تبلیغات
شناکردن خلاف جهت - سیاهچاله چیست؟
 
شناکردن خلاف جهت
متعهد بمان به این لعنت / به شنا کردن خلاف جهت
جمعه 1390/08/6 :: نویسنده : رضا شیرخانی       

سیاهچاله چیست؟

سیاهچاله ناحیه ای از فضاست كه مقدار بسیار زیادی جرم در آن تمركز یافته و هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه آن خارج شود. از آنجا كه بهترین تئوری جاذبه در حال حاضر تئوری نسبیت عام انیشتن است، در مورد سیاهچاله و جزئیاتش باید طبق این تئوری تحقیق و نتیجه گیری كنیم

سیاهچاله چیست؟

سیاهچاله ناحیه ای از فضاست كه مقدار بسیار زیادی جرم در آن تمركز یافته و هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه آن خارج شود. از آنجا كه بهترین تئوری جاذبه در حال حاضر تئوری نسبیت عام انیشتن است، در مورد سیاهچاله و جزئیاتش باید طبق این تئوری تحقیق و نتیجه گیری كنیم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرایط ساده تر آغاز می كنیم. فرض كنید روی سطح یك سیاره ایستاده اید. یك سنگ را به سمت بالا پرتاب می كنید. با فرض اینكه آن را خیلی خیلی محكم پرتاب نكرده باشید برای مدتی به سمت بالا حركت می كند و نهایتاً شتاب جاذبه باعث می شود به پایین سقوط كند. اما اگر سنگ را به اندازه ی لازم محكم پرتاب كرده باشید می توانید آن را به كل از جاذبه سیاره خارج كنید. در این حالت سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتی كه لازم است تا یك شیء را از جاذبه ی سیاره خارج كند، سرعت فرار یا سرعت گریز نام دارد.

 

همانطور كه انتظار می رود سرعت فرار به جرم سیاره بستگی دارد. اگر سیاره ای جرم زیادی داشته باشد كشش جاذبه آن زیاد خواهد بود و نتیجتةً سرعت فرار آن بیشتر خواهد شد. سیاره سبكتر سرعت فرار كمتری خواهد داشت. سرعت فرار در زمین Km/s 11.2 یا  25000 m/h  است. در حالی كه سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 یا m/h 5300 است.  حال یك جرم بسیار زیاد را كه در یك ناحیه با شعاع بسیار كوچك تمركز یافته تصور كنید. سرعت فرار چنین ناحیه ای از سرعت نور بیشتر خواهد بود و چون هیچ شیئی نمی تواند سریعتر از نور سیر كند پس هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه چنین ناحیه ای خارج شود ، حتی یك دسته پرتو نور.

 

ایده تفكر در مورد جرمی چنان چگال كه حتی نور نیز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقریباً بلافاصله پس از بیان نظریه نسبیت عام توسط انیشتین ، كارل شوارتز شیلد یك راه حل ریاضی برای معادلات تئوری این اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصی چون اُپنهایمر و ولكف واشنایدر در دهه 1930 به طور جدی درباره امكان وجود چنین نواحی در عالم به تحقیق پرداختند. این پژوهشگران نشان دادند، هنگامی كه محتویات سوخت یك ستاره پرجرم به پایان می رسد، نمی تواند در مقابل جاذبه درونی خود مقاومت كند و به صورت یك سیاهچاله در خود فرو می ریزد. در نسبیت عام جاذبه از عوامل انحراف فضای 4 بعدی است. اشیاء بسیار پرجرم باعث انحرافات محورهای زمان و فضا می شوند در حدی كه قوانین هندسی اعتبار خود را از دست می دهند و به كار نمی آیند. این انحراف در اطراف یك سیاهچاله بسیار چشمگیر است و باعث می شود كه سیاهچاله ها خصوصیات عجیبی داشته باشند.

 

هر سیاهچاله چیزی به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحی كروی است و مرز سیاهچاله را مشخص می كند. شما می توانید وارد این افق شوید اما نمی توانید از آن رهایی یابید. در حقیقت وقتی وارد افق شدید محكوم به نزدیك و نزدیك تر شدن  به مركز سیاهچاله هستید. درباره افق می توان این تصور را داشت كه افق جایی است كه در آن سرعت گریز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گریز كمتر از سرعت نور است. بنا بر این در صورتی كه راكت های شما به اندازه كافی انرژی داشته باشند می توانید از افق دور شوید اما وقتی وارد افق شدید راهی برای خروج ندارید. افق خصوصیات هندسی عجیبی دارد، برای یك ناظر كه فاصله زیادی از سیاهچاله دارد، افق جای خوبی به نظر می رسد كه كروی و ساكن است. اما در صورتیكه به سیاهچاله نزدیك شوید متوجه خواهید شد  افق با سرعت بسیار زیاد و یا در حقیقت با سرعت نور به سمت بیرون در حركت است. چون افق با سرعت نور به سمت بیرون گسترش می یابد، پس برای خروج از افق باید سرعتی بیش از سرعت نور داشته باشیم. و چون می دانیم كه نمی توانیم با سرعتی بیش از سرعت نور سیر كنیم پس هیچ گاه نخواهیم توانست از سیاهچاله فرار كنیم.

