الموجات المتدنية (أدنى من جزء من عشرة
آلاف جزء من الضوء المرئي) يكشف عن وجود قوة الجاذبية
الخاصة بالثقب الأسود.
ھناك مؤشرات تدلنا على حجم الثقب الأسود منھا المدة
التى يستغرقھا في امتصاص المادة من جسم ما و الفترات
متذبذباً و ليس ثابتاً. X التي يكون فيھا بث أشعة غاما و
المتوقع أن تنھي وكالة Constellation-X مشروع
الفضاء الأمريكية انشاءه بحلول العام 2017 ... من ضمن
(X المھمات التي ستوكل إليھ توفير معلومات و صور (بأشعة
أكثر وضوحاً خاصة بالثقوب السوداء.
تدفق بلازما متواصل
مادة حارة
أفق الحد ث
غاز بين نجمي
نجوم يتم جذبھا
الى الثقب
Page 31 الثقوب السوداء
أفق الحدث الخاص بھ بقياس يصل الى ثلاثة مليارات
كيلومتر.
ھل من الممكن المرور خلال الثقب الأسود؟
فكرة كون الأنفاق الدودية كجسور موصلة بين نقطتين
مختلفتين في الكون أو حتى بين نقاط ذات أبعاد و حقائق
فيزيائية متباينة (كوننا المعروف و كون آخر مثلا ) ھي
فكرة ليست جديدة؛ في العام 1985 ، و عندما كان الفلكي
منھمكاً بكتابة رواية Carl Sagan الشھير كارل ساجان
بدأ في البحث عن طريقة ،Contact الخيال العلمي
مواصلات معقولة علمياً يمكنھا ايصال بطلة قصتھ الى
منطقة بعيدة جداً في الفضاء... للحصول على أفكار
Kip مقبولة، قام بالإتصال بصديقھ الفيزيائي كيب ثورن
والذي Caltech من معھد كاليفورنيا للتكنولوجيا Thorne
قام مع فريق من الباحثين بدراسة امكانية استخدام الأنفاق
الدودية... يصف العلماء الأنفاق الدودية بأنھا مناطق غير
مستقرة؛ و يؤكدون أن الدلائل تشير الى أن ھذه الأنفاق تفتح
الممر خلالھا لأجزاء من الثانية في كل مرة... إلا أن المرور
خلالھا يتطلب أن نتحرك بسرعة تفوق سرعة الضوء
(حد السرعة الأقصى المسموح بھ حسب نظريات
آينشتين)... إلا أن ھذا لن يعني مرورنا بسلام من بوابة النفق
الى البوابة الأخرى؛ فالإضطرابات في الجاذبية بالإضافة الى
X الإشعاعات القادمة من نجوم قريبة و اشعة غاما و
ستكون كفيلة بالقضاء على من يمر داخل الثقب.
OF SCIENCE
PROSPECTS
July-August 2007 www.sci-prospects.com
في مركز مجرة درب التبانة يوجد
ثقب أسود فائق الضخامة
لا توجد إجابة وافية على ھذا التساؤل بعد؛ إلا أن المتوقع ھو
أن المادة التي تقع في الثقب تنھار على نفسھا حتى تصل الى
و بكثافة و ضغط لانھائيين (Null) حجم لا قيمة رقمية لھ
مما يؤدي لنشوء تقوس لا نھائي في مجال الجاذبية... يعتقد
البعض أن قوة الجاذبية الواقعة على المادة ستكون أكبر كلما
كان الثقب الأسود أكبر؛ الحقيقة ھي العكس، كلما كان
الثقب الأسود أصغر كلما كانت قوة جاذبيتھ أشد.
حسب النظرية الكلاسيكية للثقوب السوداء التي وضعھا
Karl Schwarzschild الفلكي الألماني كارل شوارزتشايلد
في العام 1916 ، كل المادة الواقعة في الثقب ستتجھ الى
و التي تُعتبر نقطة ذات كتلة Singularity نقطة ال
لانھائية... حسب نظريات أخرى، كتلك التي وضعھا
في العام Roy Patrick Kerr الرياضي روي باتريك كير
1963 ، فإن المادة التي تدخل في تلك النقطة سيكون
بإمكانھا الخروج منھا... الى أين؟ أحد الإجابات ھي تلك
و الذي قد يكون الجسر Wormhole المرتبطة بالنفق الدودي
الموصل بشكل لحظي بين ثقبين أسودين في نفس الكون أو
في كونين مختلفين.
