الثقب الأسود العلمي. كيف تظهر الثقوب السوداء في الفضاء

مفهوم ثقب أسودمعروف للجميع - من تلاميذ المدارس إلى كبار السن ، ويستخدم في الأدب العلمي والخيال ، وفي وسائل الإعلام الصفراء وفي المؤتمرات العلمية. لكن لا يعرف الجميع بالضبط ما هي هذه الثقوب.

من تاريخ الثقوب السوداء

1783طرح العالم الإنجليزي جون ميشيل الفرضية الأولى لوجود ظاهرة مثل الثقب الأسود في عام 1783. في نظريته ، جمع بين إبداعي نيوتن - البصريات والميكانيكا. كانت فكرة ميشيل كما يلي: إذا كان الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات الصغيرة ، إذن ، مثل جميع الأجسام الأخرى ، يجب أن تختبر الجسيمات جاذبية مجال الجاذبية. اتضح أنه كلما زاد حجم النجم ، زادت صعوبة مقاومة الضوء لجاذبيته. بعد 13 عامًا من ميشيل ، طرح عالم الفلك وعالم الرياضيات الفرنسي لابلاس (على الأرجح بشكل مستقل عن نظيره البريطاني) نظرية مماثلة.

1915ومع ذلك ، ظلت جميع أعمالهم مجهولة حتى بداية القرن العشرين. في عام 1915 ، نشر ألبرت أينشتاين النظرية العامة للنسبية وأظهر أن الجاذبية هي انحناء للزمكان بسبب المادة ، وبعد بضعة أشهر ، استخدمها عالم الفلك الألماني والفيزيائي النظري كارل شوارزشيلد لحل مشكلة فلكية محددة. استكشف هيكل الزمكان المنحني حول الشمس وأعاد اكتشاف ظاهرة الثقوب السوداء.

(صاغ جون ويلر مصطلح "الثقوب السوداء")

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

1974أثبت الفيزيائي البريطاني ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء ، على الرغم من أنها تبتلع المادة دون رجوع ، يمكن أن تصدر إشعاعات وتتبخر في النهاية. هذه الظاهرة تسمى "إشعاع هوكينغ".

في الوقت الحاضر. أحدث الأبحاثالنجوم النابضة والكوازارات ، بالإضافة إلى اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروي ، أتاح أخيرًا وصف مفهوم الثقوب السوداء. في عام 2013 ، اقتربت سحابة الغاز G2 كثيرًا من الثقب الأسود ومن المحتمل أن تمتصها ، وستوفر مراقبة العملية الفريدة فرصًا كبيرة لاكتشافات جديدة لميزات الثقب الأسود.

ما هي الثقوب السوداء حقا؟

يبدو التفسير المقتضب للظاهرة هكذا. الثقب الأسود هو منطقة زمكان يكون جاذبيتها قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي جسم ، بما في ذلك الكميات الخفيفة ، أن يتركها.

كان الثقب الأسود يومًا ما نجمًا ضخمًا. بينما يتم الحفاظ على التفاعلات الحرارية النووية في أمعائها ضغط مرتفعكل شيء يبقى طبيعيا. لكن بمرور الوقت ، ينضب إمداد الطاقة ويبدأ الجسم السماوي ، تحت تأثير جاذبيته ، في الانكماش. المرحلة الأخيرة من هذه العملية هي انهيار النواة وتشكيل ثقب أسود.

• 1. طرد ثقب أسود نفاث بسرعة عالية


• 2. قرص من المادة ينمو في ثقب أسود


• 3. الثقب الأسود


• 4. مخطط تفصيلي لمنطقة الثقب الأسود


• 5. حجم الملاحظات الجديدة التي تم العثور عليها

تقول النظرية الأكثر شيوعًا أن مثل هذه الظواهر موجودة في كل مجرة ​​، بما في ذلك في مركز مجرتنا درب التبانة. الجاذبية الهائلة للفتحة قادرة على الاحتفاظ بعدة مجرات حولها ، مما يمنعها من الابتعاد عن بعضها البعض. يمكن أن تكون "منطقة التغطية" مختلفة ، كل هذا يتوقف على كتلة النجم الذي تحول إلى ثقب أسود ، ويمكن أن يصل إلى آلاف السنين الضوئية.

نصف قطر شوارزشيلد

الخاصية الرئيسية للثقب الأسود هي أن أي مادة تدخل إليه لا يمكن أن تعود أبدًا. الأمر نفسه ينطبق على الضوء. في جوهرها ، الثقوب عبارة عن أجسام تمتص تمامًا كل الضوء الذي يسقط عليها ولا تنبعث منها بنفسها. يمكن أن تظهر هذه الأشياء بصريًا على شكل جلطات من الظلام المطلق.

• 1. تحريك المادة بنصف سرعة الضوء


• 2. حلقة الفوتون


• 3. حلقة الفوتون الداخلية


• 4. أفق الحدث في الثقب الأسود

استنادًا إلى نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، إذا اقترب الجسم من مسافة حرجة من مركز الثقب ، فلن يعود بإمكانه العودة. تسمى هذه المسافة نصف قطر شفارتزشيلد. ما يحدث بالضبط داخل هذا النطاق غير معروف على وجه اليقين ، ولكن هناك النظرية الأكثر شيوعًا. يُعتقد أن كل مادة الثقب الأسود تتركز في نقطة صغيرة جدًا ، وفي وسطها يوجد جسم بكثافة غير محدودة ، وهو ما يسميه العلماء اضطرابًا منفردًا.

كيف تسقط في الثقب الأسود

(في الصورة ، يبدو الثقب الأسود لـ Sagittarius A * مثل مجموعة ساطعة للغاية من الضوء)

منذ وقت ليس ببعيد ، في عام 2011 ، اكتشف العلماء سحابة غازية ، وأطلق عليها اسمًا بسيطًا G2 ، والتي تصدر ضوءًا غير عادي. يمكن أن يؤدي هذا التوهج إلى حدوث احتكاك في الغاز والغبار ، الناجم عن عمل الثقب الأسود القوس A * والذي يدور حوله في شكل قرص تراكم. لذلك أصبحنا مراقبين ظاهرة مذهلةامتصاص سحابة غاز بواسطة ثقب أسود هائل.

وفقًا للدراسات الحديثة ، سيحدث أقرب نهج للثقب الأسود في مارس 2014. يمكننا إعادة إنشاء صورة لكيفية حدوث هذا المشهد المثير.

