كوننا عبارة عن ثقب أسود. هل نعيش في ثقب أسود؟ ما هي الثقوب السوداء في الواقع

وفي تحليل لحركة الجسيمات الداخلة إلى ثقب أسود، نشره نيكوديم بوبلافسكي من جامعة إنديانا في بلومنجتون، في مارس الماضي، تم إثبات إمكانية وجود كون مختلف داخل كل ثقب أسود. يقول بوبلافسكي: "ربما تكون الثقوب السوداء الضخمة الموجودة في مركز مجرة ​​درب التبانة والمجرات الأخرى بمثابة "جسور" بين أكوان مختلفة". إذا كان هذا صحيحًا، وهو احتمال كبير، فلا شيء يستبعد احتمال وجود كوننا أيضًا داخل ثقب أسود.

في نظرية النسبية العامة لأينشتاين (GTR)، فإن المناطق الداخلية للثقوب السوداء هي مناطق تصل فيها كثافة المادة إلى ما لا نهاية. سواء كانت نقطة التفرد نقطة فعلية ذات كثافة لا نهائية أو مجرد غموض رياضي في النسبية العامة، فإن معادلات أينشتاين "تنهار" داخل الثقب الأسود. على أية حال، فإن النسخة المعدلة من معادلات أينشتاين التي استخدمها بوبلافسكي تلغي التفرد تمامًا.

ومن أجل تحليله، لجأ بوبلافسكي إلى نسخة من نظرية الجاذبية التي وضعها أينشتاين كارتان كيبل شيام (KKS). على عكس معادلات أينشتاين، تأخذ نظرية QCS للجاذبية في الاعتبار الدوران أو الزخم الزاوي للجسيمات الأولية. ومن خلال أخذ الدوران بعين الاعتبار، يصبح من الممكن حساب هندسة الزمكان للثقب الأسود.

عندما تصل كثافة المادة إلى أبعاد هائلة (أكثر من 1050 كيلوجرامًا لكل متر مكعب) داخل الثقب الأسود، يتجلى الالتواء كقوة مكافئة للجاذبية. وهذا يمنع الأسئلة حول أوقات الضغط غير المحددة لتحقيق كثافة لا نهائية. وبدلاً من ذلك، يقول بوبلافسكي، إن المادة تعيد تنظيم نفسها وتبدأ في التوسع مرة أخرى.

طبق بوبلافسكي هذه الأفكار على نموذج لسلوك الزمكان داخل الثقب الأسود. يشبه السيناريو ما يحدث عند ضغط الزنبرك: حسب بوبلافسكي أن الجاذبية تتغلب في البداية على قوى التنافر والالتواء وتبقي المادة مضغوطة، ولكن في النهاية تصبح قوة التنافر قوية جدًا بحيث تتوقف المادة عن الضغط وتعيد تنظيم نفسها. تظهر حسابات بوبلافسكي أن الزمكان داخل الثقب الأسود يتوسع إلى حوالي 1.4 مرة أصغر حجم له خلال 10 إلى 46 ثانية فقط.

يقول بوبلافسكي إن هذا الارتداد السريع المذهل قد يكون هو ما أدى إلى توسع الكون الذي نراه اليوم.

كيف نعرف أننا نعيش داخل ثقب أسود؟ حسنًا، من شأن الثقب الأسود الدوار أن يعطي بعض الدوران للزمكان الموجود بداخله، وسيظهر ذلك على أنه "الاتجاه المفضل" في كوننا، كما يقول بوبلافسكي. هذا الاتجاه المفضل من شأنه أن ينتهك خاصية الزمكان التي تسمى تناظر لورنتز، والتي تربط المكان والزمان. وقد اقترح أن مثل هذه الاضطرابات قد تكون ناجمة عن التذبذبات المرصودة للنيوترينوات من نوع إلى آخر.

لسوء الحظ، ليس من المنطقي بالنسبة لنا أن نبحث عن عوالم أخرى داخل الثقوب السوداء. كلما اقتربت من الثقب الأسود، فإن زيادة مجال الجاذبية تجعل الزمن أبطأ فأبطأ. وهكذا، بالنسبة للمراقب الخارجي، فإن أي كون جديد في الداخل لن يظهر إلا بعد مرور فترة لا حصر لها من الوقت.

إن مفهوم الثقب الأسود معروف للجميع - من تلاميذ المدارس إلى كبار السن، ويستخدم في الأدب العلمي والخيالي، وفي وسائل الإعلام الصفراء وفي المؤتمرات العلمية. لكن ما هي هذه الثقوب بالضبط غير معروفة للجميع.

