الثقب الأسود حسب العلم. كيف تظهر الثقوب السوداء في الفضاء

مفهوم الثقب الأسودومن المعروف للجميع - من تلاميذ المدارس إلى كبار السن، ويستخدم في الأدب العلمي والخيالي، في وسائل الإعلام الشعبية وفي المؤتمرات العلمية. لكن ما هي هذه الثقوب بالضبط غير معروفة للجميع.

من تاريخ الثقوب السوداء

1783تم طرح الفرضية الأولى لوجود ظاهرة مثل الثقب الأسود في عام 1783 من قبل العالم الإنجليزي جون ميشيل. في نظريته، قام بدمج اثنين من إبداعات نيوتن - البصريات والميكانيكا. كانت فكرة ميشيل كالتالي: إذا كان الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات الصغيرة، فمثل جميع الأجسام الأخرى، يجب أن تتعرض الجسيمات لجاذبية مجال الجاذبية. وتبين أنه كلما كان النجم أكثر ضخامة، كلما كان من الصعب على الضوء مقاومة جاذبيته. وبعد 13 عامًا من ميشيل، طرح عالم الفلك والرياضيات الفرنسي لابلاس نظرية مماثلة (على الأرجح بشكل مستقل عن زميله البريطاني).

1915ومع ذلك، ظلت جميع أعمالهم غير مطالب بها حتى بداية القرن العشرين. في عام 1915، نشر ألبرت أينشتاين النظرية النسبية العامة وأظهر أن الجاذبية هي انحناء الزمكان الناجم عن المادة، وبعد بضعة أشهر استخدمها عالم الفلك والفيزياء النظرية الألماني كارل شوارزشيلد لحل مشكلة فلكية محددة. استكشف بنية الزمكان المنحني حول الشمس وأعاد اكتشاف ظاهرة الثقوب السوداء.

(صاغ جون ويلر مصطلح "الثقوب السوداء")

1967حدد الفيزيائي الأمريكي جون ويلر مساحة يمكن تفتيتها، مثل قطعة من الورق، إلى نقطة متناهية الصغر، وأطلق عليها مصطلح "الثقب الأسود".

1974أثبت الفيزيائي البريطاني ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء، على الرغم من أنها تمتص المادة دون عودة، إلا أنها يمكن أن تبعث إشعاعات وتتبخر في النهاية. وتسمى هذه الظاهرة "إشعاع هوكينج".

في الوقت الحاضر. أحدث الأبحاثالنجوم النابضة والكوازارات، بالإضافة إلى اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف، مكّن أخيرًا من وصف مفهوم الثقوب السوداء. في عام 2013، اقتربت سحابة الغاز G2 جدًا من الثقب الأسود ومن المرجح أن تبتلعها؛ ستوفر عمليات رصد العملية الفريدة فرصًا هائلة لاكتشافات جديدة لميزات الثقوب السوداء.

ما هي الثقوب السوداء في الواقع

التفسير المقتضب لهذه الظاهرة يذهب على هذا النحو. الثقب الأسود هو منطقة زمانية تتميز جاذبيتها بقوة كبيرة لدرجة أنه لا يمكن لأي جسم، بما في ذلك الكمات الضوئية، أن يتركها.

كان الثقب الأسود ذات يوم نجمًا ضخمًا. بينما يتم الحفاظ على التفاعلات النووية الحرارية في أعماقها ضغط مرتفع، كل شيء يبقى طبيعيا. ولكن مع مرور الوقت، يتم استنفاد إمدادات الطاقة ويبدأ الجسم السماوي في الانكماش تحت تأثير جاذبيته. المرحلة الأخيرة من هذه العملية هي انهيار قلب النجم وتشكيل ثقب أسود.

• 1. يقوم الثقب الأسود بإخراج نفاثات بسرعة عالية


• 2. ينمو قرص المادة إلى ثقب أسود


• 3. الثقب الأسود


• 4. رسم تخطيطي تفصيلي لمنطقة الثقب الأسود


• 5. تم العثور على حجم الملاحظات الجديدة

النظرية الأكثر شيوعًا هي أن ظواهر مماثلة موجودة في كل مجرة، بما في ذلك مركز مجرتنا. درب التبانة. إن قوة الجاذبية الهائلة للثقب قادرة على احتجاز عدة مجرات حوله، مما يمنعها من الابتعاد عن بعضها البعض. "مساحة التغطية" يمكن أن تكون مختلفة، كل هذا يتوقف على كتلة النجم الذي تحول إلى ثقب أسود، ويمكن أن تكون آلاف السنين الضوئية.

نصف قطر شوارزشيلد

الخاصية الرئيسية للثقب الأسود هي أن أي مادة تسقط فيه لا يمكن أن تعود أبدًا. وينطبق الشيء نفسه على الضوء. الثقوب في جوهرها عبارة عن أجسام تمتص كل الضوء الساقط عليها تمامًا ولا ينبعث منها أي ضوء. قد تظهر مثل هذه الأشياء بصريًا على شكل جلطات من الظلام المطلق.

• 1. تحريك المادة بسرعة نصف سرعة الضوء


• 2. حلقة الفوتون


• 3. حلقة الفوتون الداخلية


• 4. أفق الحدث في الثقب الأسود

واستنادا إلى النظرية النسبية العامة لأينشتاين، إذا اقترب الجسم مسافة حرجة من مركز الثقب، فلن يكون قادرا على العودة. وتسمى هذه المسافة نصف قطر شوارزشيلد. ما يحدث بالضبط داخل هذا نصف القطر غير معروف على وجه اليقين، ولكن هناك النظرية الأكثر شيوعًا. يُعتقد أن كل مادة الثقب الأسود تتركز في نقطة متناهية الصغر، ويوجد في مركزها جسم ذو كثافة لا نهائية، وهو ما يسميه العلماء بالاضطراب المفرد.

كيف يحدث السقوط في الثقب الأسود؟

(في الصورة، يبدو الثقب الأسود Sagittarius A* وكأنه عنقود ضوئي شديد السطوع)

منذ وقت ليس ببعيد، في عام 2011، اكتشف العلماء سحابة غازية، وأعطوها الاسم البسيط G2، والتي تنبعث منها ضوء غير عادي. وقد يكون هذا التوهج ناتجًا عن احتكاك الغاز والغبار الناتج عن الثقب الأسود Sagittarius A*، الذي يدور حوله كقرص تراكمي. لذلك نصبح مراقبين ظاهرة مذهلةامتصاص سحابة غازية بواسطة ثقب أسود هائل.

ووفقا للدراسات الحديثة، فإن أقرب اقتراب من الثقب الأسود سيحدث في مارس 2014. يمكننا إعادة تكوين صورة لكيفية حدوث هذا المشهد المثير.

• 1. عند ظهور سحابة الغاز لأول مرة في البيانات، فإنها تشبه كرة ضخمة من الغاز والغبار.


• 2. الآن، اعتبارًا من يونيو 2013، كانت السحابة على بعد عشرات المليارات من الكيلومترات من الثقب الأسود. ويسقط فيها بسرعة 2500 كم/ث.


• 3. من المتوقع أن تمر السحابة بجوار الثقب الأسود، لكن قوى المد والجزر الناتجة عن اختلاف الجاذبية المؤثرة على الحواف الأمامية والخلفية للسحابة ستجعلها تأخذ شكلًا متطاولًا بشكل متزايد.


• 4. بعد تمزق السحابة، من المرجح أن يتدفق معظمها إلى القرص التراكمي حول القوس A*، مما يولد موجات صادمة فيه. سوف تقفز درجة الحرارة إلى عدة ملايين من الدرجات.


• 5. سوف يسقط جزء من السحابة مباشرة في الثقب الأسود. لا أحد يعرف بالضبط ما الذي سيحدث لهذه المادة بعد ذلك، ولكن من المتوقع أنه عند سقوطها سوف تنبعث منها تيارات قوية من الأشعة السينية ولن يتم رؤيتها مرة أخرى أبدًا.

بالفيديو: ثقب أسود يبتلع سحابة غازية

(محاكاة حاسوبية لمقدار سحابة الغاز G2 التي سيتم تدميرها واستهلاكها بواسطة الثقب الأسود القوس A*)

ماذا يوجد داخل الثقب الأسود؟

هناك نظرية تنص على أن الثقب الأسود فارغ تقريبًا من الداخل، وكل كتلته تتركز في نقطة صغيرة بشكل لا يصدق تقع في مركزه - نقطة التفرد.

وبحسب نظرية أخرى موجودة منذ نصف قرن، فإن كل ما يسقط في الثقب الأسود يمر إلى كون آخر يقع في الثقب الأسود نفسه. الآن هذه النظرية ليست هي النظرية الرئيسية.

وهناك نظرية ثالثة وهي الأكثر حداثة وصلابة، مفادها أن كل ما يسقط في الثقب الأسود يذوب في اهتزازات الأوتار الموجودة على سطحه، وهو ما يسمى بأفق الحدث.

إذن ما هو أفق الحدث؟ من المستحيل النظر داخل الثقب الأسود حتى باستخدام تلسكوب فائق القوة، لأنه حتى الضوء الذي يدخل القمع الكوني العملاق ليس لديه فرصة للعودة مرة أخرى. كل ما يمكن اعتباره بطريقة ما على الأقل يقع في المنطقة المجاورة مباشرة له.

أفق الحدث هو خط سطحي تقليدي لا يمكن لأي شيء أن يهرب من تحته (لا الغاز، ولا الغبار، ولا النجوم، ولا الضوء). وهذه هي نقطة اللاعودة الغامضة للغاية في الثقوب السوداء في الكون.

إس ترانكوفسكي

من بين أهم المشاكل المثيرة للاهتمام في الفيزياء الحديثة والفيزياء الفلكية، ذكر الأكاديمي V. L. Ginzburg القضايا المتعلقة بالثقوب السوداء (انظر "العلم والحياة" رقم 11، 12، 1999). تم التنبؤ بوجود هذه الأجسام الغريبة منذ أكثر من مائتي عام، وتم حساب الظروف التي أدت إلى تكوينها بدقة في أواخر الثلاثينيات من القرن العشرين، وبدأ علماء الفيزياء الفلكية في دراستها بجدية منذ أقل من أربعين عامًا. واليوم، تنشر المجلات العلمية حول العالم سنويًا آلاف المقالات حول الثقوب السوداء.

يمكن أن يحدث تكوين الثقب الأسود بثلاث طرق.

هذه هي الطريقة المعتادة لتصوير العمليات التي تحدث بالقرب من الثقب الأسود المنهار. وبمرور الزمن (Y)، يتقلص الفضاء (X) حوله (المنطقة المظللة)، ويندفع نحو المتفردة.

يُحدث مجال جاذبية الثقب الأسود تشوهات شديدة في هندسة الفضاء.

الثقب الأسود، غير المرئي من خلال التلسكوب، يكشف عن نفسه فقط من خلال تأثير جاذبيته.

في مجال الجاذبية القوي للثقب الأسود، تولد أزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة.

ولادة زوج من الجسيمات والجسيمات المضادة في المختبر.

كيف تنشأ؟

إن جسماً سماوياً مضيء كثافته تعادل كثافة الأرض، وقطره أكبر بمائتين وخمسين مرة من قطر الشمس بسبب قوة جاذبيته، لن يسمح لضوءه أن يصل إلينا. وبالتالي، فمن الممكن أن تظل أكبر الأجسام المضيئة في الكون غير مرئية على وجه التحديد بسبب حجمها.
بيير سيمون لابلاس.
معرض النظام العالمي. 1796

في عام 1783، أجرى عالم الرياضيات الإنجليزي جون ميتشل، وبعد ثلاثة عشر عامًا، بشكل مستقل عنه، عالم الفلك والرياضيات الفرنسي بيير سيمون لابلاس، دراسة غريبة جدًا. لقد نظروا إلى الظروف التي لن يتمكن فيها الضوء من الهروب من النجم.

وكان منطق العلماء بسيطا. بالنسبة لأي جسم فلكي (كوكب أو نجم)، من الممكن حساب ما يسمى بسرعة الإفلات، أو السرعة الكونية الثانية، والتي تسمح لأي جسم أو جسيم أن يغادره إلى الأبد. وفي فيزياء ذلك الوقت، سادت نظرية نيوتن، التي تقول إن الضوء هو تدفق من الجسيمات (نظرية الموجات الكهرومغناطيسية والكمات كانت لا تزال موجودة قبل مائة وخمسين عامًا تقريبًا). يمكن حساب سرعة الهروب للجسيمات على أساس تساوي الطاقة الكامنة على سطح الكوكب و الطاقة الحركيةجسد "هرب" إلى مسافة كبيرة بلا حدود. يتم تحديد هذه السرعة بالصيغة #1#

أين م- كتلة الجسم الفضائي، ر- نصف قطرها، ز- ثابت الجاذبية.

ومن هذا يمكننا بسهولة الحصول على نصف قطر جسم له كتلة معينة (سمي فيما بعد "نصف قطر الجاذبية" ص g")، حيث تكون سرعة الإفلات مساوية لسرعة الضوء:

وهذا يعني أن النجم مضغوط في كرة ذات نصف قطر صز< 2جنرال موتورز/ج 2 سيتوقف عن الانبعاث - لن يتمكن الضوء من تركه. سيظهر ثقب أسود في الكون.

ومن السهل حساب أن الشمس (كتلتها 2.1033 جم) ستتحول إلى ثقب أسود إذا انكمشت إلى نصف قطر يبلغ حوالي 3 كيلومترات. وتصل كثافة مادته إلى 1016 جم/سم3 . سينخفض ​​نصف قطر الأرض، إذا تم ضغطه إلى ثقب أسود، إلى حوالي سنتيمتر واحد.

