أنهينا الجزء السابق من موضوع (الثقوب السوداء) بأن المادة التي تقترب من الثقب الأسود تشكل ما يسمى بقرص النمو حول الثقب وتزيد من اتساع حجمه, وكلما اقتربت المادة من الثقب كلما أسرعت في حركة دورانها حوله.
هناك كميات هائلة من الطاقة الحركية في قرص النمو، مما دفع بعض علماء الفيزياء إلى التكهن بما إذا كان من الممكن استخراج أجزاء من تلك الطاقة الطاقة وبالتالي استخدام الثقب الأسود كنوع من المحركات.
كان الفيزيائي روجر بنروز هو الأول مع الفكرة في عام 1971. كانت فكرته تقوم على أساس أنه إذا قمنا برمي الكثير من المادة باتجاه ثقب أسود دوار بطريقة بحيث يتم قذف أجزاء منها خارج باتجاهنا، فسيكون لديها طاقة أكثر مما كانت عليه منذ البداية.
ان مصدر تلك الطاقة هو الغلاف الجوي خارج أفق الحدث, وتلك العملية ستقلل من دوران الثقب الأسود. من حيث المبدأ ، هذا يعني أنه يمكن استخراج كميات هائلة من الطاقة من الثقوب السوداء.
إن فكرة روجر بنروز هي مجرد تجربة فكرية وليست حلا عمليا لأزمة الطاقة في عصرنا ، لكن أفكاره تلك لفتت انتباه علماء الفيزياء الآخرين الى النظر عن كثب في ديناميكيا المادة التي تدور حول قرص النمو بالقرب من الثقب الأسود.
المادة الأقرب إلى الثقب لها سرعة أعلى من تلك التي تتحرك في مسارات أبعد من الثقب. ان الفرق في السرعة يعني حدوث احتكاك ما ، مما يبطئ السرعة قليلا على المادة الابعد ويزيدها على المادة الأقرب للثقب . في الوقت نفسه ، تتطور الطاقة الحرارية نتيجة الاحتكاك ، وينبعث منها بعض الاشعة.
إذا كان للثقب الأسود دوران سريع جدا ، فان المادة في قاع الغلاف الجوي تصبح ساخنة جدا لدرجة أنها تصدر أشعة سينية تعادل درجات حرارة تصل إلى عشرة ملايين درجة. حتى الان لا نعرف أي عملية أخرى في هذا الكون يمكن ان تحول الكتلة إلى طاقة بطريقة فعالة كتلك العملية.
يتم تحويل الكتلة إلى طاقة وفقا لمعادلة آينشتاين الشهيرة E = mc2 ، حيث تمثل E الطاقة ، m للكتلة و c هي سرعة الضوء. في الواقع ، تظهر الحسابات أنه يمكن تحويل ما يصل إلى 42 بالمائة من المادة بالقرب من الثقب الأسود إلى طاقة.
في الوقت نفسه ، فإن العملية هي القوة الدافعة وراء واحدة من أكثر الظواهر المذهلة التي يمكننا ملاحظتها في الكون: الكويزار (Quasar), وهي اقوى مصادر الطاقة المستدامة التي نعرفها حتى يومنا هذا. اذ تنبعث منها إشعاعات قوية في جميع أنحاء الطيف الكهرومغناطيسي ، أي من الإشعاع الراديوي طويل الموجة مرورا بالضوء المرئي وانتهاءا إلى الأشعة السينية قصيرة الموجة.
Quasar
تنشأ الكويزار, والتي تسمى أيضا بالنجوم الزائفة, من خلال ثقوب سوداء كبيرة في مركز المجرات البعيدة عن مجرتنا درب التبانة وتقوم باستهلاك كميات ضخمة من المادة.
بفضل التلسكوبات الراديوية الكبيرة على الأرض والأقمار الصناعية مثل شاندرا ، التي تجري قياسات في منطقة الأشعة السينية ، تم منح الفلكيين في العقود الأخيرة فرصا أفضل لدراسة الهياكل حول الكويزرات.
من المنطقة القريبة من الثقب الأسود للكويزار يخرج شعاعان قويان من البلازما الغنية بالطاقة ، أي الجسيمات المشحونة الأصغر من الذرة ، يمكن أن يكون لديهما سرعات تقترب من سرعة الضوء وتصل إلى آلاف السنين الضوئية في الفضاء.
