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:
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:
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!؟ |