لقد بدا من غير المعقول أن تكون هناك قوى في الطبيعة قادرة على ضغط نجم إلى هذا الحجم الضئيل. ولذلك، فإن الاستنتاجات من أعمال ميتشل ولابلاس اعتبرت لأكثر من مائة عام بمثابة مفارقة رياضية ليس لها أي معنى مادي.

ولم يتم الحصول على دليل رياضي صارم على إمكانية وجود مثل هذا الجسم الغريب في الفضاء إلا في عام 1916. حصل عالم الفلك الألماني كارل شوارزشيلد، بعد تحليل معادلات النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، على نتيجة مثيرة للاهتمام. بعد أن درس حركة الجسيم في مجال الجاذبية لجسم ضخم، توصل إلى الاستنتاج: تفقد المعادلة معناها الفيزيائي (يتحول حلها إلى ما لا نهاية) عندما ص= 0 و ص = صز.

النقاط التي تصبح فيها خصائص المجال بلا معنى تسمى المفرد، أي خاص. يعكس التفرد عند نقطة الصفر الاتجاه النقطي، أو، وهو نفس الشيء، البنية المتماثلة مركزيًا للمجال (بعد كل شيء، يمكن تمثيل أي جسم كروي - نجم أو كوكب - على أنه نقطة مادية). والنقاط التي تقع على سطح كروي نصف قطرها صز، يشكل السطح نفسه الذي تساوي سرعة الهروب منه سرعة الضوء. يطلق عليه في النظرية النسبية العامة اسم مجال شوارزشيلد المفرد أو أفق الحدث (سيتضح السبب لاحقًا).

وبالاستناد بالفعل إلى مثال الأجسام المألوفة لدينا - الأرض والشمس - فمن الواضح أن الثقوب السوداء هي أجسام غريبة للغاية. وحتى علماء الفلك الذين يتعاملون مع المادة عند قيم متطرفة من درجة الحرارة والكثافة والضغط يعتبرونها غريبة للغاية، وحتى وقت قريب لم يكن الجميع يؤمن بوجودها. ومع ذلك، فإن المؤشرات الأولى لإمكانية تكوين الثقوب السوداء كانت موجودة بالفعل في النظرية النسبية العامة لأينشتاين، والتي تم وضعها في عام 1915. اشتق عالم الفلك الإنجليزي آرثر إدينجتون، وهو أحد أوائل المفسرين والمروجين للنظرية النسبية، في الثلاثينيات نظامًا من المعادلات التي تصف الهيكل الداخليالنجوم ويترتب على ذلك أن النجم في حالة توازن تحت تأثير قوى الجاذبية والضغط الداخلي ذات الاتجاه المعاكس الناتج عن حركة جزيئات البلازما الساخنة داخل النجم وضغط الإشعاع المتولد في أعماقه. وهذا يعني أن النجم عبارة عن كرة غازية في وسطها حرارة، ويتناقص تدريجيا نحو المحيط. ويترتب على المعادلات، على وجه الخصوص، أن درجة حرارة سطح الشمس تبلغ حوالي 5500 درجة (وهو ما يتوافق تمامًا مع بيانات القياسات الفلكية)، ويجب أن تكون في مركزها حوالي 10 ملايين درجة. سمح هذا لإدينجتون بالتوصل إلى نتيجة نبوية: عند درجة الحرارة هذه، "يشتعل" تفاعل نووي حراري، وهو ما يكفي لضمان توهج الشمس. لم يتفق علماء الفيزياء الذرية في ذلك الوقت مع هذا. بدا لهم أن الجو "بارد" جدًا في أعماق النجم: درجة الحرارة هناك لم تكن كافية "لبدء" التفاعل. وعلى هذا أجاب المنظر الغاضب: «ابحث عن مكان أكثر سخونة!»

وفي النهاية تبين أنه كان على حق: يحدث تفاعل نووي حراري بالفعل في مركز النجم (شيء آخر هو أن ما يسمى بـ "المعياري" النموذج الشمسي"، بناءً على أفكار حول الاندماج النووي الحراري، يبدو أنها غير صحيحة - انظر، على سبيل المثال، "العلم والحياة" رقم 2، 3، 2000). ولكن مع ذلك، يحدث التفاعل في مركز النجم، "يضيء النجم، والإشعاع الذي ينشأ يبقيه في حالة مستقرة. لكن "الوقود" النووي الموجود في النجم يحترق. ويتوقف إطلاق الطاقة، وينطفئ الإشعاع، وتختفي القوة المقيدة لجاذبية الجاذبية. هناك حد على كتلة النجم، وبعد ذلك يبدأ النجم بالانكماش بشكل لا رجعة فيه، وتظهر الحسابات أن هذا يحدث إذا تجاوزت كتلة النجم ضعفين أو ثلاثة أضعاف كتلة الشمس.

انهيار الجاذبية

في البداية يكون معدل انكماش النجم صغيرا، لكن معدله يتزايد باستمرار، حيث أن قوة الجاذبية تتناسب عكسيا مع مربع المسافة. يصبح الضغط لا رجعة فيه، ولا توجد قوى قادرة على مواجهة الجاذبية الذاتية. وتسمى هذه العملية انهيار الجاذبية. وتزداد سرعة حركة قشرة النجم نحو مركزه، لتقترب من سرعة الضوء. وهنا تبدأ تأثيرات النظرية النسبية تلعب دورها.

تم حساب سرعة الإفلات بناءً على أفكار نيوتن حول طبيعة الضوء. من وجهة نظر النسبية العامة، تحدث الظواهر القريبة من النجم المنهار بشكل مختلف بعض الشيء. في مجال الجاذبية القوي، يحدث ما يسمى بالانزياح الأحمر الجاذبية. وهذا يعني أن تردد الإشعاع الصادر من جسم ضخم ينزاح نحو الترددات المنخفضة. وفي النهاية، عند حدود مجال شوارزشيلد، يصبح تردد الإشعاع صفرًا. أي أن المراقب الموجود خارجه لن يتمكن من معرفة أي شيء عما يحدث بالداخل. ولهذا السبب يُطلق على كرة شوارزشيلد اسم أفق الحدث.

لكن انخفاض التردد يساوي إبطاء الزمن، وعندما يصبح التردد صفرًا، يتوقف الزمن. وهذا يعني أن الراصد الخارجي سيرى صورة غريبة للغاية: قشرة النجم التي تسقط بتسارع متزايد تتوقف بدلاً من أن تصل إلى سرعة الضوء. ومن وجهة نظره فإن الضغط سيتوقف بمجرد اقتراب حجم النجم من الجاذبية
usu. لن يرى أبدًا جسيمًا واحدًا "يغوص" تحت كرة شوارزشيل. لكن بالنسبة لمراقب افتراضي يسقط في ثقب أسود، فإن كل شيء سينتهي في غضون لحظات على مراقبته. وبالتالي، فإن زمن انهيار الجاذبية لنجم بحجم الشمس سيكون 29 دقيقة، والنجم النيوتروني الأكثر كثافة والأكثر إحكاما سيستغرق 1/20000 من الثانية فقط. وهنا يواجه مشكلة مرتبطة بهندسة الزمكان بالقرب من الثقب الأسود.

يجد المراقب نفسه في مساحة منحنية. وبالقرب من نصف قطر الجاذبية، تصبح قوى الجاذبية كبيرة بلا حدود؛ يقومون بتمديد الصاروخ مع مراقب الفضاء إلى خيط رفيع لا نهائي بطول لا نهائي. لكنه هو نفسه لن يلاحظ هذا: كل تشوهاته سوف تتوافق مع تشوهات إحداثيات الزمكان. تشير هذه الاعتبارات، بطبيعة الحال، إلى حالة افتراضية مثالية. سيتم تمزيق أي جسم حقيقي بواسطة قوى المد والجزر قبل فترة طويلة من الاقتراب من مجال شوارزشيلد.

أبعاد الثقوب السوداء

حجم الثقب الأسود، أو بشكل أكثر دقة، نصف قطر كرة شفارتزشيلد، يتناسب مع كتلة النجم. وبما أن الفيزياء الفلكية لا تفرض أي قيود على حجم النجم، فمن الممكن أن يكون الثقب الأسود كبيرًا بشكل تعسفي. فإذا نشأ مثلاً أثناء انهيار نجم كتلته 108 كتلة شمسية (أو بسبب اندماج مئات الآلاف، أو حتى ملايين النجوم الصغيرة نسبياً)، فإن نصف قطره سيكون حوالي 300 مليون كيلومتر، ضعف مدار الأرض. ومتوسط ​​كثافة مادة مثل هذا العملاق قريبة من كثافة الماء.

على ما يبدو، هذا هو نوع الثقوب السوداء الموجودة في مراكز المجرات. على أية حال، يحصي علماء الفلك اليوم حوالي خمسين مجرة، في وسطها، وفقًا للأدلة غير المباشرة (الموضحة أدناه)، توجد ثقوب سوداء تبلغ كتلتها حوالي مليار (10 9) شمسيًا. من الواضح أيضًا أن مجرتنا تمتلك ثقبًا أسودًا خاصًا بها؛ تم تقدير كتلتها بدقة تامة - 2.4. 10 6 ±10% من كتلة الشمس.

وتشير النظرية إلى أنه إلى جانب هذه العمالقة الفائقة، يجب أن تظهر أيضًا ثقوب صغيرة سوداء تبلغ كتلتها حوالي 1014 جرامًا ونصف قطرها حوالي 10-12 سم (بحجم نواة الذرة). يمكن أن تظهر في اللحظات الأولى من وجود الكون كمظهر من مظاهر عدم التجانس القوي جدًا للزمكان مع كثافة الطاقة الهائلة. اليوم، يدرك الباحثون الظروف التي كانت موجودة في الكون في ذلك الوقت في المصادمات القوية (المسرعات التي تستخدم الحزم المتصادمة). أتاحت التجارب التي أجريت في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) في وقت سابق من هذا العام الحصول على بلازما كوارك-غلوون، وهي المادة التي كانت موجودة قبل إنشاء الكون. الجسيمات الأولية. ويستمر البحث في هذه الحالة من المادة في مركز بروكهافن الأمريكي للمسرعات. إنه قادر على تسريع الجسيمات إلى طاقات أعلى بمقدار واحد ونصف إلى درجتين من المسرع في
سيرن. أثارت التجربة القادمة قلقًا بالغًا: هل ستؤدي إلى إنشاء ثقب أسود صغير من شأنه أن يؤدي إلى ثني الفضاء الخاص بنا وتدمير الأرض؟

وكان لهذا الخوف صدى قوي للغاية حتى أن حكومة الولايات المتحدة اضطرت إلى تشكيل لجنة رسمية لدراسة هذا الاحتمال. وخلصت لجنة مكونة من باحثين بارزين إلى أن طاقة المسرع منخفضة جدًا بحيث لا يمكن أن ينشأ ثقب أسود (تم وصف هذه التجربة في مجلة Science and Life، العدد 3، 2000).

كيف ترى ما هو غير مرئي

لا تصدر الثقوب السوداء شيئًا، ولا حتى الضوء. ومع ذلك، تعلم علماء الفلك رؤيتهم، أو بالأحرى، العثور على "مرشحين" لهذا الدور. هناك ثلاث طرق للكشف عن الثقب الأسود.

1. من الضروري مراقبة دوران النجوم في مجموعات حول مركز ثقل معين. إذا اتضح أنه لا يوجد شيء في هذا المركز، ويبدو أن النجوم تدور حول مساحة فارغة، فيمكننا أن نقول بثقة تامة: في هذا "الفراغ" يوجد ثقب أسود. وعلى هذا الأساس تم افتراض وجود ثقب أسود في مركز مجرتنا وتم تقدير كتلته.

2. يمتص الثقب الأسود المادة إلى داخله من الفضاء المحيط به. الغبار بين النجوموالغاز والمواد القادمة من النجوم القريبة تتساقط عليه بشكل حلزوني، لتشكل ما يسمى بالقرص التراكمي، الشبيه بحلقة زحل. (هذه هي بالضبط الفزاعة في تجربة بروكهافن: سيبدأ ثقب أسود صغير ظهر في المسرع في امتصاص الأرض إلى داخلها، ولا يمكن إيقاف هذه العملية بأي قوة.) عند الاقتراب من مجال شوارزشيلد، تواجه الجسيمات تجربة التسارع والبدء في الانبعاث في نطاق الأشعة السينية. يمتلك هذا الإشعاع طيفًا مميزًا يشبه طيف الإشعاع المدروس جيدًا للجسيمات المتسارعة في السنكروترون. وإذا كان هذا الإشعاع يأتي من منطقة ما في الكون، فيمكننا القول بثقة أنه لا بد من وجود ثقب أسود هناك.

3. عندما يندمج ثقبان أسودان، يحدث إشعاع الجاذبية. ويحسب أنه إذا كانت كتلة كل منهما حوالي عشرة أضعاف كتلة الشمس، فإنه عندما يندمجان في غضون ساعات في الشكل موجات الجاذبيةسيتم إطلاق طاقة تعادل 1٪ من كتلتها الإجمالية. وهذا ألف مرة أكثر من ذلكالضوء والحرارة والطاقة الأخرى التي أطلقتها الشمس طوال فترة وجودها بالكامل - خمسة مليارات سنة. ويأملون في اكتشاف إشعاع الجاذبية بمساعدة مراصد موجات الجاذبية LIGO وغيرها، والتي يتم بناؤها الآن في أمريكا وأوروبا بمشاركة باحثين روس (انظر “العلم والحياة” رقم 5، 2000).