تندفع الاشعة من الحافة الداخلية لقرص النمو ، وتكون بشكل عمودي في كل اتجاه. إنه نفس الهيكل الذي يمكن أن يراه علماء الفلك في ما يسمى بالكويزرات الصغيرة التي هي أقرب إلينا نوعا ما، في الواقع هي مبعثرة داخل مجرتنا.
يحتوي الثقب الأسود في الكويزار الصغير على كتلة تعادل مجموعة من الكتل الشمسية ، وعادة ما يتم إنشاؤها بواسطة نجم منهار. وبالمقارنة ، يمكن أن يكون للكويزار الحقيقي ثقب أسود بكتلة أكبر بمئات الملايين من المرات.
غيرت دراسة الكويزارات الصغيرة الصورة التقليدية للثقب الأسود بأنه سماوي يلتهم كل شيء في جواره. اذ يعتقد علماء الفيزياء اليوم أن جزءا صغيرا فقط من المادة المسحوبة في الثقب الأسود يتم التهامها بالفعل, في نسبة قد تتعدى العشرة بالمائة بقليل.
وهناك إجماع على أن نسبة كبيرة جدا من المادة لا يمكن أن تتخلف عن أفق الحدث ما لم يتم التخلص منها من قرص النمو أو طردها على شكل بلازما في الأشعة القوية.
ان الثقب الأسود قد يكون كبيرا لكن ليس بالضرورة ان ينتهي به المطاف الى كويزار. ينطبق هذا ، على سبيل المثال ، على الثقب الأسود في منتصف درب التبانة. فمن خلال دراسة مدار عدد من النجوم القريبة نسبيا من مركز درب التبانة ، يمكن للمرء حساب كتلة الثقب.
تفترض الحسابات اننا نعرف ما يسمى بالنوع الطيفي للنجوم وبالتالي نعرف كتلتها. وإذا كنا تعرف أيضا حجم مدارات النجوم ومداراتها ، فمن السهل جدا الوصول إلى نتيجة. قامت المجموعات البحثية المستقلة بتلك الحسابات في مناسبات عديدة ، لذلك نحن على يقين اليوم إلى حد ما أن الثقب الأسود في مركز درب التبانة يزيد قليلا عن أربعة ملايين مرة مثل الشمس.
لا يتم إنشاء الثقب الأسود في وسط درب التبانة ولا الثقوب السوداء التي نراها ككويزارات في مراكز المجرات البعيدة عن طريق انهيار النجوم. يعتقد علماء الفيزياء أن هذه الثقوب السوداء الفائقة الثقل قد تشكلت في نفس الوقت الذي تشكلت فيه المجرات من حولهم. وهذا يعني أن الثقوب السوداء ليست مجرد ظواهر مذهلة في العصر الكوني الذي نعيش فيه الآن ، ولكنها أيضا كانت قوة دافعة وراء تطور الكون كما نعرفه اليوم.
هناك فرق كبير في مدى نشاط الثقوب السوداء في مراكز المجرات. الثقب الأسود في منتصف درب التبانة هادئ نسبيًا. ريما يجذب اليه من المواد ما يعادل حوالي 300 كرة أرضية في السنة.
لا نعرف ما يحدث للمواد التي ابتلعها الثقب الأسود لأنه حتى الضوء , الذي عادة ما يكون حاملا لجميع المعلومات, لا يمكن أن يخرج منه. لذلك فنحن لا نعرف ما هي المواد التي تشكل منها الثقب الأسود في الأصل.
الشيء الوحيد الذي نعرفه عن الثقب الأسود هو كتلته ودورانه. و
قد عبر الفيزيائي الأمريكي جون ويلر عن ذلك بقوله "الثقوب السوداء ليس لها شعر". وخلف هذه الكلمات تكمن الملاحظة في أنه عندما نريد ان نتفحص شخصا ما ، فإن الشعر فقط يمكنه أن يقول الكثير عن ذلك الشخص.
يمكن أن يقول اللون والملمس شيئا عن عمر الشخص وأصله العرقي ، وتصفيفة الشعر تقول شيئا عن جنس الشخص وثقافته وما إلى ذلك.
بينما الثقوب السوداء تخفي جميع المعلومات حول أصلها ومحتواها وتاريخها.
