10 حقائق عن الثقوب السوداء التي يجب أن يعرف الجميع

الثقوب السوداء هي ربما أكثر الأشياء الغامضة في الكون. إلا بالطبع في مكان ما في أعماق لا يخفي أشياء وجود أي أننا لا نعرف و لا يمكن أن نعرف أن هذا هو المرجح. الثقوب السوداء الهائلة كتلة وكثافة مضغوطة إلى نقطة واحدة مع دائرة نصف قطرها صغير. الخصائص الفيزيائية من هذه الكائنات هي غريبة جدا التي تجبرك أن يتصارع مع الأكثر خبرة علماء الفيزياء و الفلك. سابين Hassinger ، الفيزياء النظرية, قدمت مجموعة مختارة من عشر حقائق عن الثقوب السوداء التي يجب أن يعرف الجميع.

ما هو الثقب الأسود ؟

الخاصية المميزة الثقب الأسود هو الأفق. هذا هو كسر الحدود التي لا شيء ولا حتى الضوء ، ويمكن العودة. إذا كان فصل المنطقة يصبح فصل إلى الأبد, نحن نتحدث عن "أفق الحدث". إذا كان هذا هو فقط فصل مؤقتا ، نحن نتحدث عن "الأفق المرئي". ولكن "مؤقتا" يمكن أن يعني أيضا أن المنطقة سيتم فصل لمدة أطول بكثير من عمر الكون. إذا أفق الثقب الأسود هو مؤقت ولكن طويلة الأمد ، والفرق بين الأولى والثانية ينتشر.

كيف كبيرة هي الثقوب السوداء?

يمكنك أن تتخيل أفق الثقب الأسود باعتبارها المجال ، القطر يتناسب طرديا مع كتلة الثقب الأسود. وبالتالي فإن المزيد من كتلة السقوط في ثقب أسود ، وأكثر يصبح الثقب الأسود. مقارنة الأجسام النجمية ، ومع ذلك ، صغيرة الثقوب السوداء لأن كتلة مضغوطة في حجم صغير جدا في إطار العمل من يقاوم الجاذبية الضغط. دائرة نصف قطرها من كتلة الثقب الأسود مع كوكب الأرض, على سبيل المثال, فقط بضعة ملليمترات. هذا هو 10 000 000 000 مرات أصغر من الحاضر نصف قطر الأرض.

نصف قطر الثقب الأسود يسمى شعاع شوارزشيلد وفي شرف كارل شفارتزشيلد ، الذي كان أول من جلب الثقوب السوداء كحل نظرية النسبية العامة.

ما يحدث في الأفق ؟

عند عبور الأفق من حولك لا يحدث شيء. كل ذلك بسبب أينشتاين مبدأ التكافؤ ، مما يعني أنه من المستحيل معرفة الفرق بين تسارع في شقة مساحة حقل الجاذبية الذي يخلق انحناء الفضاء. غير أن المراقب بعيدا عن الثقب الأسود الذي يراقب شخص آخر يسقط في ستلاحظ أن الناس سوف تتحرك ببطء أكثر وأكثر ، يقترب من الأفق. إذا كان الوقت بالقرب من أفق الحدث تتحرك أبطأ مما بعيدا عن الأفق. ومع ذلك ، فإنه سوف يستغرق بعض الوقت و الوقوع في حفرة ، المراقب سوف عبور أفق الحدث و سوف يكون داخل نصف قطر شفارتزشيلد.

ما كنت تعاني في الأفق يعتمد على قوى المد والجزر من مجال الجاذبية. قوى المد والجزر في الأفق تتناسب عكسيا مع مربع كتلة الثقب الأسود. هذا يعني أن أكبر و أكبر كتلة الثقب الأسود ، طاقة أقل. وإذا كان الثقب الأسود الهائل بما فيه الكفاية, يمكنك التغلب على الأفق قبل سوف تلاحظ أن شيئا ما يحدث. تأثير المد هذه القوات سوف تمتد لك: المصطلح التقني لهذه استخدام الفيزياء يسمى "spaghettification".

في الأيام الأولى من النسبية العامة كان يعتقد أن في الأفق هناك التفرد ، ولكن ذلك لم يكن.

ما هو داخل الثقب الأسود ؟

لا أحد يعرف على وجه اليقين ، ولكن بالتأكيد ليس رف الكتب. النسبية العامة تتنبأ بأن الثقب الأسود التفرد ، حيث قوى المد والجزر تصبح كبيرة بشكل لا نهائي, وبمجرد عبور أفق الحدث لا يمكنك الحصول على أي مكان آخر إلا في التفرد. وبناء على ذلك ، GTR الأفضل عدم استخدام هذه الأماكن — أنه ببساطة لا يعمل. أن أقول ما يحدث داخل الثقب الأسود ، نحن بحاجة إلى نظرية الجاذبية الكمية. ومن المقبول عموما أن هذه النظرية محل التفرد مع شيء آخر.

هيكل من الثقوب السوداء?

حاليا نحن نعرف من أربعة أنواع مختلفة من طرق تشكيل الثقوب السوداء. ونحن نفهم أفضل المرتبطة انهيار ممتاز. نجم كبير بما يكفي لتشكل ثقب أسود بعد الاندماج النووي يتوقف, لأن كل ما يمكن تصنيعه, تم تصنيعه. عند الضغط التي أنشأتها التوليف هو إنهاء المادة يبدأ في الانخفاض إلى مركز الجاذبية ، لتصبح أكثر كثافة. في النهاية, ومن ذلك ضغط أن لا شيء يمكن أن التغلب على تأثير الجاذبية ممتاز السطح: هذا هو ثقب أسود. هذه الثقوب السوداء تسمى "الثقوب السوداء الشمسية كتلة" هي الأكثر شيوعا.

التالية شيوعا النوع من الثقوب السوداء "الثقوب السوداء", التي يمكن العثور عليها في مراكز العديد من المجرات و الجماهير عن مليار مرة أكثر من الثقوب السوداء الشمسية الشامل. في حين أنه لا يعرف كيف تتشكل. ويعتقد أنها بدأت ثقب أسود الشمسية الشامل الذي بالسكان في المجرة المراكز قد استوعبت الكثير من النجوم الأخرى ونمت. ومع ذلك ، يبدو أنها تمتص المواد بشكل أسرع ، ما هي هذه الفكرة البسيطة و بالضبط كيف تفعل ذلك — لا يزال موضوع البحث.

أكثر إثارة للجدل فكرة أصبحت الأولية الثقوب السوداء التي يمكن أن تتشكل في أي أرض كبيرة الكثافة التقلبات في الكون في وقت مبكر. على الرغم من أن ذلك ممكنا ، فإنه من الصعب العثور على النموذج الذي ينتج لهم ، دون خلق المفرطعدد.

وأخيرا ، هناك المضاربة جدا فكرة أن مصادم هادرون الكبير قد تشكل صغيرة الثقوب السوداء مع الجماهير على مقربة من كتلة بوزون هيغز. هذا يعمل فقط إذا كان الكون قد أبعاد إضافية. في حين كان هناك أي دليل لصالح هذه النظرية.

كيف نعرف أن الثقوب السوداء موجودة ؟

لدينا الكثير من الأدلة الرصدية وجود الكائنات المدمجة مع الجماهير الكبيرة التي لا تنبعث منها الضوء. هذه الكائنات تقديم أنفسهم في سحب الجاذبية ، على سبيل المثال ، بسبب حركة النجوم الأخرى أو سحب الغاز من حولهم. كما أنها تخلق عدسة الجاذبية. ونحن نعلم أن هذه الكائنات لها أي سطح صلب. هذا يلي من المراقبة لأن الجوهر ، التي تقع على سطح الجسم ، يجب أن يؤدي إلى انبعاث أكبر عدد من جزيئات من مادة السقوط من خلال الأفق.

لماذا, في العام الماضي, وقال هوكينغ أن الثقوب السوداء لا وجود لها ؟

هذا يعني أن الثقوب السوداء ليست أبدية أفق الحدث, ولكن فقط مؤقت واضح الأفق (انظر الفقرة الأولى). بالمعنى الدقيق للكلمة, فقط الأفق الحدث يعتبر الثقب الأسود.

كيف ثقوب سوداء تنبعث من الإشعاع ؟

الثقوب السوداء تصدر إشعاعات بسبب الآثار الكمومية. من المهم أن نلاحظ أن آثار الكم من المسألة ، وليس الكم آثار الجاذبية. دينامية الفضاء-الزمن تنهار من ثقب أسود التغييرات تعريف جدا من الجسيمات. مثل الوقت مشوهة بالقرب من ثقب أسود ، مفهوم الجسيمات يعتمد أيضا على المراقب. ولا سيما عندما المراقب السقوط في الثقب الأسود ، يعتقد الوقوع في فراغ ، مراقب بعيدا عن الثقب الأسود يعتقد أنه ليس من فراغ ، ولكن كامل الجسيمات في الفضاء. وهي تمتد من الفضاء-الزمن يسبب هذا التأثير.

اكتشفت لأول مرة من قبل ستيفن هوكينغ ، ثقب أسود ينبعث الإشعاع يسمى "إشعاع هوكينغ". هذا الإشعاع لديه درجة الحرارة تناسبا عكسيا مع كتلة الثقب الأسود: أصغر ثقب أسود ، وارتفاع درجة الحرارة. من ممتاز و الثقوب السوداء أن نعرف درجة حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الميكروويف الخلفية حتى لا يتم ملاحظتها.

ما هي المعلومات التناقض ؟

المفارقة من فقدان المعلومات بسبب إشعاع هوكينغ. هذا الإشعاع هو محض الحرارية ، وهذا هو طريق الصدفة و من خصائص معينة فقط في درجة الحرارة. الإشعاع نفسها لا تحتوي على أي معلومات عن تشكيل ثقب أسود. ولكن عند الثقب الأسود تنبعث من الإشعاع ، فإنه يفقد كتلة عقود. كل هذا هو مستقلة تماما عن جوهر, التي أصبحت جزءا من ثقب أسود أو التي تم تشكيلها. اتضح يعرف إلا في الحالة النهائية من التبخر لا يعني ، ما شكلت الثقب الأسود. هذه العملية هي "لا رجعة فيها" — و هو العقبة التي في ميكانيكا الكم لا يوجد مثل هذه العملية.

اتضح أن تبخر الثقوب السوداء تتعارض مع نظرية الكم ، معروفة لنا ، ونحن بحاجة إلى القيام بشيء ما. بطريقة أو بأخرى إلى تسوية. معظم الفيزيائيين يعتقدون أن القرار هو أن إشعاع هوكينغ يجب بطريقة أو بأخرى تحتوي على المعلومات.

هوكينج تقدم لحل المعلومات مفارقة الثقب الأسود ؟

والفكرة هي أن الثقوب السوداء يجب أن يكون وسيلة لتخزين المعلومات التي لا تزال غير مقبولة. المعلومات المخزنة على أفق الثقب الأسود و قد يسبب صغيرة تشريد الجزيئات في إشعاع هوكينغ. هذه صغيرة إزاحة يمكن أن تكون المعلومات عن تناولها مادة. التفاصيل الدقيقة لهذه العملية غير محدد حاليا. العلماء ينتظرون أكثر تفصيلا الورقة التقنية من ستيفن هوكينغ ، مالكولم بيري أندرو Strominger. يقولون انه سوف تظهر في نهاية أيلول / سبتمبر.

في هذه اللحظة نحن على يقين من الثقوب السوداء موجودة ، نعرف أين هم ، وكيف شكلت ما سوف تصبح في نهاية المطاف. ولكن تفاصيل ما يحدث على المعلومات الواردة ، لا تزال تمثل واحدة من أكبر أسرار الكون.