من تاريخ الثقوب السوداء

1783تم طرح الفرضية الأولى لوجود ظاهرة مثل الثقب الأسود في عام 1783 من قبل العالم الإنجليزي جون ميشيل. في نظريته، قام بدمج اثنين من إبداعات نيوتن - البصريات والميكانيكا. كانت فكرة ميشيل كالتالي: إذا كان الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات الصغيرة، فمثل جميع الأجسام الأخرى، يجب أن تتعرض الجسيمات لجاذبية مجال الجاذبية. وتبين أنه كلما كان النجم أكثر ضخامة، كلما كان من الصعب على الضوء مقاومة جاذبيته. وبعد 13 عامًا من ميشيل، طرح عالم الفلك والرياضيات الفرنسي لابلاس نظرية مماثلة (على الأرجح بشكل مستقل عن زميله البريطاني).

1915ومع ذلك، ظلت جميع أعمالهم غير مطالب بها حتى بداية القرن العشرين. في عام 1915، نشر ألبرت أينشتاين النظرية النسبية العامة وأظهر أن الجاذبية هي انحناء الزمكان الناجم عن المادة، وبعد بضعة أشهر استخدمها عالم الفلك والفيزياء النظرية الألماني كارل شوارزشيلد لحل مشكلة فلكية محددة. استكشف بنية الزمكان المنحني حول الشمس وأعاد اكتشاف ظاهرة الثقوب السوداء.

(صاغ جون ويلر مصطلح "الثقوب السوداء")

1967حدد الفيزيائي الأمريكي جون ويلر مساحة يمكن تفتيتها، مثل قطعة من الورق، إلى نقطة متناهية الصغر، وأطلق عليها مصطلح "الثقب الأسود".

1974أثبت الفيزيائي البريطاني ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء، على الرغم من أنها تمتص المادة دون عودة، إلا أنها يمكن أن تبعث إشعاعات وتتبخر في النهاية. وتسمى هذه الظاهرة "إشعاع هوكينج".

2013إن أحدث الأبحاث حول النجوم النابضة والكوازارات، بالإضافة إلى اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، قد مكنت أخيرًا من وصف مفهوم الثقوب السوداء. وفي عام 2013، اقتربت سحابة الغاز G2 بشدة من الثقب الأسود ومن المرجح أن يتم امتصاصها منه، ومراقبة عملية فريدة توفر فرصًا هائلة لاكتشافات جديدة لملامح الثقوب السوداء.

(الجسم الضخم القوس A*، كتلته أكبر من كتلة الشمس بـ 4 ملايين مرة، مما يعني ضمناً عنقودًا من النجوم وتكوين ثقب أسود)

2017. رصدت مجموعة من العلماء من مشروع Event Horizon Telescope التعاوني متعدد البلدان، الذين يربطون ثمانية تلسكوبات من نقاط مختلفة في قارات الأرض، ثقبًا أسود، وهو جسم فائق الكتلة يقع في مجرة ​​M87، كوكبة العذراء. تبلغ كتلة الجسم 6.5 مليار (!) كتلة شمسية، أي أكبر بمرات هائلة من الجسم الضخم القوس A*، للمقارنة، بقطر أقل قليلاً من المسافة من الشمس إلى بلوتو.

وتمت عمليات الرصد على عدة مراحل، بدءاً من ربيع عام 2017 وطوال فترات عام 2018. بلغ حجم المعلومات بيتابايت، والتي كان لا بد بعد ذلك من فك تشفيرها والحصول على صورة حقيقية لجسم بعيد جدًا. لذلك، استغرق الأمر عامين كاملين آخرين لمعالجة جميع البيانات بدقة ودمجها في وحدة واحدة.

2019تم فك تشفير البيانات وعرضها بنجاح، مما أدى إلى إنتاج أول صورة على الإطلاق لثقب أسود.

(أول صورة على الإطلاق لثقب أسود في مجرة ​​M87 في كوكبة العذراء)

تتيح لك دقة الصورة رؤية ظل نقطة اللاعودة في وسط الكائن. تم الحصول على الصورة نتيجة لملاحظات قياس التداخل الأساسية الطويلة جدًا. هذه هي ما يسمى بالملاحظات المتزامنة لجسم واحد من عدة تلسكوبات راديوية مترابطة بواسطة شبكة وتقع في أجزاء مختلفة من الكرة الأرضية، موجهة في نفس الاتجاه.