هناك كميات هائلة من الطاقة الحركية في قرص النمو، مما دفع بعض علماء الفيزياء إلى التكهن بما إذا كان من الممكن استخراج أجزاء من تلك الطاقة الطاقة وبالتالي استخدام الثقب الأسود كنوع من المحركات.
كان الفيزيائي روجر بنروز هو الأول مع الفكرة في عام 1971. كانت فكرته تقوم على أساس أنه إذا قمنا برمي الكثير من المادة باتجاه ثقب أسود دوار بطريقة بحيث يتم قذف أجزاء منها خارج باتجاهنا، فسيكون لديها طاقة أكثر مما كانت عليه منذ البداية.
ان مصدر تلك الطاقة هو الغلاف الجوي خارج أفق الحدث, وتلك العملية ستقلل من دوران الثقب الأسود. من حيث المبدأ ، هذا يعني أنه يمكن استخراج كميات هائلة من الطاقة من الثقوب السوداء.
إن فكرة روجر بنروز هي مجرد تجربة فكرية وليست حلا عمليا لأزمة الطاقة في عصرنا ، لكن أفكاره تلك لفتت انتباه علماء الفيزياء الآخرين الى النظر عن كثب في ديناميكيا المادة التي تدور حول قرص النمو بالقرب من الثقب الأسود.
المادة الأقرب إلى الثقب لها سرعة أعلى من تلك التي تتحرك في مسارات أبعد من الثقب. ان الفرق في السرعة يعني حدوث احتكاك ما ، مما يبطئ السرعة قليلا على المادة الابعد ويزيدها على المادة الأقرب للثقب . في الوقت نفسه ، تتطور الطاقة الحرارية نتيجة الاحتكاك ، وينبعث منها بعض الاشعة.
إذا كان للثقب الأسود دوران سريع جدا ، فان المادة في قاع الغلاف الجوي تصبح ساخنة جدا لدرجة أنها تصدر أشعة سينية تعادل درجات حرارة تصل إلى عشرة ملايين درجة. حتى الان لا نعرف أي عملية أخرى في هذا الكون يمكن ان تحول الكتلة إلى طاقة بطريقة فعالة كتلك العملية.
يتم تحويل الكتلة إلى طاقة وفقا لمعادلة آينشتاين الشهيرة E = mc2 ، حيث تمثل E الطاقة ، m للكتلة و c هي سرعة الضوء. في الواقع ، تظهر الحسابات أنه يمكن تحويل ما يصل إلى 42 بالمائة من المادة بالقرب من الثقب الأسود إلى طاقة.
في الوقت نفسه ، فإن العملية هي القوة الدافعة وراء واحدة من أكثر الظواهر المذهلة التي يمكننا ملاحظتها في الكون: الكويزار (Quasar), وهي اقوى مصادر الطاقة المستدامة التي نعرفها حتى يومنا هذا. اذ تنبعث منها إشعاعات قوية في جميع أنحاء الطيف الكهرومغناطيسي ، أي من الإشعاع الراديوي طويل الموجة مرورا بالضوء المرئي وانتهاءا إلى الأشعة السينية قصيرة الموجة.
Quasar
تنشأ الكويزار, والتي تسمى أيضا بالنجوم الزائفة, من خلال ثقوب سوداء كبيرة في مركز المجرات البعيدة عن مجرتنا درب التبانة وتقوم باستهلاك كميات ضخمة من المادة.
بفضل التلسكوبات الراديوية الكبيرة على الأرض والأقمار الصناعية مثل شاندرا ، التي تجري قياسات في منطقة الأشعة السينية ، تم منح الفلكيين في العقود الأخيرة فرصا أفضل لدراسة الهياكل حول الكويزرات.
من المنطقة القريبة من الثقب الأسود للكويزار يخرج شعاعان قويان من البلازما الغنية بالطاقة ، أي الجسيمات المشحونة الأصغر من الذرة ، يمكن أن يكون لديهما سرعات تقترب من سرعة الضوء وتصل إلى آلاف السنين الضوئية في الفضاء.
تندفع الاشعة من الحافة الداخلية لقرص النمو ، وتكون بشكل عمودي في كل اتجاه. إنه نفس الهيكل الذي يمكن أن يراه علماء الفلك في ما يسمى بالكويزرات الصغيرة التي هي أقرب إلينا نوعا ما، في الواقع هي مبعثرة داخل مجرتنا.
