سریع تر از نور ( قسمت پنجم )

۹ – انبساط جهان در فراسوی افق

مواردی که بیش از این بعنوان سرعت های فرا نوری مطرح شد همگی به موضوع « حرکت در فضا» مربوط می شدند. براساس نسبیت خاص اینشتین، هیچ ذره ای با جرم حقیقی بزرگتر از صفر نمی تواند با سرعت نور یا فراتر از آن « در فضا» حرکت کند. اما اگر خود فضا با سرعتی بیش از سرعت نور در حال گسترش و انبساط باشد آن وقت چه؟
شاید از خود بپرسید مگر می شود خود فضا هم منبسط شود؟ آری.اما پاسخ این معما به موضوعی فراتر از نسبیت خاص یعنی نسبیت عام اینشتین باز می گردد. در نسبیت عام، فضا مانند یک ابر شاره یا ابر سیال اسرار آمیز عمل می کند که اگر هیچ اصطکاک درونی ندارد اما می تواند حرکت کند، چرخش داشته باشد، انحنا بردارد، منبسط شود و غیره.

در سال ۱۹۲۷ یک فیزیکدان و اخترشناس بلژیکی بنام ژرژ لومت که در عین حال راهب کلیسا هم بود با کمک معادلات نسبیت عام اینشتین نشان داد که تمامی فضا و کل کیهان باید مانند یک بادکنک عظیم در حال انبساط باشد تقریبا دو سال بعد ادوین هابل، اخترشناس معروف آمریکایی با اندازه گیری سرعت دور شدن کهکشان ها توسط تلسکوپ غول پیکر مانت ویلسون توانست صحت نظریه لومت را بطور تجربی نشان دهد و بدین ترتیب نظریه « انبساط جهان » به لحاظ رصدی هم تایید شد.

00b6zx7dانبساط جهان را می توان به یک بادکنک عظیم کیهانی تشبیه کرد. در این مثال دور شدن کهکشان ها از همدیگر نه بخاطر حرکت آنها روی این بادکنک، بلکه به واسطه انبساط خود بادکنک صورت می گیرد. به همین دلیل هر چه فاصله کهکشان ها روی این بادکنک بیشتر باشد، با سرعت بیشتری هم از همدیگر دور می شوند. بدین ترتیب نهایتا به فاصله ای موسوم به افق کیهانی می رسیم که در فراسوی آن، کهکشان ها با سرعتی حتی فراتر از سرعت نور در حال دور شدن هستند.

اما انبساط جهان بر خلاف آنچه عموم مردم تصور می کنند به معنای دور شدن کهکشان ها از همدیگر در فضا نیست، بلکه به معنای انبساط خود فضاست. یعنی خود فضاست که در حال گسترش است و به همراه خود کهکشان ها را از یکدیگر دور می کند. برای درک بهتر این موضوع ، کل جهان را مانند یک بادکنک عظیم کیهانی در نظر بگیرید که در حال باد شدن است در این مدل کهکشان ها مانند نقاطی هستند که با فواصلی روی بادکنک ترسیم شده اند. با باد شدن بادکنک، تمامی نقاط روی آن از همدیگر دورتر و دورتر می شوند اما این دور شدن، نه به واسطه حرکت نقاط روی بادکنک بلکه به خاطر انبساط خود بادکنک اتفاق می افتد .

بر مبنای نسبیت خاص ، هیچ جرم حقیقی بزرگتر از صفر نمی تواند بر پهنه بادکنک کیهانی جهان با سرعت نور یا فراتر از آن حرکت کند، اما خود این بادکنک کیهانی می تواند با آنچنان سرعتی منبسط شود که برخی کهکشان های روی آن با سرعتی حتی فراتر از نور از همدیگر دور شوند و این دقیقا همان اتفاقی است که در فراسوی افق کیهانی ما در حال رخ دادن است. در واقع براساس قانون هابل، هر چه کهکشان ها از هم دورتر باشند، سرعت دور شدن آنها از همدیگر نیز ( به واسطه انبساط جهان) بیشتر است. بنابراین کهکشان هایی که از حد مشخصی از همدیگر دورتر باشند. با سرعتی حتی فراتر از سرعت نور در حال دور شدن از همدیگر – و من جمله کهکشان ما- هستند. این کهکشان ها برای همیشه در فراسوی افق کیهانی ما قرار می گیرند و هیچ گاه توسط تلسکوپ های ما دیده نخواهند شد.