ومع ذلك، على الرغم من أن علماء الفلك ليس لديهم شك في وجود الثقوب السوداء، إلا أنه لا أحد يجرؤ على التأكيد بشكل قاطع أن واحدًا منها بالضبط يقع في نقطة معينة في الفضاء. تتطلب الأخلاقيات العلمية ونزاهة الباحث إجابة لا لبس فيها على السؤال المطروح، إجابة لا تتسامح مع التناقضات. لا يكفي تقدير كتلة الجسم غير المرئي، بل تحتاج إلى قياس نصف قطره وإظهار أنه لا يتجاوز نصف قطر شفارتزشيلد. وحتى داخل مجرتنا، هذه المشكلة ليست قابلة للحل بعد. ولهذا السبب يُظهر العلماء قدرًا معينًا من ضبط النفس في الإبلاغ عن اكتشافهم، وتمتلئ المجلات العلمية حرفيًا بتقارير العمل النظري وملاحظات التأثيرات التي يمكن أن تلقي الضوء على سرها.

ومع ذلك، فإن للثقوب السوداء خاصية أخرى، متوقعة نظريًا، والتي قد تجعل من الممكن رؤيتها. ولكن بشرط واحد: يجب أن تكون كتلة الثقب الأسود أقل بكثير من كتلة الشمس.

الثقب الأسود يمكن أن يكون "أبيض" أيضًا

لفترة طويلة، اعتبرت الثقوب السوداء تجسيدا للظلام، وهي كائنات لا تنبعث منها أي شيء في الفراغ، في غياب امتصاص المادة. ومع ذلك، في عام 1974، أظهر المنظر الإنجليزي الشهير ستيفن هوكينج أنه يمكن تعيين درجة حرارة للثقوب السوداء، وبالتالي يجب أن تشع.

وفقا لمفاهيم ميكانيكا الكم، فإن الفراغ ليس فراغا، بل هو نوع من "رغوة الزمكان"، وهو مزيج من الجسيمات الافتراضية (غير القابلة للرصد في عالمنا). ومع ذلك، يمكن لتقلبات الطاقة الكمومية "إخراج" زوج من الجسيمات والجسيمات المضادة من الفراغ. على سبيل المثال، في اصطدام اثنين أو ثلاثة من كوانتا جاما، سيظهر الإلكترون والبوزيترون كما لو كانا من الهواء الرقيق. وقد لوحظت هذه الظواهر وما شابهها مرارا وتكرارا في المختبرات.

إن التقلبات الكمومية هي التي تحدد العمليات الإشعاعية للثقوب السوداء. إذا كان زوج من الجسيمات ذات الطاقات هو -E(إجمالي الطاقة للزوج صفر) يحدث بالقرب من مجال شوارزشيلد، وسيكون المصير الإضافي للجسيمات مختلفًا. يمكنهم الفناء على الفور تقريبًا أو الدخول تحت أفق الحدث معًا. وفي هذه الحالة لن تتغير حالة الثقب الأسود. ولكن إذا ذهب جسيم واحد فقط تحت الأفق، فسوف يسجل الراصد جسيمًا آخر، وسيبدو له أنه تم إنشاؤه بواسطة ثقب أسود. وفي الوقت نفسه، ثقب أسود يمتص جسيمًا بالطاقة -E، سوف يقلل من طاقتك، ومع الطاقة ه- سيزيد.

قام هوكينج بحساب المعدلات التي تحدث بها كل هذه العمليات وتوصل إلى الاستنتاج التالي: احتمال امتصاص الجسيمات ذات الطاقة السلبية أعلى. وهذا يعني أن الثقب الأسود يفقد الطاقة والكتلة ويتبخر. بالإضافة إلى ذلك، فهي تشع على الإطلاق الجسم الأسودمع درجة الحرارة ت = 6 . 10 -8 ممع / مكلفن، حيث مج - كتلة الشمس (2.10 ـ 33 جم)، م- كتلة الثقب الأسود . توضح هذه العلاقة البسيطة أن درجة حرارة الثقب الأسود الذي تبلغ كتلته ستة أضعاف كتلة الشمس تساوي جزءًا من مائة مليون من الدرجة. من الواضح أن مثل هذا الجسم البارد لا ينبعث منه أي شيء تقريبًا، ويظل كل المنطق المذكور أعلاه صالحًا. الثقوب الصغيرة هي مسألة أخرى. من السهل أن نرى أنه بكتلة 10 14 -10 30 جرامًا يتم تسخينها إلى عشرات الآلاف من الدرجات وتكون بيضاء ساخنة! ومع ذلك، تجدر الإشارة على الفور إلى أنه لا توجد تناقضات مع خصائص الثقوب السوداء: ينبعث هذا الإشعاع من طبقة فوق مجال شوارزشيلد، وليس تحتها.

لذا، فإن الثقب الأسود، الذي بدا وكأنه جسم متجمد إلى الأبد، يختفي عاجلاً أم آجلاً، ويتبخر. علاوة على ذلك، عندما "تفقد الوزن"، يزداد معدل التبخر، لكنه لا يزال يستغرق وقتًا طويلاً للغاية. وتشير التقديرات إلى أن الثقوب الصغيرة التي تزن 10-14 جرامًا ظهرت بعد ذلك مباشرة .الانفجار العظيممنذ 10 إلى 15 مليار سنة، كان من المفترض أن تتبخر تمامًا بحلول عصرنا هذا. في المرحلة الأخيرة من الحياة، تصل درجة حرارتها إلى قيم هائلة، لذلك يجب أن تكون منتجات التبخر جزيئات ذات طاقة عالية للغاية. ولعلها هي التي تولد زخات هوائية واسعة النطاق في الغلاف الجوي للأرض – EAS. على أية حال، فإن أصل الجسيمات ذات الطاقة العالية بشكل غير طبيعي هو مشكلة أخرى مهمة ومثيرة للاهتمام يمكن أن ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمسائل لا تقل إثارة في فيزياء الثقوب السوداء.

الثقب الأسود هو منطقة خاصة في الفضاء. هذا تراكم معين للمادة السوداء، قادر على الانجذاب إلى نفسه وامتصاص الأجسام الأخرى في الفضاء. ظاهرة الثقوب السوداء لا تزال موجودة. جميع البيانات المتوفرة هي مجرد نظريات وافتراضات لعلماء الفلك.

اسم "الثقب الأسود" صاغه العالم ج.أ. ويلر في عام 1968 في جامعة برينستون.

هناك نظرية مفادها أن الثقوب السوداء هي نجوم، ولكنها غير عادية، مثل النجوم النيوترونية. ثقب أسود - - لأنه يتمتع بكثافة توهج عالية جدًا ولا يرسل أي إشعاعات على الإطلاق. لذلك فهو غير مرئي لا في الأشعة تحت الحمراء ولا في الأشعة السينية ولا في أشعة الراديو.