يحتوي الثقب الأسود في الكويزار الصغير على كتلة تعادل مجموعة من الكتل الشمسية ، وعادة ما يتم إنشاؤها بواسطة نجم منهار. وبالمقارنة ، يمكن أن يكون للكويزار الحقيقي ثقب أسود بكتلة أكبر بمئات الملايين من المرات.
غيرت دراسة الكويزارات الصغيرة الصورة التقليدية للثقب الأسود بأنه سماوي يلتهم كل شيء في جواره. اذ يعتقد علماء الفيزياء اليوم أن جزءا صغيرا فقط من المادة المسحوبة في الثقب الأسود يتم التهامها بالفعل, في نسبة قد تتعدى العشرة بالمائة بقليل.
وهناك إجماع على أن نسبة كبيرة جدا من المادة لا يمكن أن تتخلف عن أفق الحدث ما لم يتم التخلص منها من قرص النمو أو طردها على شكل بلازما في الأشعة القوية.
ان الثقب الأسود قد يكون كبيرا لكن ليس بالضرورة ان ينتهي به المطاف الى كويزار. ينطبق هذا ، على سبيل المثال ، على الثقب الأسود في منتصف درب التبانة. فمن خلال دراسة مدار عدد من النجوم القريبة نسبيا من مركز درب التبانة ، يمكن للمرء حساب كتلة الثقب.
تفترض الحسابات اننا نعرف ما يسمى بالنوع الطيفي للنجوم وبالتالي نعرف كتلتها. وإذا كنا تعرف أيضا حجم مدارات النجوم ومداراتها ، فمن السهل جدا الوصول إلى نتيجة. قامت المجموعات البحثية المستقلة بتلك الحسابات في مناسبات عديدة ، لذلك نحن على يقين اليوم إلى حد ما أن الثقب الأسود في مركز درب التبانة يزيد قليلا عن أربعة ملايين مرة مثل الشمس.
لا يتم إنشاء الثقب الأسود في وسط درب التبانة ولا الثقوب السوداء التي نراها ككويزارات في مراكز المجرات البعيدة عن طريق انهيار النجوم. يعتقد علماء الفيزياء أن هذه الثقوب السوداء الفائقة الثقل قد تشكلت في نفس الوقت الذي تشكلت فيه المجرات من حولهم. وهذا يعني أن الثقوب السوداء ليست مجرد ظواهر مذهلة في العصر الكوني الذي نعيش فيه الآن ، ولكنها أيضا كانت قوة دافعة وراء تطور الكون كما نعرفه اليوم.
هناك فرق كبير في مدى نشاط الثقوب السوداء في مراكز المجرات. الثقب الأسود في منتصف درب التبانة هادئ نسبيًا. ريما يجذب اليه من المواد ما يعادل حوالي 300 كرة أرضية في السنة.
لا نعرف ما يحدث للمواد التي ابتلعها الثقب الأسود لأنه حتى الضوء , الذي عادة ما يكون حاملا لجميع المعلومات, لا يمكن أن يخرج منه. لذلك فنحن لا نعرف ما هي المواد التي تشكل منها الثقب الأسود في الأصل.
الشيء الوحيد الذي نعرفه عن الثقب الأسود هو كتلته ودورانه. و
قد عبر الفيزيائي الأمريكي جون ويلر عن ذلك بقوله "الثقوب السوداء ليس لها شعر". وخلف هذه الكلمات تكمن الملاحظة في أنه عندما نريد ان نتفحص شخصا ما ، فإن الشعر فقط يمكنه أن يقول الكثير عن ذلك الشخص.
يمكن أن يقول اللون والملمس شيئا عن عمر الشخص وأصله العرقي ، وتصفيفة الشعر تقول شيئا عن جنس الشخص وثقافته وما إلى ذلك.
بينما الثقوب السوداء تخفي جميع المعلومات حول أصلها ومحتواها وتاريخها.
فقدان المعلومات في الثقوب السوداء موضوع حير الفيزيائيين لعقود. كان الاعتقاد الشائع أنه بمجرد ابتلاع المواد بواسطة ثقب أسود ، تختفي جميع المعلومات عنها في المستقبل. لكن نظرية طرحها الفيزيائي البريطاني ستيفين هوكينج ربما تكون قد غيرت هذا الاعتقاد لاحقا.