• 1. عندما تظهر لأول مرة في البيانات ، تشبه سحابة الغاز كرة ضخمة من الغاز والغبار.


• 2. الآن ، اعتبارًا من يونيو 2013 ، أصبحت السحابة على بعد عشرات المليارات من الكيلومترات من الثقب الأسود. تسقط فيه بسرعة 2500 كم / ثانية.


• 3. من المتوقع أن تمر السحابة بالثقب الأسود ، لكن قوى المد والجزر الناتجة عن الاختلاف في الجذب المؤثر على الحواف الأمامية والخلفية للسحابة ستؤدي إلى استطالة السحابة أكثر فأكثر.


• 4. بعد كسر السحابة ، من المرجح أن يندمج معظمها في قرص التراكم حول القوس A * ، مما ينتج عنه موجات صدمية. سترتفع درجة الحرارة إلى عدة ملايين من درجات الحرارة.


• 5. جزء من السحابة سوف يسقط مباشرة في الثقب الأسود. لا أحد يعرف بالضبط ما سيحدث لهذه المادة ، لكن من المتوقع أنه أثناء عملية السقوط ستصدر تيارات قوية من الأشعة السينية ، ولن يراها أحد.

فيديو: الثقب الأسود يبتلع سحابة غازية

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

ماذا يوجد بداخل الثقب الأسود؟

هناك نظرية تدعي أن الثقب الأسود بداخله فارغ عمليًا ، وكل كتلته تتركز في نقطة صغيرة جدًا تقع في مركزه - التفرد.

وفقًا لنظرية أخرى موجودة منذ نصف قرن ، فإن كل ما يقع في الثقب الأسود يذهب إلى كون آخر يقع في الثقب الأسود نفسه. الآن هذه النظرية ليست هي النظرية الرئيسية.

وهناك نظرية ثالثة ، أكثر حداثة وثباتًا ، والتي بموجبها يذوب كل شيء يقع في الثقب الأسود في اهتزازات الأوتار على سطحه ، والتي تم تحديدها على أنها أفق الحدث.

إذن ما هو أفق الحدث؟ من المستحيل النظر داخل ثقب أسود حتى باستخدام تلسكوب فائق القوة ، لأنه حتى الضوء ، الذي يدخل داخل قمع كوني عملاق ، ليس لديه فرصة للظهور مرة أخرى. كل ما يمكن اعتباره بطريقة أو بأخرى يقع في محيطه المباشر.

أفق الحدث هو خط مشروط للسطح لا يمكن أن يهرب منه أي شيء (لا غاز ولا غبار ولا نجوم ولا ضوء). وهذه هي النقطة الغامضة للغاية المتمثلة في اللاعودة في الثقوب السوداء للكون.

S. ترانكوفسكي

من بين أهم وإثارة مشاكل الفيزياء والفيزياء الفلكية الحديثة ، قام الأكاديمي ف. إل. جينزبورج بتسمية الأسئلة المتعلقة بالثقوب السوداء (انظر: Science and Life، Nos.11، 12، 1999). تم التنبؤ بوجود هذه الأجسام الغريبة منذ أكثر من مائتي عام ، وقد تم حساب الظروف المؤدية إلى تكوينها بدقة في أواخر الثلاثينيات من القرن العشرين ، وبدأت الفيزياء الفلكية في السيطرة عليها قبل أقل من أربعين عامًا. اليوم ، تنشر المجلات العلمية حول العالم آلاف المقالات حول الثقوب السوداء كل عام.

يمكن أن يحدث تكوين الثقب الأسود بثلاث طرق.

هذه هي الطريقة المعتادة لتصوير العمليات التي تحدث بالقرب من ثقب أسود ينهار. مع مرور الوقت (Y) ، تتقلص المساحة (X) حولها (المنطقة المظللة) نحو التفرد.

يُدخل مجال الجاذبية للثقب الأسود تشوهات قوية في هندسة الفضاء.

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

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

ولادة زوج من الجسيمات والمضادات في المختبر.

كيف ظهرت

إن جرم سماوي مضيء ، له كثافة مساوية لكثافة الأرض ، وقطره أكبر بمئتين وخمسين مرة من قطر الشمس ، بسبب قوة جاذبيته ، لن يسمح لضوءه بالوصول إلينا. وبالتالي ، من الممكن أن تظل أضخم الأجرام المضيئة في الكون ، بسبب حجمها على وجه التحديد ، غير مرئية.
بيير سيمون لابلاس.
عرض لنظام العالم. 1796

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

كان منطق العلماء بسيطًا. بالنسبة لأي جسم فلكي (كوكب أو نجم) ، يمكنك حساب ما يسمى بسرعة الهروب ، أو السرعة الكونية الثانية ، والتي تسمح لأي جسم أو جسيم بمغادرته إلى الأبد. وفي فيزياء ذلك الوقت ، كانت النظرية النيوتونية هي السائدة ، والتي تنص على أن الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات (بقي ما يقرب من مائة وخمسين عامًا قبل نظرية الموجات الكهرومغناطيسية والكميات). يمكن حساب سرعة هروب الجسيمات بناءً على تساوي الطاقة الكامنة على سطح الكوكب و الطاقة الحركيةجسد "هرب" لمسافة طويلة بلا حدود. يتم تحديد هذه السرعة من خلال الصيغة # 1 #

أين مهي كتلة الجسم الفضائي ، صهو نصف قطرها ، جيهو ثابت الجاذبية.

من هنا ، يمكن بسهولة الحصول على نصف قطر جسم من كتلة معينة (يُطلق عليه لاحقًا "نصف قطر الجاذبية" ص g ") ، حيث تكون سرعة الهروب مساوية لسرعة الضوء:

هذا يعني أن النجم مضغوط في كرة نصف قطرها صز< 2GM/ج 2 سيتوقف عن الانبعاث - لن يتمكن الضوء من تركه. سيظهر ثقب أسود في الكون.

من السهل حساب أن الشمس (كتلتها 2.1033 جم) ستتحول إلى ثقب أسود إذا تقلصت إلى نصف قطر يبلغ حوالي 3 كيلومترات. ستصل كثافة مادته في هذه الحالة إلى 10 16 جم / سم 3. نصف قطر الأرض ، مضغوطًا إلى حالة الثقب الأسود ، سينخفض ​​إلى حوالي سنتيمتر واحد.