اكتشف عالم الفلك الفرنسي ب. لابلاس هذه الحالة قبل 150 عامًا من الثقوب السوداء. وبحسب حججه، إذا كانت كثافته تساوي كثافة الأرض وقطره أكبر بـ 250 مرة من قطر الشمس، فإنه لا يسمح لأشعة الضوء بالانتشار في جميع أنحاء الكون بسبب جاذبيته، وبالتالي يبقى غير مرئى. ومن ثم، فمن المفترض أن الثقوب السوداء هي أقوى الأجسام الباعثة للكون في الكون، لكنها لا تمتلك سطحًا صلبًا.

خصائص الثقوب السوداء

تعتمد جميع الخصائص المفترضة للثقوب السوداء على النظرية النسبية، التي اشتقها أ. أينشتاين في القرن العشرين. إن أي منهج تقليدي لدراسة هذه الظاهرة لا يقدم أي تفسير مقنع لظاهرة الثقوب السوداء.

الخاصية الرئيسية للثقب الأسود هي القدرة على ثني الزمان والمكان. أي جسم متحرك يقع في مجال جاذبيته سوف ينجذب حتماً إلى الداخل، لأن... في هذه الحالة، تظهر دوامة جاذبية كثيفة، وهي نوع من القمع، حول الجسم. وفي الوقت نفسه، يتغير مفهوم الوقت. لا يزال العلماء، حسب حساباتهم، يميلون إلى استنتاج أن الثقوب السوداء ليست أجرامًا سماوية بالمعنى المقبول عمومًا. هذه في الحقيقة نوع من الثقوب، ثقوب دودية في الزمان والمكان، قادرة على تغييرها وضغطها.

الثقب الأسود هو منطقة مغلقة من الفضاء تنضغط فيها المادة ولا يمكن لأي شيء الهروب منها، ولا حتى الضوء.

وفقا لحسابات علماء الفلك، مع مجال الجاذبية القوي الموجود داخل الثقوب السوداء، لا يمكن لأي جسم أن يبقى دون أن يصاب بأذى. سيتم تمزيقها على الفور إلى مليارات القطع قبل أن تدخل إلى الداخل. ومع ذلك، فإن هذا لا يستبعد إمكانية تبادل الجزيئات والمعلومات بمساعدتها. وإذا كانت كتلة الثقب الأسود أكبر بمليار مرة على الأقل من كتلة الشمس (فائقة الكتلة)، فمن الممكن نظريًا أن تتحرك الأجسام عبره دون أن تمزقها الجاذبية.

وبطبيعة الحال، هذه مجرد نظريات، لأن أبحاث العلماء لا تزال بعيدة كل البعد عن فهم العمليات والقدرات التي تخفيها الثقوب السوداء. ومن الممكن تماماً أن يحدث شيء مماثل في المستقبل.

حصل على هذا الاسم لأنه يمتص الضوء، لكنه لا يعكسه مثل الأجسام الأخرى. في الواقع، هناك العديد من الحقائق حول الثقوب السوداء، وسنخبركم اليوم عن بعض من أكثرها إثارة للاهتمام. حتى وقت قريب نسبيا، كان يعتقد ذلك الثقب الأسود في الفضاءتمتص كل ما هو قريب منها أو تطير بالقرب منها: الكواكب عبارة عن قمامة، لكن العلماء مؤخرًا بدأوا يجادلون بأنه بعد مرور بعض الوقت "يبصقون" المحتويات مرة أخرى، فقط في شكل مختلف تمامًا. إذا كنت مهتم الثقوب السوداء في الفضاء حقائق مثيرة للاهتمام سنخبركم المزيد عنهم اليوم.

هل هناك تهديد للأرض؟

هناك نوعان من الثقوب السوداء التي يمكن أن تمثل تهديد حقيقيكوكبنا، ولكن لحسن الحظ بالنسبة لنا فهي تقع على مسافة حوالي 1600 سنة ضوئية. ولم يتمكن العلماء من اكتشاف هذه الأجسام إلا لأنها كانت قريبة النظام الشمسيوالأجهزة الخاصة التي تلتقط الأشعة السينية، تمكنوا من رؤيتهم. هناك افتراض بأن قوة الجاذبية الهائلة يمكن أن تؤثر على الثقوب السوداء بطريقة تندمج في ثقب واحد.

من غير المرجح أن يتمكن أي من معاصرينا من اللحاق باللحظة التي يكون فيها هؤلاء كائنات غامضةسوف تختفي. تحدث عملية موت الثقوب ببطء شديد.

الثقب الأسود هو نجم في الماضي

كيف تتشكل الثقوب السوداء في الفضاء؟ تمتلك النجوم مخزونًا هائلًا من الوقود النووي الحراري، ولهذا السبب تتوهج بشدة. لكن جميع الموارد تنفد، ويبرد النجم، ويفقد توهجه تدريجيًا ويتحول إلى قزم أسود. ومن المعروف أن عملية الانضغاط تحدث في النجم المبرد، ونتيجة لذلك ينفجر، وتنتشر جزيئاته على مسافات شاسعة في الفضاء، مما يؤدي إلى جذب الأجسام المجاورة، وبالتالي زيادة حجم الثقب الأسود.

الأكثر إثارة للاهتمام حول الثقوب السوداء في الفضاءلم ندرسها بعد، ولكن من المدهش أن كثافتها، على الرغم من حجمها المثير للإعجاب، يمكن أن تساوي كثافة الهواء. يشير هذا إلى أنه حتى أكبر الأجسام في الفضاء يمكن أن يكون لها نفس وزن الهواء، أي أنها يمكن أن تكون خفيفة بشكل لا يصدق. هنا كيف تظهر الثقوب السوداء في الفضاء.

يتدفق الوقت ببطء شديد داخل الثقب الأسود وحوله، لذا فإن الأجسام التي تحلق بالقرب منه تبطئ حركتها. السبب في كل شيء هو قوة الجاذبية الهائلة، بل وأكثر من ذلك حقيقة مذهلةجميع العمليات التي تحدث في الحفرة نفسها لها سرعة مذهلة. على سبيل المثال، إذا لاحظت ذلك كيف يبدو الثقب الأسود في الفضاء؟كونك خارج حدود الكتلة المستهلكة بالكامل، يبدو أن كل شيء لا يزال قائما. ومع ذلك، بمجرد دخول الجسم إلى الداخل، سوف يتمزق في لحظة. اليوم يظهرون لنا كيف يبدو الثقب الأسود في الصورة الفضائية؟، محاكاتها بواسطة برامج خاصة.

تعريف الثقب الأسود؟

الآن نحن نعرف من أين تأتي الثقوب السوداء في الفضاء؟. ولكن ما الذي يميزهم أيضًا؟ ومن المستحيل أن نقول بداهة أن الثقب الأسود هو كوكب أو نجم، لأن هذا الجسم ليس غازيا ولا صلبا. هذا كائن قادر على تشويه ليس فقط العرض والطول والارتفاع، ولكن أيضًا الجدول الزمني. وهو ما يتحدى القوانين الفيزيائية تمامًا. يدعي العلماء أن الوقت في منطقة أفق الوحدة المكانية يمكن أن يتحرك للأمام والخلف. ماذا يوجد في الثقب الأسود في الفضاء؟من المستحيل أن نتخيل أن الكميات الضوئية التي تصل إلى هناك تتضاعف عدة مرات في كتلة التفرد، وهذه العملية تزيد من قوة الجاذبية. لذلك، إذا أخذت مصباحًا يدويًا معك ودخلت إلى ثقب أسود، فلن يتوهج. التفرد هو النقطة التي يميل عندها كل شيء إلى اللانهاية.

هيكل الثقب الأسود هو التفرد وأفق الحدث. داخل التفرد، تفقد النظريات الفيزيائية معناها تمامًا، ولهذا السبب لا تزال لغزًا للعلماء. من خلال عبور الحدود (أفق الحدث)، يفقد الجسم المادي فرصة العودة. لا نعرف بعيدًا كل شيء عن الثقوب السوداء في الفضاءلكن الاهتمام بهم لا يتلاشى.

الثقوب السوداء هي واحدة من أكثر الأشياء المدهشة والمخيفة في نفس الوقت في كوننا. إنها تنشأ في اللحظة التي ينفد فيها الوقود النووي من النجوم ذات الكتلة الهائلة. تتوقف التفاعلات النووية وتبدأ النجوم بالبرودة. ينكمش جسم النجم تحت تأثير الجاذبية ويبدأ تدريجياً في جذب الأجسام الأصغر إليه، متحولاً إلى ثقب أسود.

الدراسات الأولى

بدأ العلماء البارزون في دراسة الثقوب السوداء منذ وقت ليس ببعيد، على الرغم من أن المفاهيم الأساسية لوجودها قد تم تطويرها في القرن الماضي. تم تقديم مفهوم "الثقب الأسود" في عام 1967 من قبل جيه ويلر، على الرغم من أن الاستنتاج القائل بأن هذه الأجسام تنشأ حتماً أثناء انهيار النجوم الضخمة قد تم التوصل إليه في الثلاثينيات من القرن الماضي. كل شيء داخل الثقب الأسود - الكويكبات والضوء والمذنبات التي يمتصها - اقترب كثيرًا من حدود هذا الثقب الأسود. كائن غامضوفشل في تركهم.

حدود الثقوب السوداء

يُطلق على أول حدود الثقب الأسود اسم الحد الثابت. هذه هي حدود المنطقة التي لا يمكن لأي جسم غريب أن يكون في حالة سكون عند دخولها ويبدأ في الدوران بالنسبة للثقب الأسود حتى يمنع نفسه من السقوط فيه. ويسمى الحد الثاني أفق الحدث. كل شيء داخل الثقب الأسود تجاوز حدوده الخارجية وتحرك نحو نقطة التفرد. وفقا للعلماء، هنا تتدفق المادة إلى هذه النقطة المركزية، والتي تميل كثافتها إلى ما لا نهاية. لا يستطيع الناس معرفة قوانين الفيزياء التي تعمل داخل الأجسام بهذه الكثافة، وبالتالي من المستحيل وصف خصائص هذا المكان. وبالمعنى الحرفي للكلمة، فهو "ثقب أسود" (أو ربما "فجوة") في معرفة البشرية بالعالم من حولنا.

هيكل الثقوب السوداء

أفق الحدث هو الحد الذي لا يمكن اختراقه للثقب الأسود. توجد داخل هذه الحدود منطقة لا يمكن أن تتركها حتى الأشياء التي تساوي سرعة حركتها سرعة الضوء. حتى كم الضوء نفسه لا يمكنه مغادرة أفق الحدث. وعند هذه النقطة، لن يتمكن أي جسم من الهروب من الثقب الأسود. بحكم التعريف، لا يمكننا معرفة ما هو موجود داخل الثقب الأسود - بعد كل شيء، في أعماقه هناك ما يسمى بنقطة التفرد، والتي يتم تشكيلها بسبب الضغط الشديد للمادة. بمجرد سقوط جسم ما داخل أفق الحدث، فمنذ تلك اللحظة فصاعدًا، لن يتمكن أبدًا من الهروب منه مرة أخرى ويصبح مرئيًا للمراقبين. ومن ناحية أخرى، فإن الموجودين داخل الثقوب السوداء لا يمكنهم رؤية أي شيء يحدث في الخارج.

يتناسب حجم أفق الحدث المحيط بهذا الجسم الكوني الغامض دائمًا بشكل مباشر مع كتلة الثقب نفسه. وإذا تضاعفت كتلته، فإن الحد الخارجي سيصبح أكبر بمرتين. إذا تمكن العلماء من إيجاد طريقة لتحويل الأرض إلى ثقب أسود، فإن حجم أفق الحدث سيكون 2 سم فقط في المقطع العرضي.

الفئات الرئيسية

وكقاعدة عامة، فإن متوسط ​​كتلة الثقب الأسود يساوي تقريبًا ثلاثة أضعاف كتلة الشمس أو أكثر. من بين نوعي الثقوب السوداء، يتم التمييز بين الثقوب السوداء النجمية والفائقة الكتلة. كتلتها تتجاوز كتلة الشمس بعدة مئات الآلاف من المرات. تتشكل النجوم بعد موت الأجرام السماوية الكبيرة. تظهر الثقوب السوداء ذات الكتلة المنتظمة بعد اكتمالها دورة الحياةالنجوم الكبار. كلا النوعين من الثقوب السوداء، على الرغم من اختلاف أصولهما، لهما خصائص مماثلة. توجد الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات. يقترح العلماء أنها تشكلت أثناء تكوين المجرات بسبب اندماج النجوم المتجاورة بشكل وثيق مع بعضها البعض. لكن هذه مجرد تخمينات، ولم تؤكدها الحقائق.

ماذا يوجد داخل الثقب الأسود: تخمينات

يعتقد بعض علماء الرياضيات أنه يوجد داخل هذه الأجسام الغامضة في الكون ما يسمى بالثقوب الدودية - وهي انتقالات إلى أكوان أخرى. بمعنى آخر، عند نقطة التفرد يوجد نفق الزمان والمكان. وقد خدم هذا المفهوم العديد من الكتاب والمخرجين. ومع ذلك، فإن الغالبية العظمى من علماء الفلك يعتقدون أنه لا توجد أنفاق بين الكونين. ومع ذلك، حتى لو كانت موجودة بالفعل، فلا توجد طريقة يستطيع البشر من خلالها معرفة ما يوجد داخل الثقب الأسود.