وفقا لمبدأ اللا يقين لهايزنبرغ ( Heisenberg Uncertainty Principle) أنه حتى في الفضاء الخالي ، أي في الفراغ المطلق ، يمكن أن تولد الجسيمات من لا شيء. ببساطة ، يتم "استعارة" طاقة كافية لخلق جسيم من المادة وجسيم اخر من المادة المضادة.
في اللحظة التالية يقوم كلا الجسيمين بالقضاء على بعضهما البعض ، مما يعني أن قرض الطاقة قد يتم تسديده. يحدث هذا النشاط طوال الوقت ويمكننا حتى اخذ القياسات عنه.
ولكن ماذا يحدث إذا تم إنشاء مثل هذه الجسيمات الافتراضية بالقرب من أفق الحدث لثقب أسود وتم التهام جسيم واحد فقط، بينما الاخر من الإفلات والنجاة بنفسه؟
فهذا يعني ان الجسيم الناجي سيتمكن من اخذ الطاقة بعيدا في الفضاء. ويعني ذلك أن المنطقة الموجودة خارج الثقب الأسود اكثر ثراءا ومليئة بالجسيمات الحاملة للطاقة.
لكي تكون الحسابات صحيحة ، يجب أن يكون الجسيم الذي تم ابتلاعه قد زود الثقب الأسود بكمية من الطاقة السلبية. وبما أن الكتلة والطاقة مرتبطان ببعض ، وفقًا للمعادلة E = mc2 ، فإن النتيجة النهائية فان الطاقة الاجمالية للثقب الأسود قد تناقصت, ونفس الشيء حصل لكتلته.
عندما نراقب الثقب الأسود من مسافة بعيدة ، نشعر وكأنه ينبعث منه جزيئات وبالتالي فهو ليس أسودا بالكامل. تشكل الجسيمات ما يسمى إشعاع هوكينج.
منذ عام 1974 ، عندما طرح ستيفن هوكينج نظريته ، كان الفيزيائيون الآخرون يتساءلون عما إذا كان من الممكن أن يحمل إشعاع هوكينغ معلومات حول الجزء الداخلي من الثقب الأسود وأنه يمكننا من حيث المبدأ إعادة إنتاج تفاصيل ما تم ابتلاعه عبر الوقت.
في الواقع تسبب ذلك في رهان مشهور. اذ يعتقد الأمريكي جون بريسكل أن إشعاع هوكينج يمكن أن يحتوي على هذه المعلومات ، بينما اعتبر هوكينج نفسه ان الامر مستحيلًا.
جون بريكسل
وفي عام 2004 أعلن هوكينج انه بات مقتنعا بأن بريسكل ربما كان على حق ، لذلك فهو يعلن فوز برسكل بالفوز بالرهان.
ومع ذلك ، فإن المناقشة لم تنته بعد. فلم يكن من الممكن بعد قياس إشعاع هوكينج من ثقب أسود ، ولهذا السبب لا نستطيع ان نجزم ما إذا كان يحتوي على أي معلومات.
وإذا كان إشعاع هوكينج موجودا بالفعل، فإنه يتيح لنا أيضا إمكانيات مختلفة تمامً. فان هذا يعني أن الثقوب السوداء يمكن أن تتبخر وبالتالي تختفي بمرور الوقت.
سوف يفقد الثقب الأسود الذي لم يعد يزود بالمادة من الخارج ، من خلال إشعاع هوكينج ، الكتلة تدريجيا ويصبح أصغر وأخف وزنا ، وينتهي في النهاية. وفقا لنظرية هوكينج ، ستحدث هذه العملية بشكل أسرع للثقوب السوداء الصغيرة مقارنة بالثقوب الكبيرة.
تعد أفكار هوكينج مثالا جيدا على مدى عظمة تحديات الفيزياء النظرية. في كثير من الحالات ، تتجاوز الاحتمالات النظرية والرياضية إلى حد كبير ما يمكننا اختباره بالتجارب. يمكن أن تكون النظرية الفيزيائية جذابة للغاية لكنها تثبت فيما بعد أنها خاطئة تماما لأنها تستند إلى افتراضات غير صحيحة. على العكس من ذلك ، فإن النظرية التي تبدو غريبة ومتناقضة مع كل الحدس يمكن أن تكون صحيحة بشكل مذهل.
