تبلیغات
علم و فناوری - سیاه چاله (BLACK HOLE)
 
علم و فناوری
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : بهنام
نویسندگان
نظرسنجی
نظر شما درباره ی این وبلاگ چیست؟








آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
سیاه چاله تمركز عظیمی از جرم است كه نیروی جاذبه آن مانع عبور اجسامی  كه از افق رویداد آن-نهسیاهچاله آنهایی كه از تونل كوانتومی(شعاع هاوكینگ) می گذرند-می شود. نیروی گرانش آن قدر شدید است كه سرعت گریز از افق رویداد آن بیشتر از سرعت نور است.این مطلب بر این دلالت دارد كه هیچ چیز حتی نور در افق رویداد سیاهچاله قادر نیست از جاذبه آن فرار كند. هر چند ، این تئوری وجود دارد كه كرم چاله باعث می شود كه جسمی بتواند از سیاه چاله بیرون آید. واژه سیاه چاله گسترده است، بنابراین به یك چاله در معنای حقیقی اشاره نمی كند بلكه به مكانی از فضا اشاره می كند كه هیچ چیز از آن مكان بیرون نمی آید. وجود سیاه چاله در جهان توسط مشاهدات نجومی به خصوص مطالعه اشعه X بیرون آمده از تششعات فعال كهكشانی و تششعات دودوئی به طور كامل به اثبات رسیده است.   تاریخچه:  مفهوم جسمی عظیم كه حتی نور نیز نمی تواند از آن فرار كند توسط زمین شناس انگلیسی جرج مایكل در سال 1783 در برگه ای كه به جامعه سلطنتی فرستاده شد بیان شده است. در آن زمان نظریه ی گرانشی نیوتون و  مفهوم سرعت گریز قطعی و واضح بود. مایكل محاسبه كرد كه روی سطح جسمی  با شعاع500 برابر بزرگتر از شعاع خورشید با همان چگالی خورشید سرعت گریز برابر سرعت نور است بنابر این چنین جسمی غیر قابل دیدن می باشد.  طبق گفته ی خود او : اگر شعاع كره ای با چگالی برابر چگالی خورشید 500 برابر شود و جسمی از ارتفاع نا محدود بر روی آن سقوط كند سرعت سقوط بر روی سطح آن از سرعت نور نیز بیشتر خواهد بود. اگر نور نیز به تناسب جرم سكونش توسط این نیرو (در مقایسه با نیروی سایر اجسام) كشیده می شد تمام نوری كه از جسم ساطع می شد به سبب گرانش زیاد به جسم باز می گشت.  هر چند تفكر او بعید بود  اما مایكل بر این عقیده بود كه اجسام غیر قابل رؤیت بسیاری در كیهان وجود دارند.  در سال 1796 ریاضی دان فرانسوی پیر سامون لپیس مشابه چنین عقیده ای را در كتاب اول و دوم خود  سیستم جهان  ترویج داد. این عقیده در كتاب های بعدی تكرار نشد. تمام عقیده ای كه در قرن 19 توجه اندكی به آن شد این بود كه از آن جایی كه گمان می رفت نور دارای جرمی اندك است نیروی جاذبه تداخلی در آن ندارد.  در سال 1915  انیشتین نظریه ی جاذبه خود را با نام نظریه ی جاذبه عمومی انتشار داد. قبل از آن وی نشان داد كه جاذبه در نور تداخل دارد. چند ماه بعد كارل شوارتسشیلد راه حلی برای مبحث جاذبه چنین اجرامی ارائه داد كه نشان می داد آنچه را ما اكنون به نام سیاه چاله می شناسیم به طور تئوری امكان وجود دارد. شعاع شوارتسشیلد همان شعاع افق رویداد سیاه چاله های ساده است كه در گذشته به درستی درك نمی شد.خود شوارتسشیلد وجود آن را به طور فیزیكی قبول نداشت.  در سال 1920 سابراهمان چانداراشكار به این نتیجه رسید كه نظریه ی نسبیت خاص بیان می كند كه یك جسم غیر چرخان كه جرم آن 1.44 بار بیشتر از  جرم خورشید است ( اكنون با نام حد شوارتسشیلد شناخته شده است) از آنجائی كه در ان زمان چیزی شناخته نشده بود كه مانع آن شود،  متلاشی می شود . این نظریه با نظریه ی آرتور ادینگتون كه چیزی اجتناب ناپذیر مانع این متلاشی شدن است در تضاد بود. هر دو نظریه درست بودند. ار آنجایی كه جرم كوتوله ی سفید از حد چاندارشكار بیشتر بود متلاشی می شد و یك ستاره ی نوترونی را بوجود می آورد. هر چند یك ستاره نوترونی با جرم بیشتر از سه برابر جرم خورشید نیز در برابر متلاشی شدن ناپایدار است.  در سال 1939 رابرت آفنهیمر و اچ-سنیدر پیش بینی كردند كه ستارگان سنگین می توانند دستخوش یك تلاشی گرانشی مهیج شوند. بر این اصل سیاه چاله ها می توانند در طبیعت شكل بگیرند.این اجسام از آنجایی كه تلاشی می تواند به سرعت كاهش یابد و در نزدیكی شعاع شوارتسشیلد به قرمز میل كند زمانی ستارگان یخ زده نمامیده میشدند .ریاضیات نشان می دهند كه بیننده خارجی می تواند سطح ستاره را زمانی كه از آن شعاع عبور می كند در یك لحظه یخ زده ببیند.هر چند كه این اجسام نظری تا اواخر سال 1960 آن قدر ها مورد علاقه افراد نبود ، بسیاری از فیزیك دانان بر این عقیده بودند كه این ویژگی عجیبی از راه حل متانسب پیدا شده توسط شوارتسشیلد است و این اجسام متلاشی شده در طبیعت سیاه چاله را بوجود نمی آورد.  علاقمندی به سیاه چاله در سال 1967 به علت فعالیت های تجربی و نظری دوباره بالا گرفت. استفان هاكینگ و راجر پنرز ثابت كردند كه سیاه چاله ها خصوصیتی عام در نظریه ی گرانشی انیشتین است و نمی توان از اجسام متلاشی شونده دوری جست . علاقمندی ها در كمیته نجومی با كشف تپ اخترها دوباره تازه شد. مدت كوتاهی پس از آن استفاده از بیان سیاه چاله توسط جان ویلر ابداع شد.اشیاء كهن تر نیوتونی مایكل و لاپلاس با نام ستارگان تاریك شناخته می شوند تا آن ها را از سیاه چاله ها س نسبیت عام باز شناسیم.  شواهد :  یك سیاه چاله (شبه آن) با جرم 10 برابر خورشید كه از 600 كیلومتری راه شیری دیده شده است. ( دوربین افقی با زاویه باز 90 درجه)  شكل:  نسبیت عام( مانند سایر نظریه های استاندارد در مورد جاذبه) تنها وجود سیاه چاله ها را اعلام نمی كند بلكه در واقع ایجاد آن ها را در طبیعت زمانی كه جرم كافی در قسمتی از فضا طی عملی با نام تلاشی جاذبه ای فشرده شود ، پیش بینی می كند . به عنوان مثال اگر شما خورشید را طوری فشرده كنید كه شعاع آن به 3 كیلومتر یعنی جهار میلیونیم اندازه اكنونش برسد  به سیاه چاله تبدیل می شود.هنگامی كه جرم در مكانی از فضا افزایش می یابد جاذبه ی آن هم شدیدتر می شود – یا در زبان نسبیت فضا در اطراف آن با افزایش ناموزونی همراه خواهد شد. سرانجام جاذبه آن چنان شدید خواهد شد كه چیزی قادر به گریز از آن نخواهد بود ، یك افق رویداد تشكیل می گیرد و ماده و انرژی به اجبار در طی یك تلاشی تكینه می شوند.  تحلیل مقداری از این نظریه ما را به این پیش بینی می رساند كه بازمانده یك شبه ستاره كه جرمی بیشتر از 3 تا 5 برابر  خورشید داشته باشد ( حد تولهام-آفنهیمر-ولكاف) به علت فشار تبهگنی قادر به ماندگاری به صورت ستاره نوترونی نیست و به ناچار در پی یك تلاشی به سیاه چاله تبدیل می شود. پیش بینی می شود كه این بازمانده های شبه ستاره ها با چنین جرمی  سرانجام ستاره هایی با جرم 25-30 برابر خورشید است یا توسط افزایش جرم برای تبدیل به یك ستاره نوترونی تولید می شود.  تلاشی شبه ستاره ها میتواند سیاه چاله هایی را بوجود آورد كه حداقل 3 برابر جرم خورشید جرمسیاهچاله دارند.سیاه چاله های با جرم كمتر از این مقدار فقط زمانی شكل می گیرند كه جرم آن ها تحت فشار كافی از منبعی جز جاذبه خودشان قرار گیرد. فشار زیادی كه در مراحل اولیه ی خلقت جهان گمان می شد احتمالاً نخستین سیاه چاله ها را بوجود آورد كه جرمی كمتر از جرم خورشید داشتند.  این باور وجود دارد كه سیاه چاله های بسیار پر جرمتر در مركز اكثر كهكشان ها شامل كهكشان راه شیری خودمان قرار دارند.این گونه سیاه چاله ها دارای جرمی معادل میلیون تا بیلیون برابر جرم خورشید هستند و چند راه برای تشكیل این گونه سیاه چاله ها وجود دارد. یك راه از طریق تلاشی ستارگان خوشه ای چگال  است. راه دوم به وسیله ی مقدار زیادی از جرم است كه در حجم كوچك مثل دانه ی سیاه چاله تشكیل یافته از شبه ستاره ها متراكم می شوند . سومین راه از طریق تكرار تركیب سیاه چاله های كوچكتر است.  سیاه چاله های با جرم متوسط دارای جرمی بین سیاه چاله های پر جرم و سیاه چاله های تشكیل یافته توسط شبه ستاره ها یعنی در حدود هزار برابر جرم خورشید هستند. سیاه چاله های با جرم متوسط به عنوان منبع احتمالی  اشعه های بسیار درخشان ایكس پیشنهاد شده است و در سال 2004  اكتشاف  به نقطه رسید كه یك  سیاه چاله های با جرم متوسط به دور سیاه چاله پر جرم صورت فلكی قوس 1 ( (Sagittarius A*  در وسط كهكشان راه شیری می چرخد. این اكتشاف انكار شد.  مدل های قطعی یكپارچه شده ی چهار نیروی بنیادی به اطلاعات در مورد میكرو سیاه چاله ها در شرایط آزمایشگاهی امكان می دهد. این ادعا كه جاذبه با سایر نیرو ها یكپارچه شده با یكپارچگی سایر نیروهااز آنجا كه با انژی پلانك ( كه خیلی بیشتر است) در تضاد است قابل مقایسه است. این به ما امكان تولید سیاه چاله های بسیار كوتاه عمر در شتاب دهنده های كوچك زمینی را می دهد. هیچ گونه مدرك قطعی از تولید این گونه سیاه چاله در دست نیست در حالی كه یك نتیجه منفی محدودیت فشرده سازی برای اجسام بزرگ ابعاد را از نظریه های طولانی و مدل های فیزیك بیرون خواهد آورد.  مشاهدات:  - اطلاعات در مورد تابش بیرونی از دیسك به هم فشرده یك سیاه چاله:  در نظریات ، هیچ جسمی حتی نور قادر به عبور به بیرون از افق رویداد یك سیاه چاله نیست هر چنر سیاه چاله ها می توانند با مقایسه پدیده های اطراف آن مانند  جاذبه های ذره بینی ، تابش های كیهانی و ستارگانی كه به دور فضایی غیر قابل رؤیت می چرخند مشاهده شوند.  اثر بسیار آشكار از اجسامی است كه  درون سیاه چاله می افتند كه پیش بینی می شود این اجسام در دیسكی به هم پیوسته بسیار داغ و چرخان جمع می شوند. این چسبندگی داخلی دیسك ها سبب گرمای بالا و خروج مقدار عظیمی از اشعه های ایكس و فرا بنفش می شود . این عمل بسیار مناسب است و 50 درصد انژی جرم سكون را برخلاف تركیبات هسته ای كه مقدار اندكی از جرم را به انژی تبدیل می كنند ، به تششع تبدیل می كند. اثر قابل مشاهده دیگر تابش های باریك ذرات در سرعت های نسبیتی بر فراز محور های دیسك است.  هر چند دیسك های به هم پیوسته و اشیای چرخان تنها به دور سیاه چاله ها شناخته نشدند و وجود آنها در اطراف اشیایی مثل ستارگان نوترونی و كوتوله های سفید هم مشاهده شده است ، مكانیك حركت این اشیاء نزدیك جذب كننده های غیر سیاه چاله ها بسیار شبیه مكانیك حركت اشیا نزدیك سیاه چاله هاست.این اكنون یكی از فعالترین و پیچیده ترین مباحث تحقیقی در فیزیك پلاسما و مغناطیس برای پی بردن به آنچه می گذرد است. از این رو برای بیشتر قسمت ها ، مشاهده دیسك های به هم پیوسته و حركت های مداری به ندرت نشان دهنده ی اجسام فشرده با چنان جرم هایی است در حالی كه در مورد طبیعت آن شیء بسیار اندك سخن می گوید. تشخیص یك شیء به عنوان سیاه چاله به فرضیات بیشتری نیاز دارد زیرا اشیای دیگر( یا سیستم مرزی اشیاء) نمی وتناد این چنین پر جرم و فشرده باشد. بیشتر متخصصین اخترفیزیك این مورد را از آنجایی كه بر اساس نسببت عام هر جرم متمركز با چگالی كافی در اثر تلاشی به سیاه چاله تبدیل می شود ، قبول دارند .  یكی از مهمترین تفاوت های مشاهدات سیاه چاله و سایر اشیای پر جرم فشرده این است كه هر ماده سقوط كننده به درون سرانجام در حالی كه سرعتی نسبیتی دارد در پی تصادم انتشار می كند همان طور كه انرژی جنبشی به گرمایی تبدیل می شود . به علاوه سوختن گرما هسته ای ممكن است بر روی سطح ساخته شده اجسام رخ دهد. این عمل اشعه های غیر عادی بسیار درخشان ایكس و سایر تششعات شدید را تولید می كند. بدین گونه نداشتن چنین درخشندگیهایی به دور دیسك های به هم پیوسته ی جرم بدون سطح كه ماده در آن جا جمع می شود به عنوان مدركی دال بر وجود سیاه چاله است.   اكنون یك اندازه در شواهد تقریبی ستاره شناسی برای طبقه یندی جرمی سیاه چاله ها وجود دارد:  -  سیاه چاله های با جرم شبه ستاره ای با جرم یك ستاره معمولی ( 4 تا 15 برابر جرم خورشید)  -  سیاه چاله های پر جرم با جرمی بین 105 تا 1010 جرم خورشید.  در واقع شواهدی هم برای سیاه چاله های با جرم متوسط كه جرمی بین چند صد تا چند هزار برابر جرم خورشید دارند وجود دارد . این سیاه چاله ها احتمالاً از منابع انتشار تششعات بسیار درخشان ایكس است  نمونه های سیاه چاله های با جرم شبه ستاره ها عمدتا با  دیسك های به هم پیوسته ی  با اندازه و سرعت طبیعی و بدون وجود روشنایی غیر عادی به جر برای دیسك های اطراف اشیای فشرده ،  شناخته می شوند. سیاه چاله های با جرم شبه ستاره ها ممكن است عامل نشر اشعه گاما متوالی باشند ،این باور وجود دارد كه اشعه گاما متوالی كوتاه عمر به سبب تصادم ستاره های نوترونی كه با ادغام شدن آن ها سیاه چاله ها شكل می گیرند،  نشر می شوند. مشاهده اشعه گاما متوالی كوتاه عمر بلند با حضور ابرنواخترها موجب نیل به این نتیجه می شود كه اشعه گاما متوالی كوتاه عمر بلند به سبب ستارگان تلاشی شونده – ستارگانی پر جرم كه هسته آن ها برای تشكیل دادن یك سیاه چاله از طریق كشش ماده احاطه كننده آن متلاشی می شود-  نشر می شوند.  بنابراین اشعه گاما متوالی كوتاه عمر نشان دهنده تولد یك سیاه چاله جدید است كه آن كمكی برای جستجوی سیاه چاله هاست.  نمایشی هنری از ادغام دو سیاه چاله  نمونه های ستارگان پر جرمتر ابتدا با توجه به تششعات فعال كهكشانی و كوازارها به وسیله ی رادیو نجومی در سال 1960 كشف شد. تبدیل مقدار كافی جرم به انرژی توسط اصطكاك در دیسك های به هم پیوسته ی سیاه چاله می تواند تنها توضیحی برای تولید مقدار زیادی انرژی توسط این اجسام باشد. در واقع مقدمه این نظریه در سال 1970 یك مخالفت عمده - كوازارها كهكشان هایی دور هستند یعنی هیچ دستگاه فیزیكی قادر به تولید چنین انرژی نیست -را رفع كرد.  بر طبق مشاهدات ستاره های محرك به دور مركز كهكشان در سال 1980 اكنون این باور وجود دارد كه در اكثر مراكز كهكشان ها همچنین كهكشان راه شیری ما سیاه چاله وجود دارد. به طور عمده اكنون مورد قبول است كه  صورت فلكی قوس 1 ( (Sagittarius A*  در مركز كهكشان راه شیری مكان یك سیاه چاله پر جرم است. مدارهای (ستاره ای) ستارگانی كه در فاصله ی حدود 3 یا 4 آ. یو ( AU = Astronomical Unit ) از Sagittarius A قرار دارند، عدم وجود هر گونه جسم به جز یك سیاهچاله در مركز كهكشان راه شیری را تایید میكند كه ما را بر این گمان میدارد كه قوانین استاندارد كنونی فیزیك صحیح میباشند.   تابش های خارج شده توسط كهكشان M87 در این تصویر گمان این را می برد كه بر اثر یك سیاه چاله پر جرم در مركز كهكشان بوجود آمده است.  این تصویر نشان می دهد كه ممكن است در مركز تمام كهكشان ها یك سیاه چاله پر جرم وجود داشته باشد و این سیاه چاله منتشر كننده مقدار عظیمی امواج گاز و غبار را در مركز كهكشان یكپارچه كرده است. – تا زمانی كه تمام جرم فرو برده شود و این عمل پایان یابد. این تصویر به زیبایی نشان می دهد كه چرا هیچ كوازاری وجود ندارد.  هر چنر كه جزئیات به خوبی مشخص نیست گمان می رود كه رشد سیاه چاله به رشد كره ای كه سیاه چاله در آن وجود دارد - كهكشان بیضوی یا برآمدگی كهكشان مارپیچی- ارتباط دارد.  در سال 2002 تلسكوپ هابل شواهدی از وجود یك سیاه چاله با جرم متوسط در خوشه های كروی M15 و G1 بدست آورد . این شواهد برای سیاه چاله ها از سرعت مداری ستاره های خوشه های كروی بدست آمد هر چند گروهی از ستارگان نوترونی هم چنین شواهدی را موجب می شوند.  اكتشافات كنونی :  در سال 2004 منجمان 31 نمونه برای سیاه چاله های پر جرم با مطالعه كوازارهای تاریك بدست آوردند. رهبر گروه بیان داشت كه این مقدار 2 تا 5 برابر تعداد سیاه چاله های پیش بینی شده بود.  در جون سال 2004 منجمان یك سیاه چاله پر جرم را با نام Q0906+6930 در مركز كهكشانی در فاصله 12.7 بیلیون سال نوری از ما كشف كردند. این مشاهده نشان دهنده سرعت تشكیل سیاه چاله های پر جرم را در اوایل خلقت بیان داشت.  در نوامبر سال 2004 گروهی از منجمان اكتشاف اولین سیاه چاله با جرم متوسط را در مركز كهكشان ما بیان داشتند. این سیاه چاله در فاصله 3 سال نوری از صورت فلكی قوس 1 ( (Sagittarius A* قرار داشت. این سیاه چاله با  جرمی معادل 1300 خورشیدكه در خوشه ای با هفت ستاره قرار داشت احتمالا بقایای یك ستاره پر جرم خوشه ای است كه به وسیله مركز كهكشانی جداسازی شده است. این مشاهدات می تواند تائید كننده این عقیده باشد كه سیاه چاله های پرجرم توسط جذب و بلعیدن سیاه چاله های كوچك تر و ستارگان نزدیك به آن ها رشد می كنند.  در فوریه سال 2005 یك ستاره آبی رنگ بزرگ با نام SDSS J090745.0+24507  در حالی كشف شد كه كهكشان راه شیری را با دو برابر سرعت گریز ( 0.0022 برابر سرعت نور ) ترك می كند. مسیر این ستاره ممكن است مركز كهكشان را در پی داشته باشد. سرعت بالای این ستاره نظریه ی وجود سیاه چاله پر جرم را در مركز كهكشان تائید می كند.  شكل میكروسیاه چاله ها در شتاب دهنده های كوچك به طور تجربی نه به طور قطعی انتشار یافته است. مدت طولانی است كه نمونه ای برای نخستین سیاه چاله مشاهده نشده است.  ویژگی ها و نظریات:  سیاهچاله ها به مفهوم نظریه ی عام نسبیت  در انحنای فضا-زمان نیاز دارند. ویژگی برجسته آن ها بر اساس انحنای هندسی فضای اطراف آن ها بنا شده است.  افق رویداد :  سطح سیاه چاله با نام افق رویداد كه پوسته ای خیالی در اطراف جرم سیاه چاله است ، شناخته می شود.  استفان هاوكینگ اثبات كرد كه توپولوژی افق رویداد یك سیاه چاله غیز چرخان یك كره است. در افق رویداد سرعت گریز معادل سرعت نور است. از این گذشته هر چیزی حتی یك فوتون به علت وجود جاذبه شدید در درون افق رویداد یك سیاه چاله قادر به گریز از آن نیست. ذرات خارج از این محدوده می توانند به درون آن سقوط كنند ، از افق رویداد بگذرند و دیگر هرگز قادر به بیرون آمدن از آن نیستند.  از آنحایی كه بینندگان خارجی به علت نسبیت عام كلاسیك قادر به كاوش درون سیاه چاله نیستند سیاه چاله ها كلا توسط سه پارامتر نشان داده می شوند : جرم ، تكانه زاویه ای و بار الكتریكی. این قوانین توسط جان ویلر در این جمله خلاصه شد: "سیاه چاله مو ندارد. " به این معنی كه هیچ ویژگی به جز جرم ، تكانه زاویه ای و بار الكتریكی وجود ندارد كه بتوان یك سیاه چاله را از دیگری تمیز داد .  انحنای فضا-زمان و چهارچوب مراجع:  اشیا در میدان های گرانشی كند شدن زمان – اتساع زمان -  را تجربه می كنند. این پدیده به طور تجربی در راكت اسكات در سال 1976 تحقیق شد و برای مثال در سیستم GPS محاسبه شد. در نزدیكیسیاهچاله افق رویداد اتساع زمان به سرعت رشد می كند. برای بینندگان دور حركت جسم سقوط كننده كند می شود و به افق رویداد نزدیك می شود اما هیچ گاه به آن نمی رسد.  سرعت هیچ فوتون در حال گریزی كاهش نمی یابد یلكه تنها به قرمز میل می كند. از نظر چارچوب مرجع اجسام سقوط كننده جسم از افق رویداد می گذرد و در مدتی محدود به تكینگی مركز سیاه چاله می رسد.  درون افق رویداد :  فضا-زمان در افق رویداد یك سیاه چاله غیر چرخان پر نشدهبه علت این كه تكینگی سرانجام هر چیز است ، دارای ویژگی های عجیب است. ینابراین هر ذره ای بدون استثنا به طرف آن می رود ( پنروز و هاوكاینگ). این به این معنی است كه یك اشتباه خیالی در مفهوم غیر نسبیتی سیاه چاله ها همان طوری كه جان مایكل در سال 1783 پیشنهاد كرد وجود دارد. در نظریه ی مایكل سرعت گریز برابر سرعت نور است اما هنوز امكان بیرون كشیدن یك جسم با طناب از سیاه چاله وجود دارد. نظریه ی نسبیت عام این روزنه ها را از بین می برد زیرا وقتی جسمی درون افق رویداد قرار دارد خط زمانی آن در بر دارنده ی نقطه ای پایانی است كه به خود زمان ختم میشود (یعنی اینكه خط زمانی آن در انتهای خودش دارای نقطه ای به نام زمان هست)، و هیچ یك از خط های جهان ممكن، قادر به بیرون آمدن از افق رویداد (سیاهچاله) نیستند.. یك نتیجه این است كه خلبان یك راكت قوی كه از افق رویداد عبور كرد و برای گریز از تكینگی تلاش می كند در چهارچوب خود سریع تر به آن می رسد زیرا كوتاهترین خط بین دو نقطه (راه غیر تكینگی) راهیی است كه زمان مناسب را بیشینه می سازد.  همان طور كه یك جسم به تكینگی می رسد به طور شعاعی به سمت سیاه چاله كشیده می شود و عمود بر این محور فشرده می شود.. این ویژگی كه با نام رشته درست كردن (spaghettification )- قسمتی از جسم كه نزدیك تر به تكینگی است تمایل بیشتری به آن دارد ( سبب كشیدگی در امتداد آن محورمی شود) و تمام قسمت های جسم در این جهت به تكینگی كه تنها در جهت متوسط جسم و درامتداد محور آن جهت گیری می كند( سبب فشردگی در جهت محور می شود ) می رسد - شناخته می شود به علت نیروهای جزر و مدی بوجود می آید .  تكینگی:  در مركز سیاه چاله ، در درون افق رویداد نسبیت عام حضور یك تكینگی ، مكانی كه انحنای فضا-زمان و نیروی گرانشی نامحدود می شود  ، را پیش بینی می كند.  تغییر دیدگاه در مورد طبیعت درونی سیاه چاله توسط پالایش آینده یا فرماندهی نسبیت عام ( مخصوصا گرانش كووانتومی)مورد انتظار است. اكثر نظریه ها تفسیر می كنند كه معادلات ریاضی تكینگی با نظریه های اخیر ناكامل است و باید ویژگی جدیدی وجود داشته باشد كه به تكینگی نزدیك شود.  نظریه ی سانسور كیهانی اثبات می كند كه تكینگی خالص در نسبیت عام وجود ندارد. این نظریه می گوید كه هر تكینگی در یك افق رویداد قرار دارد و نمی تواند كاوش شود.  یك عقیده دیگر این است كه تكینگی به علت انحنای حباب شكل موضعی در درون ستاره متلاشی شونده، وجود ندارد .  در حالی كه به افق رویداد نزدیك می شویم شعاع از همگرا شدن می ایستد و موازی با افق قرار می گیرد و شروع به انشعاب یافتن در درون آن می كند. علت یك كرم چاله( از بیرون به درون) را در همسایگی افق- در حالی كه افق گردنه آن است- به یاد می آورد .    سیاه چاله های چرخان :  تصور هنرمند از سیاه چاله و همدم نزدیك به آن كه یك ستاره چرخان است كه حد شعاع مداری ستاره (Roche limit ) را افزایش می دهد. اجسام سقوط كننده یك دیسك به هم پیوسته را شكل می دهد كه برخی از مواد از آن مانند تابش متقارن پر انرژی خارج می شود.  بر طبق نظریات افق رویداد یك سیاه چاله غیر چرخان یك كره است و تكینگی آن ( به طور غیر رسمی) یك نقطه است. اگر سیاه چاله حركت مداری داشته باشد ( از ستاره ای در حال تلاشی كه به دور خود می چرخد این خصوصیت را گرفته باشد) شروع به كشیدن فضا-زمان به دور افق رویداد -در طی پدیدهسیاهچاله كشیدن چهار چوب- می كند . این گردش فضا به دور افق رویداد را كره كار(ergosphere ) گویند و شكل بیضوی دارد. از آنجا كه كره كار بیرون افق رویداد قرار دارد اشیا می توانند بدون سقوط در درون چاله وجود داشته باشند. هرچند كه خود فضا-زمان درون كره كار حركت می كند اشیا نمی توانند در جایی ثابت حضور داشته باشند. اشیایی كه در كره كار وجود دارند میتوانند در برخی محیط ها با سرعت بالا به بیرون پرتاب شوند و انرژی ( و حركت مداری) از چاله خارج كنند از این رو نام كره كار ( كره ی كار) به علت توانایی در انجام كار انتخاب شده است.  تكینگی درون یك سیاه چاله چرخان مانند یك حلقه است.برای بیننده امكان گریز از آن وجود دارد برای مثال پیشرفت در جهت محورهای سیاه چاله . هر چند گریز از افق رویداد یك سیاه چاله امكان پذیر نیست.  ترمودینامیك (آنتروپی) و تششعات هاوكینگ:  در سال 1971 استفان هاوكینگ نشان داد كه كل فضای افق رویداد هیچ سیاه چاله كلاسیكی نمی تواند هیچ گاه كاهش یابد.این گفته مشابه قانون دوم ترمودینامیك است در حالی كه فضا نقش متغیر ترمودینامیك ( آنتروپی ) را بازی می كند. كسی می تواند قانون دوم ترمودینامیك را توسط موادی كه به سیاه چاله وارد شده و از جهان ما ناپدید می شود و آنتروپی كل جهان را كاهش می دهند ، نقض كند . از این گذشته جاكوب بكنستین وجود یك آنتروپی متناسب با افق رویداد  را برای سیاه چاله ها پیشنهاد كرد. از آن جایی كه سیاه چاله ها واقعا تششع تابش نمی كنند دیدگاه ترمودینامیك آن تنها یك توافق است. هر چند در سال 1974 هاوكینگ نظریه ی مبدان كووانتومی را برای منحنی فضا-زمان به دور افق رویداد به كار برد و كشف كرد كه سیاه چاله ها تششعات هاوكینگ ( نوعی تششع حرارتی) ساطع می كنند  با استفاده از قانون اول مكانیك سیاه چاله ها او به این نتیجه رسید كه آنتروپی یك سیاه چاله یك چهارم فضای افق است. این یك نتیجه جهانی است و می تواند به سایر افق های كیهان شناسی مانند de Sitter space (در ریاضیات و فیزیك یكی از فضاهای n بعدی هست كه به صورت dSn شناخته میشود. این فضا آنالوگی لورنتزی از یك n كره ای نیز هست.) هم اختصاص یابد. یعد ها پیشنهاد شد كه سیاه چاله ها اشای ماكزیمم-آنتروپی هستند به این معنی كه بالاترین آنتروپی مكانی از فضا اختصاص یه سیاه چاله ای دارد كه در آن فضا می تواند قرار گیرد. این پیشنهاد منجر به قانون دست نویس (holographic principle) شد.  تابش های هاوكینگ تنها از بیرون افق رویداد سرچشمه می گیرد و به تازگی درك می شود همچنین این تابش ها هیچ اطلاعیی از درون خود نمی دهند زیرا كه تابش هایی گرمایی هستند. این به این معنی است كه سیاه چاله ها به طور كامل سیاه نیستند: این اثر نشان می دهد كه جرم سیاه چاله با گذشت زمان تبخیر می شود. هر چند كه این آثار برای سیاه چاله های نجومی ناچیز است برای سیاه چاله های فرضی خیلی كوچك كه اثر مكانیك كووانتومی بر آن حاكم است ، پر معناست. در واقع پیش بینی می شود سیاه چاله های كوچك تبخیر گریزانی را تحمل می كنند و در تابش های متوالی نا پدید می شوند. از این رو سیاه چاله ای كه نمی تواند جرم جدیدی را مصرف كند عمر محدودی متناسب با جرمش دارد .  یگانگی سیاه چاله :  یك سوال آزاد در فیزیك بنیادی پارادوكس از دست دادن اطلاعات یا پارادوكس یگانگی سیاه چاله است. به طور كلاسیكی، قانون های فیزیك همان چیزی است كه  نشان داده میشود یا برعكس. برای این ، اگر اگر مكان و سرعت هر چیزی در فضا اندازه گیری می شد می توانستیم (بدون رعایت بی نظمی) تاریخچه جهان را در هر گذشته دلخواه كشف كنیم. در مكانیك كووانتومی این برابر است با خاصیت حیاتی با نام یگانگی كه با محافظت احتمالات عمل می كند. البته سیاه چاله ها از این قانون مستثنی هستند . به علت فرضیه ی بدون مو نمی توانیم هیچ گاه پیش بینی كنیم چه چیزی وارد یك سیاه چاله شد. اطلاعات ظاهرا نابود شده است و راهی برای بازسازی مواد وارد شده به سیاه چاله وجود ندارد. این یكی از مهمترین مسائل تصوری حل نشده در جاذبه ی كووانتومی است.  در 21 جولای 2004 استفان هاوكینگ استدلال جدیدی را ارائه كرد كه سیاه چاله ها سرانجام اطلاعاتی در مورد اشیای بلعیده شده توسط خود را یا برگرداندن مكان سابق اشیای تلف شده ساتع می كنند. او پیشنهاد كرد كه انحراف كووانتومی افق رویداد كه بعد ها تحت تاثیر تششعات هاوكینگ قرار می گیرد ، می تواند به اطلاعات اجازه خروج از سیاه چاله را بدهد. این نظریه تا اكنون توسط انجمن علمی بازبینی نشد و اگر پذیرفته می شد به معنی حل مسئله پارادوكس اطلاعاتی سیاه چاله بود . در ضمن این آگهی توجه بسیاری را در رسانه ها به خود اختصاص داد.  مدل های دیگر :  بسیاری از مدل های دیگر كه رفتاری مانند سیاه چاله دارند اما تكینگی در آن ها وجود ندارد ، مورد گمان است. اما اكثر پژوهش گران بر غیر واقعی بودن این عقاید نظر دارند زیرا این عقاید در حین پیچیدگی مفهوم قابل مشاهده متاوتی از سیاه چاله ها بدست نمی دهند. نظریه ی متفاوت برتر نظریه ی گروستار(Gravastar) است.  در مارس 2005 فیزیك دان جرج چاپلین در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور ( Lawrence Livermore ) كالیفرنیا عدم وجود سیاه چاله را پیشنهاد كرد . وی اذعان داشت اشیایی كه گمان می شد سیاه چاله هستند در واقع ستاره های با انرژی تاریكند. او این نتیجه را با تجزیه ی مكانیك كووانتومی بدست آورد. هر چند پیشنهاد اخیر وی حمایت اندكی در كمیته ی فیزیك بدست آورد به طور گسترده توسط رسانه ها گزارش شد.  در میان نمونه های دیگر خوشه های اجرام ابتدایی ( مانند ستاره های بوزونی  ، گلوله های فرمیونی ، خود جاذبه ای ، نوترینو های رو به زوال سنگین) و حتی خوشه های اجرام سبك ( كمتر از 0.04 برابر جرم خورشید) و سیاه چاله وجود دارد. 



نوع مطلب :
برچسب ها :

       نظرات
یکشنبه 11 تیر 1391
بهنام