هناك مفهوم آخر ينص على وجود ثقب أبيض في الطرف الآخر من هذا النفق، حيث تتدفق كمية هائلة من الطاقة من كوننا إلى عالم آخر من خلال الثقوب السوداء. ومع ذلك، في هذه المرحلة من تطور العلوم والتكنولوجيا، فإن السفر من هذا النوع غير وارد.

العلاقة مع النظرية النسبية

الثقوب السوداء هي واحدة من أكثر التنبؤات المدهشة لآينشتاين. ومن المعروف أن قوة الجاذبية التي تنشأ على سطح أي كوكب تتناسب عكسيا مع مربع نصف قطره، وتتناسب طرديا مع كتلته. وبالنسبة لهذا الجرم السماوي يمكننا تعريف مفهوم السرعة الكونية الثانية اللازمة للتغلب على قوة الجاذبية هذه. أما بالنسبة للأرض فهي تساوي 11 كم/ثانية. إذا زادت كتلة الجسم السماوي، وانخفض القطر، على العكس من ذلك، فإن السرعة الكونية الثانية قد تتجاوز في النهاية سرعة الضوء. وبما أنه، وفقا للنظرية النسبية، لا يمكن لأي جسم أن يتحرك سرعة أسرعالضوء، فيتكون جسم لا يسمح لأي شيء بالخروج خارج حدوده.

في عام 1963، اكتشف العلماء الكوازارات - وهي أجسام فضائية تمثل مصادر عملاقة للانبعاثات الراديوية. وهي تقع بعيدًا جدًا عن مجرتنا - حيث تبلغ المسافة بينها وبين الأرض مليارات السنين الضوئية. لشرح النشاط العالي للغاية للكوازارات، قدم العلماء فرضية مفادها أن الثقوب السوداء موجودة بداخلها. وجهة النظر هذه مقبولة الآن بشكل عام في الأوساط العلمية. ولم تؤكد الأبحاث التي أجريت على مدى الخمسين عامًا الماضية هذه الفرضية فحسب، بل قادت العلماء أيضًا إلى استنتاج مفاده أن هناك ثقوبًا سوداء في مركز كل مجرة. ويوجد مثل هذا الجسم أيضًا في وسط مجرتنا، وتبلغ كتلته 4 ملايين كتلة شمسية. ويسمى هذا الثقب الأسود برج القوس A، ولأنه الأقرب إلينا، فهو الأكثر دراسة من قبل علماء الفلك.

إشعاع هوكينج

هذا النوع من الإشعاع، الذي اكتشفه الفيزيائي الشهير ستيفن هوكينج، يعقد بشكل كبير حياة العلماء المعاصرين - بسبب هذا الاكتشاف، نشأت العديد من الصعوبات في نظرية الثقوب السوداء. في الفيزياء الكلاسيكية هناك مفهوم الفراغ. وتدل هذه الكلمة على الفراغ التام وغياب المادة. ومع ذلك، مع تطور فيزياء الكم، تم تعديل مفهوم الفراغ. لقد وجد العلماء أنها مليئة بما يسمى بالجزيئات الافتراضية - تحت تأثير مجال قوي يمكن أن تتحول إلى جزيئات حقيقية. في عام 1974، اكتشف هوكينج أن مثل هذه التحولات يمكن أن تحدث في مجال الجاذبية القوي للثقب الأسود - بالقرب من حدوده الخارجية، أفق الحدث. يتم إقران مثل هذه الولادة - يظهر جسيم وجسيم مضاد. كقاعدة عامة، محكوم على الجسيم المضاد بالسقوط في ثقب أسود، ويطير الجسيم بعيدًا. ونتيجة لذلك، لاحظ العلماء بعض الإشعاع حولها الأجسام الفضائية. وهذا ما يسمى إشعاع هوكينج.

وخلال هذا الإشعاع، تتبخر المادة الموجودة داخل الثقب الأسود ببطء. يفقد الثقب كتلته، وتتناسب شدة الإشعاع عكسيا مع مربع كتلته. شدة إشعاع هوكينج لا تذكر بالمعايير الكونية. إذا افترضنا أن هناك ثقبًا كتلته 10 شموس، ولم يسقط عليه أي ضوء أو أي أجسام مادية، فحتى في هذه الحالة سيكون وقت اضمحلاله طويلًا بشكل رهيب. سوف تتجاوز حياة مثل هذا الثقب عمر الكون بأكمله بمقدار 65 مرة.

سؤال حول حفظ المعلومات

إحدى المشاكل الرئيسية التي ظهرت بعد اكتشاف إشعاع هوكينج هي مشكلة فقدان المعلومات. ويرتبط الأمر بسؤال يبدو بسيطًا جدًا للوهلة الأولى: ماذا يحدث عندما يتبخر الثقب الأسود تمامًا؟ كلتا النظريتين - كيف فيزياء الكموالكلاسيكية - تتعامل مع وصف حالة النظام. من خلال الحصول على معلومات حول الحالة الأولية للنظام، باستخدام النظرية، من الممكن وصف كيف سيتغير.

في الوقت نفسه، في عملية التطور، لا تضيع المعلومات حول الحالة الأولية - يعمل نوع من القانون بشأن الحفاظ على المعلومات. ولكن إذا تبخر الثقب الأسود بالكامل، فإن المراقب يفقد معلومات حول ذلك الجزء من العالم المادي الذي سقط في الثقب ذات يوم. يعتقد ستيفن هوكينج أن المعلومات المتعلقة بالحالة الأولية للنظام يتم استعادتها بطريقة ما بعد أن يتبخر الثقب الأسود تمامًا. لكن الصعوبة تكمن في أن نقل المعلومات من الثقب الأسود أمر مستحيل بحكم التعريف، فلا شيء يمكنه مغادرة أفق الحدث.

ماذا يحدث لو سقطت في الثقب الأسود؟

من المعتقد أنه إذا تمكن شخص ما بطريقة لا تصدق من الوصول إلى سطح الثقب الأسود، فسيبدأ على الفور في سحبه في اتجاهه. في نهاية المطاف، سوف يصبح الشخص ممتدًا جدًا لدرجة أنه سيصبح تيارًا من الجسيمات دون الذرية تتحرك نحو نقطة التفرد. ومن المستحيل بالطبع إثبات هذه الفرضية، لأنه من غير المرجح أن يتمكن العلماء من اكتشاف ما يحدث داخل الثقوب السوداء. الآن يقول بعض علماء الفيزياء أنه إذا سقط شخص ما في ثقب أسود، فسيكون لديه نسخة. سيتم تدمير النسخة الأولى من نسختها على الفور بواسطة تيار من الجزيئات الساخنة لإشعاع هوكينج، والثانية سوف تمر عبر أفق الحدث دون إمكانية العودة مرة أخرى.