لقد أظهرت نظرية النسبية العامة لأينشتاين نفسها مرارا وتكرارا لمدة قرن ، وليس أقلها في تنبؤها بالثقوب السوداء - على الرغم من أن آينشتاين نفسه لم يعتقد حتى بوجودها.
المعادلات في نظرية أينشتاين تخلق الفرص التي قد يكون من الصعب قبولها. جنبا إلى جنب مع تلميذه ناثان روزين ، توصل آينشتاين بالفعل في ثلاثينيات القرن العشرين إلى استنتاج مفاده أن الزمكان نظريا يمكن أن ينحني كثيرا بحيث يمكن ربط منطقتين بعيدتين جدا عن بعضهما البعض بواسطة نفق صغير ، يسمى بالثقب الدودي.
ألهمت هذه الفكرة العديد من كتاب الخيال العلمي للسماح لأبطالهم بعبور مسافات ضخمة في الفضاء في فترة زمنية قصيرة جدا. بهذه الطريقة ، كانت الثقوب الدودية الركيزة الأساس لأكثر القصص المذهلة.
وإذا كانت الثقوب الدودية موجودة بالفعل ويمكن صيانتها لفترات أطول ، فإنها في الواقع ستظهر خصائص أكثر غرابة. فهي لا تسمح بالاختصارات الكونية عبر الفضاء فحسب ، بل تسمح لنا أيضا بالرحوع بالوقت الى الوراء. يمكننا أن نتحرك في حلقات زمنية مغلقة حيث يكون المستقبل هو الماضي أيضا. في عام 1949 ، وصف عالم الرياضيات النمساوي الأمريكي كورت كودل كونا يحتوي بالضبط على نوع من حلقات الوقت التي مرت بنفس الأحداث مرارا وتكرارا في دورة لا نهاية لها.
في حلقة زمنية مغلقة ، سيكون من الممكن أيضا قتل الانسان لآبائه واجداده قبل ان تكون لهم ذرية. بهذه الطريقة تؤدي الثقوب الدودية وحلقات الوقت إلى جميع المفارقات المرتبطة بالسفر عبر الزمن.
لا يوجد شيء في نظرية النسبية يستبعد الثقوب الدودية ، لكن هذا لا يعني أنها موجودة بالفعل في عالمنا. ربما هناك بعض قوانين الطبيعة غير المعروفة التي لا تسمح بها ببساطة بالتنقل بين مناطق الزمكان.
فقد كان ستيفن هوكينج يعتقد بوجود ما أسماه "افتراض لحماية التسلسل الزمني", وهو المبدأ الذي يجعل الكون مكانا آمنا للمؤرخين.
هذا لا يعني أن هوكينج كان يرفض بشكل عام الاحتمالات الغريبة في الكون ، وبالتأكيد ليس عندما يتعلق الأمر بمفاهيم ما يحدث في الثقوب السوداء, كما قال ذلك خلال محاضرة عام 201:
"الثقوب السوداء ليست سوداء بقدر ما يتهيأ لنا. إنها ليست السجون الأبدية كما اعتقدنا ذات مرة. قد تظهر الأشياء من ثقب أسود على سطحه وربما على كون آخر. لذا إذا وجدت نفسك في ثقب اسود ، فلا تستسلم. هناك مخرج ".
ستيفن هوكينج
وينطبق الشيء نفسه على علماء الفيزياء الفلكية في سعيهم لفهم الطبيعة الأعمق للثقوب السوداء.
تمثل الثقوب السوداء أكبر وأصغر ما يمكن أن نتخيله ، وهي جاذبية قوية غير مفهومة تتجمع على مساحة صغيرة تتلاشى في الفضاء. هنا ، في المفرد ، تلتقي نظرية النسبية وميكانيكا الكم ، النظريتان الفيزيائيتان الرئيسيتان اللتان لم تتمكنا بعد من التوحد.
توجد في أعلى قائمة أمنيات علماء الفيزياء الفلكية نظرية الجاذبية الكمية التي يمكن أن توحدهم. ولكن قبل أن تتحقق هذه الرغبة,
ستظل الثقوب السوداء أعظم لغز في الكون.
وفقا لمبدأ اللا يقين لهايزنبرغ ( Heisenberg Uncertainty Principle) أنه حتى في الفضاء الخالي ، أي في الفراغ المطلق ، يمكن أن تولد الجسيمات من لا شيء. ببساطة ، يتم "استعارة" طاقة كافية لخلق جسيم من المادة وجسيم اخر من المادة المضادة.
في اللحظة التالية يقوم كلا الجسيمين بالقضاء على بعضهما البعض ، مما يعني أن قرض الطاقة قد يتم تسديده. يحدث هذا النشاط طوال الوقت ويمكننا حتى اخذ القياسات عنه.
ولكن ماذا يحدث إذا تم إنشاء مثل هذه الجسيمات الافتراضية بالقرب من أفق الحدث لثقب أسود وتم التهام جسيم واحد فقط، بينما الاخر من الإفلات والنجاة بنفسه؟
فهذا يعني ان الجسيم الناجي سيتمكن من اخذ الطاقة بعيدا في الفضاء. ويعني ذلك أن المنطقة الموجودة خارج الثقب الأسود اكثر ثراءا ومليئة بالجسيمات الحاملة للطاقة.
لكي تكون الحسابات صحيحة ، يجب أن يكون الجسيم الذي تم ابتلاعه قد زود الثقب الأسود بكمية من الطاقة السلبية. وبما أن الكتلة والطاقة مرتبطان ببعض ، وفقًا للمعادلة E = mc2 ، فإن النتيجة النهائية فان الطاقة الاجمالية للثقب الأسود قد تناقصت, ونفس الشيء حصل لكتلته.
عندما نراقب الثقب الأسود من مسافة بعيدة ، نشعر وكأنه ينبعث منه جزيئات وبالتالي فهو ليس أسودا بالكامل. تشكل الجسيمات ما يسمى إشعاع هوكينج.
منذ عام 1974 ، عندما طرح ستيفن هوكينج نظريته ، كان الفيزيائيون الآخرون يتساءلون عما إذا كان من الممكن أن يحمل إشعاع هوكينغ معلومات حول الجزء الداخلي من الثقب الأسود وأنه يمكننا من حيث المبدأ إعادة إنتاج تفاصيل ما تم ابتلاعه عبر الوقت.
في الواقع تسبب ذلك في رهان مشهور. اذ يعتقد الأمريكي جون بريسكل أن إشعاع هوكينج يمكن أن يحتوي على هذه المعلومات ، بينما اعتبر هوكينج نفسه ان الامر مستحيلًا.
جون بريكسل
وفي عام 2004 أعلن هوكينج انه بات مقتنعا بأن بريسكل ربما كان على حق ، لذلك فهو يعلن فوز برسكل بالفوز بالرهان.
ومع ذلك ، فإن المناقشة لم تنته بعد. فلم يكن من الممكن بعد قياس إشعاع هوكينج من ثقب أسود ، ولهذا السبب لا نستطيع ان نجزم ما إذا كان يحتوي على أي معلومات.
وإذا كان إشعاع هوكينج موجودا بالفعل، فإنه يتيح لنا أيضا إمكانيات مختلفة تمامً. فان هذا يعني أن الثقوب السوداء يمكن أن تتبخر وبالتالي تختفي بمرور الوقت.
سوف يفقد الثقب الأسود الذي لم يعد يزود بالمادة من الخارج ، من خلال إشعاع هوكينج ، الكتلة تدريجيا ويصبح أصغر وأخف وزنا ، وينتهي في النهاية. وفقا لنظرية هوكينج ، ستحدث هذه العملية بشكل أسرع للثقوب السوداء الصغيرة مقارنة بالثقوب الكبيرة.
تعد أفكار هوكينج مثالا جيدا على مدى عظمة تحديات الفيزياء النظرية. في كثير من الحالات ، تتجاوز الاحتمالات النظرية والرياضية إلى حد كبير ما يمكننا اختباره بالتجارب. يمكن أن تكون النظرية الفيزيائية جذابة للغاية لكنها تثبت فيما بعد أنها خاطئة تماما لأنها تستند إلى افتراضات غير صحيحة. على العكس من ذلك ، فإن النظرية التي تبدو غريبة ومتناقضة مع كل الحدس يمكن أن تكون صحيحة بشكل مذهل.