۱۰- چرخش حول سیاهچاله های چرخان

در اوایل ۱۹۶۰ یک فیزیکدان نیوزیلندی به نام روی کر برای نخستین بار موفق شد با حل معادلات توصیف کننده سیاه چاله های چرخان ( سیاه چاله هایی که به سرعت به دور خود در حال چرخش هستند.) در چارچوب نظریه نسبیت عام اینشتین از ویژگی های عجیب و غریب این نوع سیاه چاله های اسرار آمیز پرده بردارد. تحقیقات روی کر نشان داد که سیاه چاله های چرخان فضای پیرامون خود را مانند یک گردباد عظیم کیهانی به دور خود می پیچانند و سرعت چرخش این گردباد عظیم فضایی در محدوده ای در اطراف سیاه چاله چرخان حتی از سرعت نور هم فراتر می رود.

blackholeeventhorizon

فیزیکدان ها این محدوده اسرار آمیز اطراف سیاه چاله های چرخان را ارگوسفر ( Ergosphere ) نامیده اند. بدین ترتیب هر چیزی که در محدوده ارگوسفر یک سیاه چاله چرخان قرار گیرد. با سرعتی فراتر از سرعت نور نسبت به ناظرهای بیرونی به دور سیاه چاله چرخان خواهد چرخید. البته باید توجه داشت که در این مورد نیز نسبیت خاص اینشتین را زیر سوال نمی رود؛ چرا که در اینجا هم این خود فضاست که مانند گردباد عظیم به دور سیاه چاله چرخان می پیچد و همه چیز را به همراه خود حول سیاه چاله می چرخاند.

اما شاید از خود بپرسید مگر می شود وارد حوزه ارگوسفر یک سیاه چاله چرخان شد و پس از مدتی مجددا از آنجا بیرون آمد؟ آری ، از آنجایی که حوزه ارگوسفر چرخان در خارج از افق رویداد آنها واقع شده است، بنابراین خروج از ناحیه ارگوسفر اساسا امکان پذیر است. در واقع بر همین اساس فیزیکدان برجسته راجر پنرز در سال ۱۹۶۹ موفق شد حتی یک ساز و کار عملی برای استخراج انرژی از سیاه چاله های چرخان ارائه دهد.

بر مبنای این ساز و کار که به افتخار خود او « ساز و کار پنرز» نامیده می شود اگر یک جسم در حال سقوط در یک سیاه چاله چرخان را هنگامی که در حوزه ارگوسفر سیاه چاله مزبور قرار گرفته است ناگهان به دو پاره تقسیم کنیم، یک بخش آن به داخل سیاه چاله سقوط خواهد کرد؛ اما بخش دیگر با انرژی جنبشی فوق العاده زیادی که از گردباد فضایی ارگوسفر اطراف سیاه چاله چرخان گرفته به شدت به بیرون پرتاب خواهد شد. این انرژی به حدی زیاد است که با ارسال یک وزنه دو تنی به سوی سیاه چاله و منفجر کردن آن در درون ارگوسفر می توان به اندازه کل انرژی مصرفی سالانه تمامی تمدن بشری در سیاره زمین از آن انرژی گرفت! شاید روزی تمدن های فوق پیشرفته آینده قادر باشند از چنین نیروگاه سیاه چاله ای برای تامین انرژی مورد نیاز خود بهره بگیرند.

پایان

دانلود PDF همین مجموعه ۵ قسمتی
قسمت اول
قسمت دوم
قسمت سوم
قسمت چهارم

دانستنی ها

 

image_pdfimage_print
(8 نفر , میانگین : 5٫00 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=4793

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *