هاوکینگ و سیاه‌چاله‌ها – قسمت اول

هاوکینگ و سیاه‌چاله‌ها

اولین طرح تحقیقاتی هاوکینگ درباره‌ی سیاه‌چاله‌ها بود. اجسامی شگفت که ««چاندراسخار»» آن‌را کاملترین اجسام «بزرگ‌مقیاس‌ جهان» نامیده و گفته بود:
– تنها عناصر به‌ کاررفته در ساخت سیاه‌چاله‌ها، مفاهیم فضا و زمان هستند. بدون توجه به اینکه آنها چقدر بزرگند.
یک سیاه‌چاله می‌تواند جرمی معادل ۱۰ برابر جرم خورشید و شعاعی تنها ۱۰ تا ۵۰ کیلومتر داشته باشد. اخترفیزیک‌دانان اکنون حدس می‌زنند که میلیون‌ها سیاه‌چاله از این نوع در کهکشان ما وجود دارد. سیاه‌چاله‌های غول‌پیکری نیز در مرکز کهکشان‌ راه‌شیری و کهکشان‌های دیگر نیز وجود دارند که برخی از آن‌ها دارای قطری معادل قطر منظومه‌ی شمسی و جرمی معادل چند میلیارد برابر جرم‌های خورشیدی هستند. نظریه‌پردازان همچنین تصور می‌کنند تعداد بسیار زیادی از سیاه‌چاله‌های مینیاتوری به اندازه یک اتم و جرم یک کوه در کیهان تجمع دارند.
سیاه‌چاله‌ها علی‌رغم این تنوع، جزء ساده‌ترین اجسام جهان‌اند. یک سیاه‌چاله‌ می‌تواند به بزرگی منظومه‌ی شمسی یا کوچکی یک اتم یا هر اندازه‌ای در این میان باشد:
رفتار آن تنها به جرم و سرعت چرخشی (و بار الکتریکی که در این مورد عموماً کوچک است) بستگی دارد. گرچه آن‌ها معمولاً بزرگ‌ مقیاس‌اند، اما به لحاظ فیزیکی به صورت ذرات بنیادی دارای جرم، اسپین و بار مشخصه‌بندی می‌شوند. سیاه‌چاله‌ها مانند سیاره‌ها از صخره‌ها یا مانند ستاره‌ها از گازهای داغ ساخته‌ نشده‌اند. آنها به قول مارتین ریس، از مصالح خود فضا ساخته شده‌اند. این سادگی بنیادی بود که چاندراسخار را مجذوب خود ساخته بود.
نظریه‌ی سیاه‌چاله تا این مرحله از نظریه‌ی نسبیت عام نتیجه می‌شود که شدت گرانشی درون حفره را توصیف می‌کند. نظریه‌ بیان می‌دارد که میدان گرانشی داخل حفره آن‌قدر قوی است که هر چیز از جمله نور اگر از یک شعاع بحرانی به نام ««افق‌ رویداد»» به آن نزدیک‌تر شود، داخل حفره افتاده و برای همیشه از دست می‌رود. یک سفینه‌ی فضایی می‌تواند با احتیاط، درست بیرون افق رویداد گردش کند اما داخل سیاه‌چاله، فضای امنی جهت کاوش نیست. یک فضانورد بی‌پروا که از افق رویداد عبور می‌کند هرگز قادر به گریز نخواهد بود و حتی نمی‌تواند مشاهدات خود را به بیرون مخابره کند چرا که نور و همه‌ی انواع علامت‌های دیگر درون حفره محصور شده‌اند.
نسبیت عام همه چیز درباره‌ی سیاه‌چاله‌ها را به جز وضعیت فیزیکی مرکز آن بازگو می‌کند. طبق نظریه‌ی نسبیت، نقطه‌ای به نام ««تکینگی»» وجود دارد که چگالی و خمش فضازمان در آن‌جا بی‌نهایت است. فیزیک‌دانان نظری با بی‌نهایت‌ها بیگانه‌اند چرا که اعداد درستی از آن‌ها حاصل نشده و احتمالاً نقصی را در کارکردهای نظریه‌ آشکار می‌سازند.
هاوکینگ و راجر پنروز (یاری‌دهنده‌ی چاندارسخار) که گاهی اوقات همکار یکدیگر بودند، مسئله‌ی تکینگی‌های سیاه‌چاله‌ را در طول دور‌ه‌ای از ۱۹۶۵ تا ۱۹۷۰ تعریف کردند. هاوکینگ و پنروز در کار تیمی موفق بودند. هاوکینگ شهود فیزیکی نافذی داشت، در حالی‌که پنروز در ریاضی نسبیت عام استاد بود. قابلیتی که هاوکینگ فاقد آن است. پنروز به عنوان یک راه‌حل برای مسئله،‌ اصل ««سانسور کیهانی»» را پیشنهاد کرد:
تکینگی سیاه‌چاله، سانسور می‌شود. چرا‌که تکینگی طبق توضیح هاوکینگ «محبوبانه‌ی پنهان» است. رویت تکینگی‌های سانسور نشده ««عریان»» برای ناظران بیرونی از طریق افق رویداد قدغن شده است.
هاوکینگ، پنروز و دیگران، نظریه‌ی سیاه‌چاله‌ها را در دهه‌ی ۱۹۶۰ ارائه کردند، پیش از این‌که هیچ‌گونه مشاهداتی در مورد وجود آن‌ها گزارش شود. ‌آن‌گاه در اوایل دهه‌ی ۱۹۷۰ این فرض مطرح شد که یک شی‌ء گسیل‌کننده پرتو X به نام سیگنوس X-1، واقع در صورت فلکی سیگنوس، سیاه‌چاله‌ای جفت شده با یک ستاره‌ی پرجرم است. به نظر می‌آمد که سیاه‌چاله، گاز ستاره‌ را جذب کرده و آن را تا مرحله‌ی گسیل پرتوهای X گرم می‌کند. (هنگامی‌که گاز وارد میدان گرانشی شدید سیاه‌چاله‌ها می‌شود، انرژی گرانشی خود را از دست داده و هم‌زمان گرم‌تر می‌شود به این معنا که انرژی گرمایی به دست می‌آورد.

ادامه دارد …

لینک قسمت دوم

منبع: کتاب فیزیک‌دانان بزرگ،‌ اثر ویلیام اچ‌.کراپر، ترجمه‌ی محمدعلی جعفری

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=288

(۲۱ نفر , میانگین : ۴,۵۲ از ۵)