لقد بدا أمرًا لا يصدق أنه يمكن العثور على قوى في الطبيعة يمكنها ضغط نجم إلى مثل هذا الحجم الضئيل. لذلك ، فإن الاستنتاجات من عمل ميتشل ولابلاس لأكثر من مائة عام كانت تعتبر شيئًا مثل التناقض الرياضي الذي لا معنى له فيزيائيًا.

تم الحصول على دليل رياضي صارم على أن مثل هذا الجسم الغريب في الفضاء ممكن فقط في عام 1916. تلقى عالم الفلك الألماني كارل شوارزشيلد ، بعد تحليل معادلات النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ، نتيجة مثيرة للاهتمام. بعد دراسة حركة الجسيم في مجال الجاذبية لجسم ضخم ، توصل إلى استنتاج مفاده أن المعادلة تفقد معناها المادي (يذهب حلها إلى ما لا نهاية) عندما ص= 0 و ص = صز.

تسمى النقاط التي تفقد فيها خصائص المجال معناها المفرد ، أي خاص. تعكس التفرد عند نقطة الصفر النقطة ، أو ما هو نفسه ، الهيكل المتماثل مركزيًا للحقل (بعد كل شيء ، يمكن تمثيل أي جسم كروي - نجم أو كوكب - على أنه نقطة مادية). والنقاط الواقعة على سطح كروي نصف قطره ص g ، تشكل السطح ذاته الذي تكون سرعة الإفلات منه مساوية لسرعة الضوء. في النظرية العامة للنسبية ، يطلق عليه مجال شوارزشيلد المفرد أو أفق الحدث (لماذا - سيتضح لاحقًا).

بالفعل في مثال الأشياء المألوفة لنا - الأرض والشمس - من الواضح أن الثقوب السوداء هي أجسام غريبة جدًا. حتى علماء الفلك الذين يتعاملون مع المادة بقيم متطرفة من درجات الحرارة والكثافة والضغط يعتبرونها غريبة للغاية ، وحتى وقت قريب لم يؤمن الجميع بوجودها. ومع ذلك ، فإن المؤشرات الأولى لإمكانية تكوين الثقوب السوداء كانت موجودة بالفعل في نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، التي تم إنشاؤها في عام 1915. اشتق عالم الفلك الإنجليزي آرثر إدينجتون ، أحد المفسرين الأوائل لنظرية النسبية ، في الثلاثينيات من القرن الماضي نظامًا من المعادلات يصف الهيكل الداخليالنجوم. ويترتب على ذلك أن النجم في حالة توازن تحت تأثير قوى الجاذبية الموجهة بشكل معاكس والضغط الداخلي الناتج عن حركة جزيئات البلازما الساخنة داخل النجم وضغط الإشعاع المتولد في أعماقها. وهذا يعني أن النجم عبارة عن كرة غاز ، في وسطها حرارةيتناقص تدريجياً نحو المحيط. من المعادلات ، على وجه الخصوص ، يتبع ذلك أن درجة حرارة سطح الشمس حوالي 5500 درجة (وهو ما يتوافق تمامًا مع بيانات القياسات الفلكية) ، ويجب أن يكون في مركزها حوالي 10 ملايين درجة. سمح هذا لإدينجتون بالتوصل إلى نتيجة نبوية: عند درجة حرارة كهذه ، يتم "اشتعال" تفاعل نووي حراري ، وهو ما يكفي لضمان توهج الشمس. لم يوافق علماء الفيزياء الذرية في ذلك الوقت على هذا. بدا لهم أنه كان "باردًا" جدًا في أحشاء النجم: درجة الحرارة هناك لم تكن كافية لرد الفعل "للذهاب". أجاب المنظر الغاضب: "ابحثوا عن مكان أكثر سخونة!"

وفي النهاية ، اتضح أنه كان على حق: في مركز النجم ، يحدث تفاعل نووي حراري بالفعل (مسألة أخرى هي أن ما يسمى "المعيار" النموذج الشمسي"، استنادًا إلى الأفكار حول الاندماج النووي الحراري ، اتضح أنه غير صحيح على ما يبدو - انظر ، على سبيل المثال ،" Science and Life "No. 2 ، 3 ، 2000). ومع ذلك ، فإن التفاعل في مركز النجم يحدث ، النجم يضيء ، والإشعاع الذي يحدث في هذه الحالة يبقيه في حالة مستقرة. لكن "الوقود" النووي في النجم يحترق. يتوقف إطلاق الطاقة ، وينطفئ الإشعاع ، وتختفي القوة التي تحد من الجاذبية. هناك هو حد لكتلة النجم ، وبعد ذلك يبدأ النجم في الظهور. تظهر الحسابات أن هذا يحدث إذا تجاوزت كتلة النجم ضعف أو ثلاثة أضعاف كتلة الشمس.

الانهيار الجاذبي

في البداية ، يكون معدل تقلص النجم صغيرًا ، لكن معدله يزداد باستمرار ، لأن قوة الجذب تتناسب عكسًا مع مربع المسافة. يصبح الانضغاط لا رجوع فيه ، ولا توجد قوى قادرة على مواجهة الجاذبية الذاتية. هذه العملية تسمى انهيار الجاذبية. تزداد سرعة غلاف النجم باتجاه مركزه ، وتقترب من سرعة الضوء. وهنا تبدأ تأثيرات نظرية النسبية في لعب دور.

تم حساب سرعة الهروب بناءً على أفكار نيوتن حول طبيعة الضوء. من وجهة نظر النسبية العامة ، تحدث الظواهر بالقرب من نجم منهار بشكل مختلف نوعًا ما. في مجال الجاذبية القوي ، يحدث ما يسمى بالانزياح الأحمر الثقالي. هذا يعني أن تردد الإشعاع القادم من جسم ضخم يتجه نحو الترددات المنخفضة. في النهاية ، عند حدود مجال شوارزشيلد ، يصبح تردد الإشعاع مساويًا للصفر. أي أن المراقب خارجها لن يكون قادرًا على اكتشاف أي شيء حول ما يحدث في الداخل. هذا هو سبب تسمية مجال شوارزشيلد بأفق الحدث.