كيف ينشأ الثقب الأسود فائق الضخامة؟
توجد فرضيات علمية تؤكد وجود ثقوب سوداء بأبعاد
ضخمة جداً... قد تكون ھذه الثقوب قد نشأت عن انھيار
جاذبي لمجرة كاملة... ثقب أسود كھذا سيكون نصف قطر
Page 32 July-August 2007 www.sci-prospects.com
الثقوب السوداء
PROSPECTS
ھل من الممكن استخراج معلومات من الثقب؟
Stephen Hawking كانت فرضية العالم ستيفن ھوكنغ
ھي أن ما يدخل في الثقب الأسود سيضيع و سيبقى "خارج"
كوننا الى الأبد و أنھ من المستحيل الحصول على أي
معلومات من داخل الثقب الأسود... إلا أن ھوكنغ نفسھ،
و بعد أكثر من ثلاثين عاماً، عاد و قدم نظرية جديدة عن
الثقوب السوداء في العام 2004 تناقض فرضيتھ الأصلية.
يقول ھوكنغ أن الثقوب السوداء "تكشف داخلھا" مما يسمح
OF SCIENCE
بمعرفة ما تم ابتلاعھ مع أن المعلومات التي سنحصل
عليھا لن تكون مفھومة لأنھا ستكون مختلفة تماماً عما
كانت عليھ طبيعة المادة في الماضي أي قبل وقوعھا تحت
تأثير الثقب الأسود.
لم يتفق الجميع مع ھذا الطرح الجديد لھوكنغ؛ قال كيب
ثورن بعد تصريح ھوكنغ: "يبدو طرحھ جميلا ، إلا أني
بحاجة للكثير من التفاصبل الإضافية".__
مما يمنع أي جسم من الإفلات من قوة جاذبيتھا... لكل جسم سماوي يوجد ما
و التي ستكون مطلوبة لأي شيء (Escape Velocity يسمى بسرعة الإفلات (أو
كي يتمكن من التخلص من قوة الجاذبية و مغادرة ذلك الجسم؛ سرعة الإفلات
40 كيلومتر في الساعة... تركيز المادة في الثقب الأسود للأرض مثلا ھي 000
عالي جداًَ لدرجة أن سرعة الإفلات من جاذبيتھ تزيد حتى عن سرعة الضوء؛
و بما أنھ لا يوجد أي شيء في الكون يمكنھ الحركة بسرعة أعلى من سرعة
الضوء، فھذا يعني أنھ لا يوجد أي شيء في الكون قادر على الإفلات من جاذبية
الثقب الأسود حتى الضوء نفسھ.
ما ھي مكوناتھ؟
حسب نظرية النسبية العامة، الجاذبية ھي مظھر من مظاھر تقوس الزمكان...
الأجسام فائقة الضخامة تقوم بتقويس الزمكان بقدر تصبح معھ القوانين الرياضية
Event و الھندسية غير قابلة للتطبيق... للثقب الأسود يوجد ما يسمى بأفق الحدث
و ھو منطقة كروية الشكل تدل على حافتھ و فيھا تكون سرعة ؛Horizon
الإفلات مساوية لسرعة الضوء... عندما يتجاوز أي شيء تلك الحافة، لن يكون
و ھو ؛Singularity بإمكانھ الخروج بل سيتم ابتلاعھ باتجاه المركز المسمى
النقطة شديدة الكثافة حيث قوة الجاذبية تتمدد الى ما لانھاية و حيث يكون مآل
كل المادة التي تم جذبھا.
ما حجمھ؟
ھناك أسلوبان يمكننا من خلالھما معرفة حجم أي جسم؛ الأول ھو الكتلة و الثاني
ھو المساحة أو الفضاء الذي يحتلھ ذلك الجسم... فيما يخص الكتلة، لا توجد أي
حدود عليا أو دنيا؛ أي أن كتلة الثقب الأسود قد تكون بأية قيمة يمكن أن تُضغط
حتى درجة كثافة كافية... معظم العلماء يؤكدون أن العدد الأكبر من الثقوب
السوداء قد تشكل نتيجة موت نجوم ضخمة جداً تساوي كتلتھا ھي: في المعدل
حوالي 1031 كيلوغرام ( 1 بجانبھ 31 صفراً) أي ما يساوي عشر مرات كتلة
الشمس... ھناك ثقوب سوداء أخرى - كتلك الموجودة في مركز مجرتنا - تكون
كتلتھا أكبر من ذلك بكثير و قد تصل الى 1036 كيلوغرام (أي مليون مرة كتلة
الشمس)... كلما ازدادت كتلة الثقب الأسود كلما ازدادت المساحة التي يحتلھا...