لقد أظهرت نظرية النسبية العامة لأينشتاين نفسها مرارا وتكرارا لمدة قرن ، وليس أقلها في تنبؤها بالثقوب السوداء - على الرغم من أن آينشتاين نفسه لم يعتقد حتى بوجودها.
المعادلات في نظرية أينشتاين تخلق الفرص التي قد يكون من الصعب قبولها. جنبا إلى جنب مع تلميذه ناثان روزين ، توصل آينشتاين بالفعل في ثلاثينيات القرن العشرين إلى استنتاج مفاده أن الزمكان نظريا يمكن أن ينحني كثيرا بحيث يمكن ربط منطقتين بعيدتين جدا عن بعضهما البعض بواسطة نفق صغير ، يسمى بالثقب الدودي.
ألهمت هذه الفكرة العديد من كتاب الخيال العلمي للسماح لأبطالهم بعبور مسافات ضخمة في الفضاء في فترة زمنية قصيرة جدا. بهذه الطريقة ، كانت الثقوب الدودية الركيزة الأساس لأكثر القصص المذهلة.
وإذا كانت الثقوب الدودية موجودة بالفعل ويمكن صيانتها لفترات أطول ، فإنها في الواقع ستظهر خصائص أكثر غرابة. فهي لا تسمح بالاختصارات الكونية عبر الفضاء فحسب ، بل تسمح لنا أيضا بالرحوع بالوقت الى الوراء. يمكننا أن نتحرك في حلقات زمنية مغلقة حيث يكون المستقبل هو الماضي أيضا. في عام 1949 ، وصف عالم الرياضيات النمساوي الأمريكي كورت كودل كونا يحتوي بالضبط على نوع من حلقات الوقت التي مرت بنفس الأحداث مرارا وتكرارا في دورة لا نهاية لها.
في حلقة زمنية مغلقة ، سيكون من الممكن أيضا قتل الانسان لآبائه واجداده قبل ان تكون لهم ذرية. بهذه الطريقة تؤدي الثقوب الدودية وحلقات الوقت إلى جميع المفارقات المرتبطة بالسفر عبر الزمن.
لا يوجد شيء في نظرية النسبية يستبعد الثقوب الدودية ، لكن هذا لا يعني أنها موجودة بالفعل في عالمنا. ربما هناك بعض قوانين الطبيعة غير المعروفة التي لا تسمح بها ببساطة بالتنقل بين مناطق الزمكان.
فقد كان ستيفن هوكينج يعتقد بوجود ما أسماه "افتراض لحماية التسلسل الزمني", وهو المبدأ الذي يجعل الكون مكانا آمنا للمؤرخين.
هذا لا يعني أن هوكينج كان يرفض بشكل عام الاحتمالات الغريبة في الكون ، وبالتأكيد ليس عندما يتعلق الأمر بمفاهيم ما يحدث في الثقوب السوداء, كما قال ذلك خلال محاضرة عام 201:
"الثقوب السوداء ليست سوداء بقدر ما يتهيأ لنا. إنها ليست السجون الأبدية كما اعتقدنا ذات مرة. قد تظهر الأشياء من ثقب أسود على سطحه وربما على كون آخر. لذا إذا وجدت نفسك في ثقب اسود ، فلا تستسلم. هناك مخرج ".
ستيفن هوكينج
وينطبق الشيء نفسه على علماء الفيزياء الفلكية في سعيهم لفهم الطبيعة الأعمق للثقوب السوداء.
تمثل الثقوب السوداء أكبر وأصغر ما يمكن أن نتخيله ، وهي جاذبية قوية غير مفهومة تتجمع على مساحة صغيرة تتلاشى في الفضاء. هنا ، في المفرد ، تلتقي نظرية النسبية وميكانيكا الكم ، النظريتان الفيزيائيتان الرئيسيتان اللتان لم تتمكنا بعد من التوحد.
توجد في أعلى قائمة أمنيات علماء الفيزياء الفلكية نظرية الجاذبية الكمية التي يمكن أن توحدهم. ولكن قبل أن تتحقق هذه الرغبة,
ستظل الثقوب السوداء أعظم لغز في الكون.
كان هذا الجزء الأخير من موضوع الثقوب السوداء
ارجو ان ينال اعجابكم
ارجو ان ينال اعجابكم
حصريا لمنتديات فخامة العراق
