المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 سياه‌چاله‌ها-1 (زنگ تفريح شماره‌ي 110)
سياه‌چاله‌ها-1 (زنگ تفريح شماره‌ي 110)زنگ تفريح فيزيك
اين‌هم سؤال بسياري از بچه‌ها! دنياي اسرار آميز حفره هاي سياه عالم
سياه‌چاله‌ها - 1



 

اشاره

آن‌چه با عنوان «چكيده» در اول مسابقه‌ها و زنگ‌تفريح‌ها مشاهده مي‌كنيد صرفاً مخصوص معلمان، مربيان، كارشناسان محترم آموزشي و ساير علاقه‌مندان است.

چكيده
اهداف آموزشي
اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي – دانش
    - «دانش راه‌ها و وسايل برخورد با امور جزوي» > «دانش روش‌ها و روش‌شناسي»
اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي - توانايي‌ها و مهارت‌هاي ذهني
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تفسير»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «كاربستن»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تحليل» > «تحليل عناصر»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تحليل» > «تحليل روابط»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تركيب» < «توليد يك نقشه يا مجموعه‌ اقدام‌هاي پيشنهادي»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تركيب» < «استنتاج مجموعه‌اي از روابط انتزاعي»
نتايج مورد نظر 
    - حل مسأله با استفاده از تركيبيات
محتواي آموزشي
    - تركيبيات.



 

مقدمه
ممكن است در فيلم‌ها مثلاً اين عنوان را شنيده باشيد: «ميزم تبديل به يك سياه‌چاله شده!»

در سريال‌ها و مستندهاي علمي و علمي، تخيلي و مجله‌هاي مختلف، كلمه‌ي «سيا‌ه‌چاله» بارها و بارها براي‌تان تكرار شده باشد.

اين اجرام خارق‌العاده را اول بار «آينشتاين» در نظريه‌ي نسبيت عام خود به‌سال 1294 (1915 ميلادي) پيش‌بيني كرد.

«سياه‌چاله‌ها» چيستند و آيا واقعاً وجود دارند؟ چگونه مي‌توانيم آن‌ها را پيدا كنيم؟‌ سعي مي‌كنيم دراين‌باره بحث كنيم.


هم‌اكنون مي‌دانيم يك ستاره راكتور هم‌جوشي عظيمي است كه واكنش همجوشي را انجام مي‌دهد يعني از هسته‌هاي كوچك‌تر هسته‌هاي بزرگ‌تر شكل مي‌گيرند.

اين فرايند دقيقاً برعكس فرايندي است كه در «شكافت» انجام مي‌شود و همه درباره‌ي چيزهايي شنيده‌ايد. به‌دليل اين‌كه ستارگان بسيار پِرجرم هستند و از گاز تشكيل شده‌اند ميدان گرانشي قوي‌اي دارند كه سعي مي‌كند ستاره را درهم كوبيده و اصطلاحاً رُمبش كند.

واكنش‌هاي هم‌جوشي در هسته‌ي ستاره اتفاق مي‌افتند و نيرويي به‌اندازه‌ي هزاران يا ميليون‌ها بمب هم‌جوشي به‌سمت بيرون ايجاد مي‌كنند كه گويي مي‌خواهد ستاره را منفجر كند و تعادلي بايد بين اين نيرو و گرانش برقرار باشد تا ستاره در حالت تعادل بماند (مثل خورشيد يا صدها هزار ستاره‌اي كه در آسمان شب هم چشمكزدن‌شان را مي‌بينيم).

به اين اصطلاحاً «حد چاندر اسخار» مي‌گوييم (بعداً به اين حد هيدروديناميكي مي‌رسيم).

وقتي ستاره‌‌اي مي‌ميرد واكنش‌هاي هم‌جوشي از فعاليت بازمي‌ايستند. علت اين‌ است كه محصول‌هايي (عناصر سنگين‌تر) كه اين واكنش‌ها توليد كرده‌اند به‌صورت سوخت ستاره شروع به سوختن مي‌كند.