لكن تقليل التردد يعادل إبطاء الوقت ، وعندما يصبح التردد صفراً ، يتوقف الوقت. هذا يعني أن مراقبًا خارجيًا سيرى صورة غريبة جدًا: تتوقف قشرة نجم تسقط مع تسارع متزايد ، بدلاً من الوصول إلى سرعة الضوء. من وجهة نظره ، سيتوقف الانكماش بمجرد اقتراب حجم النجم من نصف قطر الجاذبية
شارب. لن يرى أبدًا حتى جسيمًا واحدًا "يغطس" تحت مجال شوارزشيلد. لكن بالنسبة لمراقب افتراضي يسقط في ثقب أسود ، فإن كل شيء سينتهي في غضون لحظات وفقًا لساعته. وبالتالي ، فإن وقت انهيار الجاذبية لنجم بحجم الشمس سيكون 29 دقيقة ، ونجم نيوتروني أكثر كثافة وأكثر إحكاما - فقط 1 / 20،000 من الثانية. وها هو في مأزق ، مرتبط بهندسة الزمكان بالقرب من ثقب أسود.

يدخل المراقب إلى مساحة منحنية. بالقرب من نصف قطر الجاذبية ، تصبح قوى الجاذبية كبيرة بشكل غير محدود ؛ يمدون الصاروخ برائد الفضاء إلى خيط رفيع لا نهائي من الطول اللامتناهي. لكنه هو نفسه لن يلاحظ هذا: كل تشوهاته سوف تتوافق مع تشوهات إحداثيات الزمكان. هذه الاعتبارات ، بالطبع ، تشير إلى الحالة المثالية الافتراضية. سيتمزق أي جسم حقيقي بفعل قوى المد والجزر قبل فترة طويلة من الاقتراب من مجال شوارزشيلد.

أبعاد الثقوب السوداء

يتناسب حجم الثقب الأسود ، أو بالأحرى ، نصف قطر كرة شوارزشيلد مع كتلة النجم. وبما أن الفيزياء الفلكية لا تفرض أي قيود على حجم النجم ، يمكن أن يكون الثقب الأسود كبيرًا بشكل تعسفي. على سبيل المثال ، إذا نشأ أثناء انهيار نجم كتلته 10 8 كتل شمسية (أو بسبب اندماج مئات الآلاف ، أو حتى ملايين النجوم الصغيرة نسبيًا) ، فإن نصف قطرها سيكون حوالي 300 مليون كيلومتر ، ضعف مدار الأرض. ومتوسط ​​كثافة مادة هذا العملاق قريب من كثافة الماء.

على ما يبدو ، فإن هذه الثقوب السوداء هي بالضبط التي توجد في مراكز المجرات. على أي حال ، يحسب علماء الفلك اليوم حوالي خمسين مجرة ​​، في وسطها ، استنادًا إلى الأدلة غير المباشرة (سنناقشها أدناه) ، توجد ثقوب سوداء كتلتها حوالي مليار (10 9) مجرة ​​شمسية. على ما يبدو ، فإن مجرتنا بها ثقب أسود خاص بها ؛ تم تقدير كتلته بدقة تامة - 2.4. 10 6 ± 10٪ من كتلة الشمس.

تفترض النظرية أنه ، إلى جانب هذه الكواكب العملاقة ، يجب أن تنشأ ثقوب صغيرة سوداء كتلتها حوالي 10 14 جم ونصف قطر يبلغ حوالي 10-12 سم (حجم النواة الذرية). يمكن أن تظهر في اللحظات الأولى من وجود الكون كمظهر من مظاهر عدم تجانس قوي للغاية للزمكان مع كثافة طاقة هائلة. تتحقق الظروف التي كانت موجودة في ذلك الوقت في الكون الآن من قبل الباحثين في المصادمات القوية (مسرعات الحزم المتصادمة). أسفرت التجارب في CERN في وقت سابق من هذا العام عن بلازما كوارك-غلوون ، وهي مادة موجودة مسبقًا. الجسيمات الأولية. يستمر البحث في هذه الحالة في Brookhaven ، مركز التسريع الأمريكي. إنه قادر على تسريع الجسيمات إلى طاقات أعلى بمقدار مرة ونصف إلى مرتين من المسرع في
سيرن. أثارت التجربة القادمة قلقًا خطيرًا: هل سينشأ ثقب أسود صغير أثناء تنفيذه ، والذي من شأنه أن ينحني فضائنا ويدمر الأرض؟

تسبب هذا الخوف في رد فعل قوي لدرجة أن حكومة الولايات المتحدة اضطرت إلى عقد لجنة رسمية لاختبار هذا الاحتمال. خلصت اللجنة ، التي تتكون من باحثين بارزين ، إلى أن طاقة المسرع منخفضة جدًا بحيث يتعذر تكوين ثقب أسود (هذه التجربة موصوفة في مجلة Science and Life ، العدد 3 ، 2000).

كيف ترى ما هو غير مرئي

لا تصدر الثقوب السوداء شيئًا ، ولا حتى الضوء. ومع ذلك ، فقد تعلم علماء الفلك رؤيتها ، أو بالأحرى ، إيجاد "مرشحين" لهذا الدور. هناك ثلاث طرق لاكتشاف الثقب الأسود.

1. من الضروري متابعة دوران النجوم في مجموعات حول مركز جاذبية معين. إذا اتضح أنه لا يوجد شيء في هذا المركز ، والنجوم تدور حول مكان فارغ ، يمكننا أن نقول بثقة تامة: يوجد ثقب أسود في هذا "الفراغ". على هذا الأساس ، تم افتراض وجود ثقب أسود في مركز مجرتنا وقدرت كتلته.

2. يمتص الثقب الأسود المادة في داخله من الفضاء المحيط به. الغبار بين النجوم، غاز ، مادة من النجوم القريبة تسقط عليها في دوامة ، وتشكل ما يسمى بقرص التراكم ، على غرار حلقة زحل. (هذا هو بالضبط ما كان مخيفًا في تجربة Brookhaven: سيبدأ ثقب أسود صغير نشأ في المسرّع في امتصاص الأرض لنفسها ، ولا يمكن إيقاف هذه العملية بأي قوى.) الاقتراب من كرة شوارزشيلد ، الجسيمات تجربة التسارع والبدء بالإشعاع في نطاق الأشعة السينية. هذا الإشعاع له طيف مميز مشابه لإشعاع الجسيمات المدروس جيدًا المتسارع في السنكروترون. وإذا أتى مثل هذا الإشعاع من منطقة ما في الكون ، فيمكننا القول على وجه اليقين أنه لا بد من وجود ثقب أسود هناك.