قطر أفق الحدث متناسب مع كتلة الثقب الأسود؛ إذا كان ھناك ثقب أسود ذا كتلة
أكبر بعشر مرات من كتلة ثقب آخر فإن قطر أفق الحدث يكون أيضاً أكبر بعشر
مرات من الآخر... لو كان ھناك ثقب أسود كتلتھ مساوية لتلك الخاصة بالشمس
فإن نصف قطره سيكون ثلاثة كيلومترات، و إذا كانت كتلتھ (كما ھو في المعدل)
10 مرات تلك الخاصة بالشمس فإن نصف قطره سيكون 30 كيلومتراً، و إذا كانت
كتلتھ تساوي مليون مرة تلك الخاصة بالشمس فإن نصف قطره سيكون ثلاثة
ملايين كيلومتر.
حتى وقت قريب، اعتقد العلماء ط بشكوصول درجة حرارة الغاز ا إلكتروناتھا)... لا نعلم بعد مصدر ھذا
التدفق.
كيف يتم اكتشافھ؟
من غير الممكن مراقبة الثقوب السوداء مباشرة؛ و ذلك لأن
الضوء غير قادر على الإفلات من جاذبيتھا... إلا أن ھناك
العديد من الدلائل التي تشير الى وجودھا : أولھا أن جاذبيتھا
قوية لدرجة تسبب تقوس الزمكان و انحناء مسار الضوء...
بفضل ھذه الخاصية، تمكن العلماء من مراقبة الضوء
الملتوي القادم من مجرات و كوازارات و مناطق من الفضاء
بعيدة جداً عنا و التي لولا ذلك التدخل من قبل جاذبية الثقوب
السوداء لما كان بإمكانھا الوصول إلينا أبداً.
دلائل أخرى تصلنا من المادة التي يتم ابتلاعھا من قبل
الثقب الأسود... كلما زادت قوة الجاذبية كلما زاد الضغط
الواقع عليھا مما يزيد درجة حرارتھا... بارتفاع درجات
الحرارة المتواصل ترتفع ترددات الإشعاعات
و غاما X الإلكترومغناطيسية التي تصدر عنھا... مسح أشعة
و الأشعة الإلكترومغناطيسية ذات الترددات العالية جداً أي
تلك ذات أطوال الموجات المتدنية (أدنى من جزء من عشرة
آلاف جزء من الضوء المرئي) يكشف عن وجود قوة الجاذبية
الخاصة بالثقب الأسود.
ھناك مؤشرات تدلنا على حجم الثقب الأسود منھا المدة
التى يستغرقھا في امتصاص المادة من جسم ما و الفترات
متذبذباً و ليس ثابتاً. X التي يكون فيھا بث أشعة غاما و
المتوقع أن تنھي وكالة Constellation-X مشروع
الفضاء الأمريكية انشاءه بحلول العام 2017 ... من ضمن
(X المھمات التي ستوكل إليھ توفير معلومات و صور (بأشعة
أكثر وضوحاً خاصة بالثقوب السوداء.
تدفق بلازما متواصل
مادة حارة
أفق الحد ث
غاز بين نجمي
نجوم يتم جذبھا
الى الثقب
Page 31 الثقوب السوداء
أفق الحدث الخاص بھ بقياس يصل الى ثلاثة مليارات
كيلومتر.
ھل من الممكن المرور خلال الثقب الأسود؟
فكرة كون الأنفاق الدودية كجسور موصلة بين نقطتين
مختلفتين في الكون أو حتى بين نقاط ذات أبعاد و حقائق
فيزيائية متباينة (كوننا المعروف و كون آخر مثلا ) ھي
فكرة ليست جديدة؛ في العام 1985 ، و عندما كان الفلكي
منھمكاً بكتابة رواية Carl Sagan الشھير كارل ساجان
بدأ في البحث عن طريقة ،Contact الخيال العلمي
مواصلات معقولة علمياً يمكنھا ايصال بطلة قصتھ الى
منطقة بعيدة جداً في الفضاء... للحصول على أفكار
Kip مقبولة، قام بالإتصال بصديقھ الفيزيائي كيب ثورن
والذي Caltech من معھد كاليفورنيا للتكنولوجيا Thorne
قام مع فريق من الباحثين بدراسة امكانية استخدام الأنفاق
الدودية... يصف العلماء الأنفاق الدودية بأنھا مناطق غير
مستقرة؛ و يؤكدون أن الدلائل تشير الى أن ھذه الأنفاق تفتح
الممر خلالھا لأجزاء من الثانية في كل مرة... إلا أن المرور
خلالھا يتطلب أن نتحرك بسرعة تفوق سرعة الضوء
(حد السرعة الأقصى المسموح بھ حسب نظريات
آينشتين)... إلا أن ھذا لن يعني مرورنا بسلام من بوابة النفق
الى البوابة الأخرى؛ فالإضطرابات في الجاذبية بالإضافة الى
X الإشعاعات القادمة من نجوم قريبة و اشعة غاما و
ستكون كفيلة بالقضاء على من يمر داخل الثقب.
OF SCIENCE
PROSPECTS
July-August 2007 www.sci-prospects.com
في مركز مجرة درب التبانة يوجد
ثقب أسود فائق الضخامة
لا توجد إجابة وافية على ھذا التساؤل بعد؛ إلا أن المتوقع ھو
أن المادة التي تقع في الثقب تنھار على نفسھا حتى تصل الى
و بكثافة و ضغط لانھائيين (Null) حجم لا قيمة رقمية لھ
مما يؤدي لنشوء تقوس لا نھائي في مجال الجاذبية... يعتقد
البعض أن قوة الجاذبية الواقعة على المادة ستكون أكبر كلما
كان الثقب الأسود أكبر؛ الحقيقة ھي العكس، كلما كان
الثقب الأسود أصغر كلما كانت قوة جاذبيتھ أشد.
حسب النظرية الكلاسيكية للثقوب السوداء التي وضعھا
Karl Schwarzschild الفلكي الألماني كارل شوارزتشايلد
في العام 1916 ، كل المادة الواقعة في الثقب ستتجھ الى
و التي تُعتبر نقطة ذات كتلة Singularity نقطة ال
لانھائية... حسب نظريات أخرى، كتلك التي وضعھا
في العام Roy Patrick Kerr الرياضي روي باتريك كير
1963 ، فإن المادة التي تدخل في تلك النقطة سيكون
بإمكانھا الخروج منھا... الى أين؟ أحد الإجابات ھي تلك
و الذي قد يكون الجسر Wormhole المرتبطة بالنفق الدودي
الموصل بشكل لحظي بين ثقبين أسودين في نفس الكون أو
في كونين مختلفين.
كيف ينشأ الثقب الأسود فائق الضخامة؟
توجد فرضيات علمية تؤكد وجود ثقوب سوداء بأبعاد
ضخمة جداً... قد تكون ھذه الثقوب قد نشأت عن انھيار
جاذبي لمجرة كاملة... ثقب أسود كھذا سيكون نصف قطر
Page 32 July-August 2007 www.sci-prospects.com
الثقوب السوداء
PROSPECTS
ھل من الممكن استخراج معلومات من الثقب؟
Stephen Hawking كانت فرضية العالم ستيفن ھوكنغ
ھي أن ما يدخل في الثقب الأسود سيضيع و سيبقى "خارج"
كوننا الى الأبد و أنھ من المستحيل الحصول على أي
معلومات من داخل الثقب الأسود... إلا أن ھوكنغ نفسھ،
و بعد أكثر من ثلاثين عاماً، عاد و قدم نظرية جديدة عن
الثقوب السوداء في العام 2004 تناقض فرضيتھ الأصلية.
يقول ھوكنغ أن الثقوب السوداء "تكشف داخلھا" مما يسمح
OF SCIENCE
بمعرفة ما تم ابتلاعھ مع أن المعلومات التي سنحصل
عليھا لن تكون مفھومة لأنھا ستكون مختلفة تماماً عما
كانت عليھ طبيعة المادة في الماضي أي قبل وقوعھا تحت
تأثير الثقب الأسود.
لم يتفق الجميع مع ھذا الطرح الجديد لھوكنغ؛ قال كيب
ثورن بعد تصريح ھوكنغ: "يبدو طرحھ جميلا ، إلا أني
بحاجة للكثير من التفاصبل الإضافية".__