افق رویداد

افق از جهتی ثابت و از جهتی نا پایستار است. این مطلب تا حدی شبیه به داستان آلیس در سرزمین عجایب است. او باید تا جایی كه می توانست سریع حركت می كرد تا می توانست در یك جا بماند. در درون افق فضا در حدی منحرف می شود كه مختصات طول و زمان جایشان عوض می شود به این معنی كه مختص نشان دهنده فاصله از مركز سیاهچاله كه r نام دارد، یك مختص زمانی و t یك مختص فضایی می شود. نتیجه این جابجایی این است كه نمی شود از كوچك شدن لحظه به لحظه r جلوگیری كرد، مشابه شرایط معمولی كه از رسیدن به آینده گریزی نیست (یعنی به طور معمول t در حال افزایش است) در نهایت باید به مركز جایی كه r = 0 است برسیم. ممكن است فكر كنید با روشن كردن راكت ها می توان از افق خارج شد، اما این كار نیز بیهوده است. از هر ماده ای كه استفاده كنید، نمی توانید از آینده خود گریزی داشته باشید. پس از وارد شدن به افق، تلاش برای دور شدن از مركز سیاهچاله درست مثل تلاش برای نرسیدن به پنجشنبه آینده است. نام سیاهچاله را برای اولین بار جان آرچیبالد ویلر پیشنهاد داد كه نام مناسبی به نظر می رسید، چون از نام های پیشنهادی قبل از خودش جذاب تر بود. پیش از ویلر از این نواحی با عنوان ستاره های منجمد یاد می شد.

در مقاله ی بعدی راجع به اندازه ی سیاهچاله ها سخن  گفته خواهد شد.

                                                                                                 تهیه: محمد درخشانی

                                                                                         ویرایش و تصحیح علمی: بخش نجوم تبیان

 

 

سیاهچاله چه اندازه ای دارد؟

ما از کلمه ی اندازه دو معنی می توانیم داشته باشیم: در اولین جنبه می گوییم این جسم چه اندازه جرم دارد و در جنبه دیگر می گوییم چه اندازه حجم دارد. ابتدا درباره جرم سیاهچاله بحث می كنیم.

برای میزان جرم یك سیاهچاله محدودیتی وجود ندارد. هر مقدار جرمی درصورتی كه به اندازه كافی چگال باشد می تواند سیاهچاله تشكیل دهد. حدس می زنیم كه سیاهچاله های موجود، از مرگ ستارگانِ پرجرم تشكیل یافته اند، بنا بر این باید به همان اندازه جرم داشته باشند. به عنوان نمونه جرم یك سیاهچاله در حدود 10 برابر جرم خورشید است، یعنی جرمی معادل 1031  كیلوگرم. هر چه جرم سیاهچاله بیشتر باشد فضای بیشتر اشغال خواهد كرد. در حقیقت شعاع شوارتز شیلد (شعاع افق) با جرم نسبت مستقیم دارد. اگر سیاهچاله ای 10 برابر یك سیاهچاله دیگر جرم داشته باشد، شعاعش نیز 10 برابر دیگری خواهد بود. شعاع افق سیاهچاله ای هم جرم خورشید 3 كیلومتر است. بنا بر این، اگر سیاهچاله ای 10 برابر خورشید جرم داشته باشد شعاع افقش 30 كیلومتر خواهد بود و سیاهچاله ای كه در مركز یك كهكشان با جرم یك میلیون برابر خورشید، 3 میلیون كیلومتر شعاع خواهد داشت. ممكن است این مقدار شعاع افق رویداد زیاد به نظر برسد ولی با استانداردهای نجومی خیلی هم عجیب نیست. به عنوان مثال شعاع خورشید 700000 كیلومتر است و یك سیاهچاله بسیار بسیار سنگین شعاعی فقط در حدود 4 برابر خورشید دارد.

 

خواص سیاهچاله

خواص سیاهچاله ها بسیار عجیب است. زمان و مکان خصوصیات خود را در درون ستاره کاملاً فرو پاشیده رد و بدل می کنند!! قوانین طبیعی شکسته می شوند! هر شیء در شرایط عادی اندازه خود را نگه می دارد ولی نمی تواند از عمر فیزیکی بگریزد. سیاهچاله ها مداماً کوچکتر می شوند. مشاهده گران نمی توانند واقعاً آن را ببیند، زیرا نور مانند شکلهای دیگر انرژی، تحت تاثیر مکش حفره سیاه است.  اما چرا پدیده های درون سیاهچاله ها قابل مشاهده نیست؟ علت آن است که وقتی ستاره به سیاهچاله تبدیل می شود، نسبت به ناظران خارج، بی درنگ گذشت زمان در آن متوقف می شود! به عقیده دکتر ویلر و دکتر روفینی: علائم و اطلاعات مربوط به مرحله های بعدی فرو پاشی هرگز نمی گریزند، بلکه در فرو پاشی هندسه ی «زمانی و مکانی» درگیر می شوند.

                                 سیاهچاله‌ها چگونه بوجود می‌آیند؟

سیاهچاله ها و ستارگان نوترونی، ستارگانی هستند که بینهایت فشرده شده اند. در واقع اتمها و الکترونها و پروتونها و نوترونها در داخل هم فرو ریخته اند، در نتیجه کاملا فشرده شده اند.

ستارگان بینهایت میل دارند که فشرده شوند، ولی نیرو و انرژی هسته ای در مرکز آنها از فشرده شدن آنها جلوگیری می کند. و زمانی که انرژی هسته  در مرکز یک ستاره متوقف شود، دیگر چیزی نیست که جلوی فشرده شدن ستاره بر اثر گرانش را بگیرد، و ستاره تا جایی که بتواند فشرده می شود. هر چقدر جرم ستاره بیشتر باشد، بیشتر فشرده می شود. تا زمانی که الکترون ها و پروتونها در درون همدیگر فرومی ریزند و به نوترون تبدیل می شوند. در نتیجه یک ستاره ی نوترونی تشکیل می شود. ولی اگر جرم ستاره آنقدر زیاد باشد که نوترونها هم نتوانند جلوی فشرده شدنش را بگیرند، درنتیجه نوترونها هم، در هم خرد می شوند، و ستاره بینهایت فشرده می شود. معلوم نیست که این فشرگی تا کجا ادامه می یابد، ما دیگر چیزی را نمی شناسیم که بتواند جلوی آن را بگیرد!

انحنای فضا توسط یک سیاهچاله

هر چه ستاره‌های نوترونی پر جرم تر باشند کشش جاذبه‌ای سطحی آنها نیز بیشتر خواهد بود. در سال 1939 اوپنهایمر فکر کرد که نوترونها نمی‌توانند در برابر همه چیز مقاومت کنند. به نظر او اگر یک ستاره ی در حال فشرده شدن، بزرگتر از 2.3 برابر اندازه خورشید بود، آنگاه نه تنها الکترونها بلکه نوترونهای آن نیز در هم می‌شکست. همچنین باید بدانیم که وقتی نوترونها در هم شکستند، دیگر هیچ چیز مطلقاً وجود ندارد که از فشرده شدن ستاره جلوگیری کند. اگر شما خود را روی سطح یک توده در حال فشردن تصور کنید، آنگاه شما با فشردن آن جسم، به مرکز آن نزدیکتر و نزدیکتر خواهید شد. و بنابراین نیروی جاذبه بیشتر وبیشتری را حس خواهید کرد. تا هنگامی که ستاره به مرحله کوتوله سفید برسد، شما بیش از 1.016 تن وزن پیدا خواهید کرد! وقتی که ستاره به فشردن ادامه داد و از مرحله ستاره نوترونی هم گذشت و بطور کامل «تکینه» شد، وزن شما از 15000 میلیون تن بیشتر و بیشتر خواهد شد. اگر سیاهچاله به اندازه کافی به ما نزدیک بود، می‌توانستیم نیروی جاذبه  را حس کنیم!!

                                                                                                                     تهیه: محمد درخشانی

                                                                                                                   ویرایش و تصحیح علمی: بخش نجوم

 

 

3- نتایج تحقیقات هاوکینگ در مورد سیاهچاله ها

سیاهچاله‌ها می‌توانند جرم از دست بدهند!

انرژی در شعاع شوارتز شیلد ستاره به ذرات ماده تبدیل می‌شود، ممکن است این ذرات به فضای بیرون بگریزند و از این طریق مقداری ازمواد تشکیل دهنده سیاهچاله‌های بزرگ که به اندازه یک ستاره وزن دارند، از سیاهچاله بیرون بروند. چنین سیاهچاله ای برای تبخیر همه مواد تشکیل دهنده‌اش میلیونها میلیون سال وقت لازم است. درحالی که در این مدت خیلی بیشتر از این مقدار ماده به آن اضافه می‌شود، بنابراین هیچگاه از طریق تبخیر جرم آن کاسته نمی‌شود. هر چه سیاهچاله کوچکتر باشد سرعت تبخیر آن بیشتر است یک سیاهچاله کوچک واقعی باید بیشتر از مقدار ماده‌ای که به خود جذب می‌کند وزن از دست بدهد. بنابراین سیاهچاله کوچک باید بوسیله تبخیر کوچکتر و کوچکتر شود و بالاخره هنگامی که دیگر خیلی خیلی کوچک شد یک مرتبه تبخیر آن حالت انفجاری به خود گرفته و تشعشعاتی حتی با انرژی یشتر از اشعه ایکس منتشر کند. اشعه ی منتشر شده از این طریق اشعه گاما خواهد بود.سیاهچاله‌های کوچکی که 15 میلیارد سال پیش هنگام نخستین انفجار بزرگ جهان ایجاد شده‌اند، اکنون ممکن است در حال ناپدید شدن باشند هاوکینگ اندازه اولیه آنها و نوع اشعه گامایی را نیز که هنگام انفجار تولید می‌کنند، حساب کرد.

 

انواع سیاهچاله

شوارتس شیلد

ساده ترین نوع سیاهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها یک افق رویداد و یک فوتون کره دارد، از آن نمی توان انرژی استخراج کرد. شامل تکینگی ، نقطه‌ای است که در آن ماده تا چگالی نامحدود در هم فرو رفته است.

رایزنر- نورد شتروم

هم بار دارد وهم چرخش ، می تواند دو افق رویداد داشته باشد ، اما تنها یک فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی نقطه ای است که وجود آن در طبیعت نامحتمل است، زیرا بارهای آن همدیگر را خنثی می کنند

ارگوسفراست

چرخش دارد، اما بار ندارد. بیضی و از بیرونی حد استاتیک است. منطقه تیره میان افق رویداد و حد استاتیک ، که می توان از آن انرژی استخراج کرد. می تواند دو افق رویداد و دو حد استاتیک داشته باشد. دو فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی حلقه‌ای است.

کر- نیومان

هم باردارد و هم چرخش ، ساختارش شبیه ساختار سیاهچاله کر است. می‌توان از آن  انرژی استخراج کرد. یک تکنیگی حلقه‌ای دارد به نظر پژوهشگران چهارنوع سیاهچاله همچنانکه ذکر شد می تواند وجود داشته باشند.

مهمترین موضوع در باب سیاه چاله آنست که ، بدانیم ماده در داخل سیاهچاله‌ای که حاصل آمده است در نهایت به چه  سرنوشتی دچار می شود؟ اختر فیزیکدانان می‌گویند اگر مقداری ماده به داخل حفره سیاه از قبیل آنچه که از یک ستاره وزین مرده بجای مانده بیندازید، نتیجه نهایی همواره الزاماً یک چیز خواهد بود و تنها جرم ، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای که جسم با خود حمل می کند باقی خواهند ماند. اما اگر کل جهان به داخل حفره سیاه خود بیفتد، یعنی به شکل سیاهچاله در آید، دیگر حتی جرم ، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای نیز ناپدید می گردند.





نوع مطلب : مقالات، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
سه شنبه 1396/05/24 12:29
I just like the helpful information you supply
for your articles. I'll bookmark your blog and test once more
here frequently. I am fairly sure I will be informed
a lot of new stuff right here! Good luck for the following!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر


 
درباره وبلاگ

این چه حرفی است که در عالم بالاست بهشت
هر کجا وقــت خوش افتد همان جــاست بهشت
دوزخ از تــــــیــــــرگی بـــــخــــت درون تـــــــو بود
گــر درون تـیــره نــباشــد همه دنیاســت بهشت

دوستان عزیزی که از وبلاگ دیدن میکنید، با نظر دادن مارا در بهتر اداره کردن این وبلاگ یاری کنید. منتظر نظرات شما هستیم

با تشکر و آرزوی بهترین ها برای شما
مدیر وبلاگ : رضا شیرخانی
نویسندگان
جستجو

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 :
دریافت همین آهنگ

كد ماوس






فال حافظ


داستان روزانه

Flying Icon
هاست لینوکس