3. عندما يندمج ثقبان أسودان ، يحدث إشعاع ثقالي. يُحسب أنه إذا كانت كتلة كل منها حوالي عشر كتل شمسية ، فعند اندماجها في غضون ساعات في النموذج موجات الجاذبيةسيتم إطلاق الطاقة التي تعادل 1٪ من كتلتها الإجمالية. إنها ألف مرة أكثر من ذلكالضوء والحرارة والطاقة الأخرى التي بعثتها الشمس طوال فترة وجودها - خمسة مليارات سنة. إنهم يأملون في الكشف عن 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 لا يشككون في وجود الثقوب السوداء ، فلا أحد يستطيع أن يعلن بشكل قاطع أن أحدهم يقع بالضبط في نقطة معينة في الفضاء. الأخلاق العلمية ، تتطلب ضمير الباحث إجابة لا لبس فيها على السؤال المطروح ، والتي لا تتسامح مع التناقضات. لا يكفي تقدير كتلة جسم غير مرئي ، فأنت بحاجة إلى قياس نصف قطره وإظهار أنه لا يتجاوز شوارزشيلد. وحتى داخل مجرتنا ، لم يتم حل هذه المشكلة بعد. هذا هو السبب في أن العلماء يظهرون قدرًا معينًا من ضبط النفس في الإبلاغ عن اكتشافهم ، والمجلات العلمية مليئة حرفيًا بتقارير العمل النظري وملاحظات التأثيرات التي يمكن أن تلقي الضوء على غموضها.

صحيح أن للثقوب السوداء أيضًا خاصية أخرى ، متوقعة نظريًا ، والتي ، ربما ، ستجعل من الممكن رؤيتها. لكن ، مع ذلك ، تحت شرط واحد: يجب أن تكون كتلة الثقب الأسود أقل بكثير من كتلة الشمس.

قد يكون الثقب الأسود "أبيض"

لفترة طويلة ، كانت الثقوب السوداء تُعتبر تجسيدًا للظلام ، وهي أجسام لا تشع شيئًا في الفراغ ، في غياب امتصاص المادة. ومع ذلك ، في عام 1974 ، أظهر المُنظِّر الإنجليزي الشهير ستيفن هوكينج أنه يمكن تحديد درجة حرارة للثقوب السوداء ، وبالتالي يجب أن تشع.

وفقًا لمفاهيم ميكانيكا الكم ، فإن الفراغ ليس فراغًا ، ولكنه نوع من "رغوة الزمكان" ، خليط من الجسيمات الافتراضية (التي لا يمكن ملاحظتها في عالمنا). ومع ذلك ، فإن تقلبات الطاقة الكمومية قادرة على "طرح" زوج جسيم-جسيم مضاد من الفراغ. على سبيل المثال ، عندما يصطدم اثنان أو ثلاثة من كوانت جاما ، سيظهر الإلكترون والبوزيترون وكأنهما من لا شيء. وقد لوحظت هذه الظاهرة وما شابهها مرارًا وتكرارًا في المختبرات.

إن التقلبات الكمية هي التي تحدد عمليات الإشعاع من الثقوب السوداء. إذا كان زوج من الجسيمات مع الطاقات هو -E(الطاقة الإجمالية للزوج هي صفر) ، تنشأ بالقرب من كرة شوارزشيلد ، فإن المصير الإضافي للجسيمات سيكون مختلفًا. يمكنهم الإبادة على الفور تقريبًا أو الذهاب تحت أفق الحدث معًا. في هذه الحالة ، لن تتغير حالة الثقب الأسود. ولكن إذا ذهب جسيم واحد فقط تحت الأفق ، فسيسجل الراصد آخر ، وسيبدو له أنه نتج عن ثقب أسود. في هذه الحالة ، ثقب أسود يمتص جسيمًا بالطاقة -E، سوف يقلل من طاقته ، ومع الطاقة ه- يزيد.

قام هوكينغ بحساب المعدلات التي تسير بها كل هذه العمليات ، وتوصل إلى استنتاج مفاده أن احتمال امتصاص الجسيمات ذات الطاقة السالبة أعلى. هذا يعني أن الثقب الأسود يفقد الطاقة والكتلة - يتبخر. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تشع تمامًا الجسم الأسودمع درجة الحرارة تي = 6 . 10 -8 ممع / مكلفنز ، أين مج هي كتلة الشمس (2.1033 جم) ، مهي كتلة الثقب الأسود. توضح هذه العلاقة البسيطة أن درجة حرارة ثقب أسود كتلته ستة أضعاف كتلة الشمس تساوي مائة مليون من الدرجة. من الواضح أن مثل هذا الجسم البارد لا يشع عمليًا بأي شيء ، وتظل جميع الحجج المذكورة أعلاه صالحة. شيء آخر - ثقوب صغيرة. من السهل ملاحظة أنه مع كتلة 10 14-10 30 جرامًا ، يتم تسخينها إلى عشرات الآلاف من الدرجات وتكون بيضاء ساخنة! ومع ذلك ، يجب أن نلاحظ على الفور أنه لا توجد تناقضات مع خصائص الثقوب السوداء: هذا الإشعاع ينبعث من طبقة فوق كرة شوارزشيلد ، وليس تحتها.

لذا ، فإن الثقب الأسود ، الذي بدا وكأنه كائن متجمد إلى الأبد ، يختفي عاجلاً أم آجلاً ، ويتبخر. علاوة على ذلك ، لأنه "يفقد الوزن" ، يزداد معدل التبخر ، لكنه لا يزال يستغرق وقتًا طويلاً للغاية. تشير التقديرات إلى وجود ثقوب صغيرة تزن 10 و 14 جرامًا ، والتي ظهرت بعد ذلك مباشرة .الانفجار العظيممنذ 10 إلى 15 مليار سنة ، بحلول عصرنا كان يجب أن يتبخر تمامًا. في المرحلة الأخيرة من حياتهم ، تصل درجة حرارتها إلى قيمة هائلة ، لذلك يجب أن تكون منتجات التبخر جزيئات ذات طاقة عالية للغاية. من الممكن أن يكونوا هم الذين يولدون زخات واسعة في الغلاف الجوي - EASs في الغلاف الجوي للأرض. على أي حال ، فإن أصل الجسيمات الشاذة عالية الطاقة هو مشكلة أخرى مهمة ومثيرة للاهتمام يمكن أن ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالأسئلة التي لا تقل إثارة في فيزياء الثقب الأسود.

الثقب الأسود هو منطقة خاصة في الفضاء. هذا نوع من تراكم المادة السوداء ، قادر على سحب وامتصاص الأجسام الأخرى في الفضاء. ظاهرة الثقوب السوداء لا تزال كذلك. جميع البيانات المتاحة هي مجرد نظريات وافتراضات لعلماء الفلك العلميين.

تم تقديم اسم "الثقب الأسود" من قبل العالم ج. ويلر في عام 1968 في جامعة برينستون.