در همين زمان «گرانش» ماده را به‌سمت مركز ستاره مي‌كشد. ستاره گرم مي‌شود و به‌طور ناگهاني انفجار ابرنواختري توليد مي‌كند؛ يعني ستاره بزرگ شده و با يك انفجار مقدار زيادي از ماده را به فضا پرتاب مي‌كند.

چيزي كه در آخر از ستاره باقي مي‌ماند هسته‌اي بسيار پُرجرم است.

گرانش هسته آن‌قدر قوي است كه حتي نور هم نمي‌تواند از آن فرار كند.

حالا اين جرم يك سياه‌چاله‌ است و از ديدها پنهان شده است! زيرا گرانش هسته آن‌قدر قوي است كه فضا، زمان را چنان خميده كرده كه عملاً يك حفره در فضا ايجاد شده است. به‌همين دليل آن را سياه‌چاله مي‌ناميم.



هسته‌ي بخش مركزي سياه‌چاله است كه اصطلاحاً يك تكينگي در فضا، زمان است. «تكينگي» در رياضيات و فيزيك به‌معناي نقطه‌اي است كه در آن هر چيزي دچار يك مقدار تعريف نشده است. شايد در انتگرال اگر با آن آشنا باشيد ديديد كه نقاطي داريم به مقدار بي‌نهايت كه نمي‌دانيم اين بي‌نهايت چه مقداري است!

براي اطراف سياه‌چاله يك تعريف داريم:‌



افق رويداد
يك هسته‌ي تاريك را تصور كنيد كه مي‌دانيم سياه‌چاله است. اين بخش تاريك در فضا، زمان، حريمي براي خود دارد!!‌ اين حريم منطقه‌اي ا‌ست كه هر جسم يا موج الكترومغناطيسي به آن برسد گرفتار گرانش و نيروي خارق‌العاده‌ي سياه‌چاله مي‌شود و تا ابد در آن محدوده مي‌ماند! كمي صبر كنيد!!‌


ولي واقعاً جسم را كه داريم از بيرون مي‌بينيم متوجه نمي‌شويم كه اين جسم يا نور بلعيده شده!

مگر بلعيده شده بود؟! بله!‌ ولي شما به‌عنوان ناظر اصلاً نتوانستيد آن را ببينيد.

علت خيلي ساده و جالب است!‌ شايد خودتان حدس زده باشيد؛ چون از افق رويداد به‌سمت مركزي كه نمي‌توانيد ببينيد همه‌چيز فريز شده است يعني توقف كامل! انگار شما يك عكس ثابت مي‌بينيد. ولي علت در همان بلعيده شدن اطلاعات در افق رويداد بوده است و اطلاعاتي كه منظور ماست هر نوع موج الكترومغناطيسي است كه دريافت يا گسيل مي‌كنيم.


حالا افق رويداد را دهان سياه‌چاله در نظر مي‌گيريم. وقتي چيزي يا رويداد فيزيكي به افق رويداد مي‌رسد‌ براي هميشه خواهد رفت و برگشتي نيست!

طبيعتاً‌ اين افق رويداد يا همان اصطلاح خودمان حريم سياه چاله بايد يك شعاعي هم داشته باشد.

«آينشتاين» معادله‌اي در نسبيت عام به‌دست آورد كه در مقاله‌ي معروف سال 1294 (1915 ميلادي) به‌چاپ رساند؛‌ اين معادله پيش‌بيني‌هاي زيادي درباره‌ي رويدادهاي فيزيكي مرتبط با ماده و فضا، زمان داشت.

يكي از اين پيش‌بيني‌ها، موجودي فيزيكي به‌نام «سياه‌چاله» بود. ولي معادله‌ي ديفرانسيلي كه «آينشتاين» با استفاده از رياضيات نه‌چندان ساده‌اي به‌دست آورده بود مثل: ماشيني عمل مي كرد كه شما با هر فرض فيزيكي مي‌توانستيد آن را حل كنيد. اصطلاحاً به آن شرايط مرزي در فيزيك مي‌گوييم.

مثلاً

- سياه‌چاله‌ي ساكن و بدون بار
-
سياه‌چاله ‌ي چرخان و  بدون بار 
- نوع باردار و چرخان (زنگ تفريح بعدي).

«كارل شوارتزشيلد» اخترشناس اتريشي با حل ساده‌ترين حالت يعني سياه‌چاله‌ي بدون بار و غيرچرخشي، متوجه وجود اين حريم شد و بعد از وي به‌ «شعاع شوارتزشيلد» معروف شد.

وي اولين شخصي بود كه مسأله‌ي سياه‌چاله‌ها را به‌عنوان يكي از نتايج اصلي معادله‌ي آينشتاين مطرح كرد.

فرمول ساده‌اي كه مي‌توانيم از آن اين‌جا هم استفاده كنيم درباره‌ي شعاع شوارتز شيلد به اين صورت است:

Rs=2MG/C2




M جرم سياه‌جاله يا همان ستاره‌ي تبديل شده به سياه‌چاله است.

C سرعت نور و G همان ثابت معروف گرانش است.

اگر كمي نجوم مطالعه داشته باشيد خواهيد پرسيد آيا همه‌ي ستارگان به سياه‌چاله تبديل مي‌شوند؟! 

جواب منفي است.

جرم ستاره‌اي كه در نهايت تبديل به سياه‌چاله مي‌شود دست‌كم بايد 1.5 و نهايت 3 برابر جرم خورشيد باشد.

در زنگ تفريح بعدي درباره‌ي انواع سياه‌چاله‌ها و اصطلاح‌هاي ديگري صحبت مي‌كنيم.

«فوتون كره» (Photon Sphere) منطقه‌ي ديگري است كه ضخامت بسيار بسيار كمي دارد و فوتون حركت شعاعي را در مداري دايره‌اي حول افق رويداد مي‌گردد. ولي براي سياه‌چاله‌هاي غيرچرخشي شعاع آن 5/1 برابر شعاع شوارتزشيلد است.



و در آخر اشاره مي‌كنيم كه سياه‌چاله هاي چرخشي افق بيروني نيز دارند كه به «ارگوسفر» (Ergosphere) معروف است. در اين افق برخلاف افق رويداد جرم گرفتار شده مي‌تواند حركت رو را داشته باشد. نور در اين بخش برعكس چرخش سياه‌چاله‌ي چرخشي مي‌چرخد!؟

1387/12/15لينک مستقيم

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1390/12/14
مـتـن : من تو این سایت دنبال نظریه نیوتون در باره نور خیلی گشتم ولی چیزی پیدا نکردم این نظریه با این مطلب تضاد داره؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟
اگه جواب بدید ممنون میشم
پاسـخ :سلام، فيزيك نيوتني اينجا اصلاً‌ به كار نمياد. از نسبيت عام آينشتاين استفاده ميكنيم. نظريه نيوتن فقط تقريب خوبي در مكانيك كلاسيك كه هر روز باهاش كار ميكنيم قابل استفاده است و پرتابه‌ها.

فرستنده :
ثنا مهتابي HyperLink HyperLink 1388/9/12
مـتـن : آيا مي دانيد آفرينش انسان در درجات بالاتري از سياه چاله ها و ... قرار دارد و دليل آنهم آفرينش انساني است كه از مغز خود در كشف اسرار كاينات بهره مي برد .فتبارك الله الاحسن الخالقين.
پاسـخ :

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1388/1/16
مـتـن : مطالعه ی فیزیکم زیاده
مطلبتون خیلی جالب بود ولی می شه یه لینک بدید که بیشتر توضیح داده باشه !
کامروا باشید
سپاس
پاسـخ :سلام، بله حتماً. ويكي‌پديا فارسي - هوپا - و دانشنامه‌ي رشد در اين مورد مطلب دارند. من در دو نوشته‌ي بعدي اين لينكها رو انتهاي مطلب قرار ميدم و چند لينك انگليسي هم مي‌گذارم. و البته كتابهايي رو هم معرفي مي‌كنم.

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1388/1/4
مـتـن : ما که هیچ نفهمیدیم
پاسـخ :ساده‌ترين مقاله‌ي زنگ تفريح فيزيك بوده. مي‌توني از بخش‌هاي ديگه‌ي فيزيك استفاده كني.

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1428
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1428