هناك نظرية مفادها أن الثقوب السوداء هي نجوم ، لكنها غير عادية ، مثل الثقوب النيوترونية. يعتبر الثقب الأسود - - لأنه يتمتع بكثافة لمعان عالية جدًا ولا يرسل أي إشعاع على الإطلاق. لذلك ، فهو غير مرئي لا في الأشعة تحت الحمراء ولا في الأشعة السينية ولا في الأشعة الراديوية.

هذا الوضع لا يزال عالم الفلك الفرنسي بي لابلاس قبل 150 عامًا من ظهور الثقوب السوداء. وفقًا لحججه ، إذا كانت كثافة تساوي كثافة الأرض ، وقطرها أكبر بـ 250 مرة من قطر الشمس ، فإنها لا تسمح لأشعة الضوء بالانتشار عبر الكون بسبب وجودها. الجاذبية ، وبالتالي تظل غير مرئية. وبالتالي ، يُفترض أن الثقوب السوداء هي أقوى الأجسام المشعة في الكون ، لكن ليس لها سطح صلب.

خصائص الثقوب السوداء

تستند جميع الخصائص المزعومة للثقوب السوداء إلى نظرية النسبية التي اشتقها أ. أينشتاين في القرن العشرين. أي مقاربة تقليدية لدراسة هذه الظاهرة لا تقدم أي تفسير مقنع لظاهرة الثقوب السوداء.

الخاصية الرئيسية للثقب الأسود هي القدرة على ثني الزمان والمكان. أي جسم متحرك يسقط في مجال جاذبيته سيتم حتمًا سحبه إلى الداخل ، لأن. في هذه الحالة ، تظهر دوامة جاذبية كثيفة ، نوع من القمع ، حول الجسم. في الوقت نفسه ، يتغير مفهوم الوقت أيضًا. لا يزال العلماء ، من خلال الحسابات ، يميلون إلى استنتاج أن الثقوب السوداء ليست أجرامًا سماوية بالمعنى التقليدي. هذه في الحقيقة نوع من الثقوب ، الثقوب الدودية في الزمان والمكان ، قادرة على تغييرها وضغطها.

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

وفقًا لحسابات علماء الفلك ، مع مجال الجاذبية القوي الموجود داخل الثقوب السوداء ، لا يمكن لأي جسم أن يظل سالمًا. سوف يتمزق على الفور إلى مليارات القطع حتى قبل أن يدخل إلى الداخل. ومع ذلك ، هذا لا يستبعد إمكانية تبادل الجسيمات والمعلومات بمساعدتهم. وإذا كان للثقب الأسود كتلة لا تقل عن مليار ضعف كتلة الشمس (فائقة الكتلة) ، فمن الممكن نظريًا للأجسام أن تتحرك خلالها دون أن تتمزق بفعل الجاذبية.

بالطبع ، هذه مجرد نظريات ، لأن أبحاث العلماء لا تزال بعيدة جدًا عن فهم العمليات والإمكانيات التي تخفي الثقوب السوداء. من الممكن أن يحدث شيء مشابه في المستقبل.

حصل على هذا الاسم لأنه يمتص الضوء ، لكنه لا يعكسه مثل الأشياء الأخرى. في الواقع ، هناك العديد من الحقائق حول الثقوب السوداء ، واليوم سنتحدث عن بعض أكثرها إثارة للاهتمام. حتى وقت قريب نسبيًا ، كان يعتقد ذلك ثقب أسود في الفضاءيمتص كل ما هو قريب منه أو يطير به: الكوكب قمامة ، لكن العلماء بدأوا مؤخرًا في التأكيد على أنه بعد فترة "بصق" المحتويات مرة أخرى ، فقط في شكل مختلف تمامًا. إذا كنت مهتم الثقوب السوداء في الفضاء حقائق مثيرة للاهتمام سنتحدث عنها بمزيد من التفصيل اليوم.

هل هناك خطر على الأرض؟

هناك نوعان من الثقوب السوداء التي يمكن أن تمثل تهديد حقيقيكوكبنا ، لكن لحسن الحظ بالنسبة لنا ، هم بعيدون على مسافة حوالي 1600 سنة ضوئية. تمكن العلماء من اكتشاف هذه الأجسام فقط لأنها كانت قريبة النظام الشمسيوالأجهزة الخاصة التي تلتقط الأشعة السينيةتمكنوا من رؤيتهم. هناك افتراض بأن قوة الجاذبية الهائلة يمكن أن تؤثر على الثقوب السوداء بطريقة تندمج في ثقوب واحدة.

من غير المحتمل أن يتمكن أي من معاصريه من اللحاق بهذه اللحظة أشياء غامضةسوف تختفي. هكذا ببطء هي عملية موت الثقوب.

كان الثقب الأسود نجمًا في الماضي

كيف تتشكل الثقوب السوداء في الفضاء؟؟ النجوم لديها إمداد مثير للإعجاب من وقود الاندماج ، وهذا هو سبب توهجها اللامع. لكن كل الموارد تنفد ، والنجم يبرد ، ويفقد توهجه تدريجياً ويتحول إلى قزم أسود. من المعروف أن عملية الانضغاط تحدث في النجم البارد ، ونتيجة لذلك تنفجر ، وتنتشر جزيئاته على مسافات كبيرة في الفضاء ، وتجذب الأجسام المجاورة ، وبالتالي يزيد حجم الثقب الأسود.

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

يتدفق الوقت في الثقب الأسود نفسه وبالقرب منه ببطء شديد ، لذا فإن الأجسام التي تطير بالقرب منه تبطئ حركتها. السبب في كل شيء هو قوة الجاذبية الهائلة ، أكثر من ذلك حقيقة مذهلة، كل العمليات التي تحدث في الحفرة نفسها لها سرعة لا تصدق. افترض إذا لاحظنا كيف يبدو الثقب الأسود في الفضاء، كونه خارج حدود الكتلة المستهلكة بالكامل ، يبدو أن كل شيء لا يزال قائما. ومع ذلك ، بمجرد دخول الجسم ، سيتمزق في لحظة. اليوم يظهر لنا كيف يبدو الثقب الأسود في الفضاء؟على غرار برامج خاصة.

تعريف الثقب الأسود؟

الآن نحن نعرف من أين تأتي الثقوب السوداء في الفضاء؟. لكن ما الذي يميزهم أيضًا؟ إن القول بأن الثقب الأسود هو كوكب أو نجم هو أمر مستحيل بداهة ، لأن هذا الجسم ليس غازيًا ولا صلبًا. هذا كائن يمكن أن يشوه ليس فقط العرض والطول والارتفاع ، ولكن أيضًا الخط الزمني. وهو ما يتحدى تماما القوانين الفيزيائية. يجادل العلماء بأن الوقت في منطقة أفق الوحدة المكانية يمكن أن يتحرك للأمام وللخلف. ماذا يوجد في الثقب الأسود في الفضاءمن المستحيل أن نتخيل أن الكميات الخفيفة التي تسقط هناك تتضاعف عدة مرات بكتلة التفرد ، هذه العملية تزيد من قوة الجاذبية. لذلك ، إذا أخذت مصباحًا يدويًا معك وذهبت إلى ثقب أسود ، فلن يتوهج. التفرد هو النقطة التي يميل فيها كل شيء إلى اللانهاية.

إن بنية الثقب الأسود فريدة وأفق حدث. داخل التفرد ، تفقد النظريات الفيزيائية معناها تمامًا ، لذلك لا يزال لغزًا للعلماء. عند عبور الحدود (أفق الحدث) ، يفقد الكائن المادي القدرة على العودة. نحن نعلم بعيدًا عن كل شيء عن الثقوب السوداء في الفضاءلكن الاهتمام بها لا يتلاشى.

الثقوب السوداء هي واحدة من أكثر الأشياء المدهشة والمخيفة في نفس الوقت في كوننا. تنشأ في اللحظة التي ينفد فيها الوقود النووي للنجوم ذات الكتلة الهائلة. تتوقف التفاعلات النووية وتبدأ النجوم في البرودة. يتقلص جسم النجم تحت تأثير الجاذبية ويبدأ تدريجياً في جذب الأجسام الأصغر نحو نفسه ، ويتحول إلى ثقب أسود.

الدراسات الأولى

بدأ رواد العلم في دراسة الثقوب السوداء منذ وقت ليس ببعيد ، على الرغم من حقيقة أن المفاهيم الأساسية لوجودهم قد تطورت في القرن الماضي. تم تقديم مفهوم "الثقب الأسود" في عام 1967 من قبل ج. كل شيء داخل الثقب الأسود - الكويكبات والضوء والمذنبات التي يمتصها - اقترب مرة واحدة جدًا من حدود هذا كائن غامضوفشل في تركهم.

حدود الثقب الأسود

تسمى الحدود الأولى للثقب الأسود بالحد الثابت. هذه هي حدود المنطقة ، حيث لا يمكن لجسم غريب أن يظل في حالة سكون ويبدأ في الدوران بالنسبة إلى الثقب الأسود من أجل منعه من السقوط فيه. الحد الثاني يسمى أفق الحدث. تجاوز كل شيء داخل الثقب الأسود حدوده الخارجية وتحرك نحو نقطة التفرد. وفقًا للعلماء ، تتدفق المادة هنا إلى هذه النقطة المركزية ، والتي تميل كثافتها إلى قيمة اللانهاية. لا يستطيع الناس معرفة ما هي قوانين الفيزياء التي تعمل داخل أجسام بهذه الكثافة ، وبالتالي من المستحيل وصف خصائص هذا المكان. بالمعنى الحرفي للكلمة ، إنه "ثقب أسود" (أو ربما "فجوة") في معرفة الجنس البشري بالعالم من حوله.

هيكل الثقوب السوداء

أفق الحدث هو الحد المنيع للثقب الأسود. يوجد داخل هذا الحد منطقة لا يمكن للأشياء التي تساوي سرعة حركتها مع سرعة الضوء أن تتركها. حتى كميات الضوء نفسها لا يمكنها أن تترك أفق الحدث. في هذه المرحلة ، لا يمكن لأي جسم الهروب من الثقب الأسود. بحكم التعريف ، لا يمكننا معرفة ما بداخل الثقب الأسود - ففي النهاية يوجد ما يسمى بنقطة التفرد في أعماقها ، والتي تتشكل بسبب الانضغاط النهائي للمادة. بمجرد دخول كائن إلى أفق الحدث ، من تلك النقطة فصاعدًا ، لا يمكن أبدًا أن يخرج منه مرة أخرى ويصبح مرئيًا للمراقبين. من ناحية أخرى ، لا يستطيع أولئك الموجودون داخل الثقوب السوداء رؤية أي شيء يحدث في الخارج.

حجم أفق الحدث المحيط بهذا الجسم الكوني الغامض دائمًا ما يتناسب طرديًا مع كتلة الثقب نفسه. إذا تم مضاعفة كتلته ، فسيكون الحد الخارجي أيضًا ضعف حجمه. إذا تمكن العلماء من إيجاد طريقة لتحويل الأرض إلى ثقب أسود ، فسيكون عرض أفق الحدث 2 سم فقط.

الفئات الرئيسية

كقاعدة عامة ، متوسط ​​كتلة الثقوب السوداء يساوي تقريبًا ثلاث كتل شمسية أو أكثر. من بين نوعي الثقوب السوداء ، تتميز الثقوب النجمية والهائلة. تتجاوز كتلتها كتلة الشمس بمئات الآلاف من المرات. تتشكل النجوم بعد موت الأجرام السماوية الكبيرة. تظهر الثقوب السوداء ذات الكتلة العادية بعد الانتهاء دورة الحياةالنجوم الكبار. كلا النوعين من الثقوب السوداء ، على الرغم من اختلاف أصولهما ، لهما خصائص متشابهة. توجد الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات. يقترح العلماء أنها تشكلت أثناء تكوين المجرات بسبب اندماج النجوم المجاورة بشكل وثيق. ومع ذلك ، فهذه مجرد تخمينات ، ولم تؤكدها الحقائق.

ماذا يوجد داخل الثقب الأسود: التخمينات

يعتقد بعض علماء الرياضيات أنه يوجد داخل هذه الأشياء الغامضة في الكون ما يسمى بالثقوب الدودية - انتقالات إلى أكوان أخرى. بعبارة أخرى ، يقع نفق الزمكان عند نقطة التفرد. خدم هذا المفهوم العديد من الكتاب والمخرجين. ومع ذلك ، فإن الغالبية العظمى من علماء الفلك يعتقدون أنه لا توجد أنفاق بين الأكوان. ومع ذلك ، حتى لو كانت كذلك بالفعل ، فلا توجد طريقة لشخص يعرف ما بداخل الثقب الأسود.

هناك مفهوم آخر ، وفقًا لوجود ثقب أبيض في الطرف المقابل لمثل هذا النفق ، حيث تأتي كمية هائلة من الطاقة من كوننا إلى عالم آخر من خلال الثقوب السوداء. ومع ذلك ، في هذه المرحلة من تطور العلم والتكنولوجيا ، فإن السفر من هذا النوع غير وارد.

الارتباط بنظرية النسبية

الثقوب السوداء هي واحدة من أروع تنبؤات أ. أينشتاين. من المعروف أن قوة الجاذبية التي تنشأ على سطح أي كوكب تتناسب عكسًا مع مربع نصف قطره وتتناسب طرديًا مع كتلته. بالنسبة لهذا الجسم السماوي ، يمكنك تحديد مفهوم السرعة الكونية الثانية ، والتي تعد ضرورية للتغلب على قوة الجاذبية هذه. بالنسبة للأرض 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 وفقًا لنظرية النسبية ، لا يمكن لأي جسم أن يتحرك سرعة أكبرالضوء ، ثم يتشكل كائن لا يسمح لأي شيء بالخروج عن حدوده.

في عام 1963 ، اكتشف العلماء الكوازارات - وهي أجسام فضائية تمثل مصادر عملاقة للانبعاثات الراديوية. إنهم يقعون بعيدًا جدًا عن مجرتنا - يبعدهم عن الأرض مليارات السنين الضوئية. لشرح النشاط العالي للغاية للكوازارات ، قدم العلماء الفرضية القائلة بأن الثقوب السوداء تقع بداخلها. هذا الرأي مقبول الآن بشكل عام في الأوساط العلمية. الدراسات التي أجريت على مدار الخمسين عامًا الماضية لم تؤكد هذه الفرضية فحسب ، بل قادت العلماء أيضًا إلى استنتاج مفاده أن هناك ثقوبًا سوداء في مركز كل مجرة. يوجد أيضًا مثل هذا الجسم في مركز مجرتنا ، كتلته 4 ملايين كتلة شمسية. يسمى هذا الثقب الأسود القوس أ ، ولأنه أقرب ما يكون إلينا ، فهو الأكثر دراسة من قبل علماء الفلك.

إشعاع هوكينغ

هذا النوع من الإشعاع ، الذي اكتشفه الفيزيائي الشهير ستيفن هوكينج ، يعقد حياة العلماء المعاصرين إلى حد كبير - بسبب هذا الاكتشاف ، ظهرت العديد من الصعوبات في نظرية الثقوب السوداء. في الفيزياء الكلاسيكية يوجد مفهوم الفراغ. هذه الكلمة تدل على الفراغ الكامل وغياب المادة. ومع ذلك ، مع تطور فيزياء الكم ، تم تعديل مفهوم الفراغ. لقد وجد العلماء أنها مليئة بما يسمى بالجسيمات الافتراضية - تحت تأثير مجال قوي ، يمكن أن تتحول إلى جزيئات حقيقية. في عام 1974 ، وجد هوكينغ أن مثل هذه التحولات يمكن أن تحدث في مجال الجاذبية القوي لثقب أسود - بالقرب من حدوده الخارجية ، أفق الحدث. يتم إقران مثل هذا الولادة - يظهر جسيم وجسيم مضاد. كقاعدة عامة ، فإن الجسيم المضاد محكوم عليه بالسقوط في الثقب الأسود ، والجسيم يطير بعيدًا. نتيجة لذلك ، يلاحظ العلماء بعض الإشعاع حول هذه الأجسام الفضائية. يطلق عليه إشعاع هوكينغ.

خلال هذا الإشعاع ، تتبخر المادة الموجودة داخل الثقب الأسود ببطء. يفقد الثقب الكتلة ، بينما تتناسب كثافة الإشعاع عكسًا مع مربع كتلته. شدة إشعاع هوكينغ لا تذكر بالمعايير الكونية. إذا افترضنا أن هناك ثقبًا كتلته 10 شموس ، ولم يسقط عليه ضوء ولا أي أجسام مادية ، فحتى في هذه الحالة ، سيكون وقت تحللها طويلًا بشكل رهيب. ستتجاوز حياة مثل هذا الثقب العمر الكامل لكوننا بمقدار 65 مرتبة.

مسألة حفظ المعلومات

من المشاكل الرئيسية التي ظهرت بعد اكتشاف إشعاع هوكينغ مشكلة فقدان المعلومات. إنه مرتبط بسؤال يبدو بسيطًا جدًا للوهلة الأولى: ماذا يحدث عندما يتبخر الثقب الأسود تمامًا؟ كلا النظريات فيزياء الكم، والكلاسيكية - التعامل مع وصف حالة النظام. الحصول على معلومات حول الحالة الأولية للنظام ، بمساعدة النظرية ، من الممكن وصف كيف سيتغير.

في الوقت نفسه ، في عملية التطور ، لا تضيع المعلومات حول الحالة الأولية - يعمل نوع من القانون الخاص بحفظ المعلومات. ولكن إذا تبخر الثقب الأسود تمامًا ، فإن المراقب يفقد المعلومات حول ذلك الجزء من العالم المادي الذي سقط ذات مرة في الثقب. يعتقد ستيفن هوكينج أن المعلومات حول الحالة الأولية للنظام تمت استعادتها بطريقة ما بعد أن يتبخر الثقب الأسود تمامًا. لكن الصعوبة تكمن في حقيقة أنه ، بالتعريف ، فإن نقل المعلومات من الثقب الأسود أمر مستحيل - فلا شيء يمكن أن يترك أفق الحدث.

ماذا يحدث إذا وقعت في ثقب أسود؟

يُعتقد أنه إذا تمكن شخص ما بطريقة لا تصدق من الوصول إلى سطح الثقب الأسود ، فسيبدأ على الفور في جره في اتجاه نفسه. في النهاية ، سوف يتمدد الشخص كثيرًا بحيث يصبح تيارًا من الجسيمات دون الذرية تتحرك نحو نقطة التفرد. بالطبع ، من المستحيل إثبات هذه الفرضية ، لأنه من غير المرجح أن يعرف العلماء ما يحدث داخل الثقوب السوداء. الآن يقول بعض الفيزيائيين أنه إذا سقط شخص ما في ثقب أسود ، فسيكون لديه استنساخ. سيتم تدمير أول نسخه على الفور بواسطة تيار من الجسيمات الساخنة لإشعاع هوكينغ ، والثاني سيمر عبر أفق الحدث دون إمكانية العودة مرة أخرى.