ما هي الثقوب السوداء في الواقع

التفسير المقتضب لهذه الظاهرة يذهب على هذا النحو.

الثقب الأسود هو منطقة زمانية تتميز جاذبيتها بقوة كبيرة لدرجة أنه لا يمكن لأي جسم، بما في ذلك الكمات الضوئية، أن يتركها.

كان الثقب الأسود ذات يوم نجمًا ضخمًا. وطالما أن التفاعلات النووية الحرارية تحافظ على الضغط العالي في أعماقها، فإن كل شيء يبقى طبيعيا. ولكن مع مرور الوقت، يتم استنفاد إمدادات الطاقة ويبدأ الجسم السماوي في الانكماش تحت تأثير جاذبيته. المرحلة الأخيرة من هذه العملية هي انهيار قلب النجم وتشكيل ثقب أسود.

• 1. يقوم الثقب الأسود بإخراج نفاثات بسرعة عالية


• 2. ينمو قرص المادة إلى ثقب أسود


• 3. الثقب الأسود


• 4. رسم تخطيطي تفصيلي لمنطقة الثقب الأسود


• 5. تم العثور على حجم الملاحظات الجديدة

النظرية الأكثر شيوعًا هي أن ظواهر مماثلة موجودة في كل مجرة، بما في ذلك مركز مجرتنا درب التبانة. إن قوة الجاذبية الهائلة للثقب قادرة على احتجاز عدة مجرات حوله، مما يمنعها من الابتعاد عن بعضها البعض. "مساحة التغطية" يمكن أن تكون مختلفة، كل هذا يتوقف على كتلة النجم الذي تحول إلى ثقب أسود، ويمكن أن تكون آلاف السنين الضوئية.

نصف قطر شوارزشيلد

الخاصية الرئيسية للثقب الأسود هي أن أي مادة تسقط فيه لا يمكن أن تعود أبدًا. وينطبق الشيء نفسه على الضوء. الثقوب في جوهرها عبارة عن أجسام تمتص كل الضوء الساقط عليها تمامًا ولا ينبعث منها أي ضوء. قد تظهر مثل هذه الأشياء بصريًا على شكل جلطات من الظلام المطلق.

• 1. تحريك المادة بسرعة نصف سرعة الضوء


• 2. حلقة الفوتون


• 3. حلقة الفوتون الداخلية


• 4. أفق الحدث في الثقب الأسود

واستنادا إلى النظرية النسبية العامة لأينشتاين، إذا اقترب الجسم مسافة حرجة من مركز الثقب، فلن يكون قادرا على العودة. وتسمى هذه المسافة نصف قطر شوارزشيلد. ما يحدث بالضبط داخل هذا نصف القطر غير معروف على وجه اليقين، ولكن هناك النظرية الأكثر شيوعًا. يُعتقد أن كل مادة الثقب الأسود تتركز في نقطة متناهية الصغر، ويوجد في مركزها جسم ذو كثافة لا نهائية، وهو ما يسميه العلماء بالاضطراب المفرد.

كيف يحدث السقوط في الثقب الأسود؟

(في الصورة، يبدو الثقب الأسود Sagittarius A* وكأنه عنقود ضوئي شديد السطوع)

منذ وقت ليس ببعيد، في عام 2011، اكتشف العلماء سحابة غازية، وأعطوها الاسم البسيط G2، والتي تنبعث منها ضوء غير عادي. وقد يكون هذا التوهج ناتجًا عن احتكاك الغاز والغبار الناتج عن الثقب الأسود Sagittarius A*، الذي يدور حوله كقرص تراكمي. وهكذا نصبح مراقبين لظاهرة امتصاص سحابة غازية مذهلة بواسطة ثقب أسود فائق الكتلة.

ووفقا للدراسات الحديثة، فإن أقرب اقتراب من الثقب الأسود سيحدث في مارس 2014. يمكننا إعادة تكوين صورة لكيفية حدوث هذا المشهد المثير.

• 1. عند ظهور سحابة الغاز لأول مرة في البيانات، فإنها تشبه كرة ضخمة من الغاز والغبار.


• 2. الآن، اعتبارًا من يونيو 2013، كانت السحابة على بعد عشرات المليارات من الكيلومترات من الثقب الأسود. ويسقط فيها بسرعة 2500 كم/ث.


• 3. من المتوقع أن تمر السحابة بجوار الثقب الأسود، لكن قوى المد والجزر الناتجة عن اختلاف الجاذبية المؤثرة على الحواف الأمامية والخلفية للسحابة ستجعلها تأخذ شكلًا متطاولًا بشكل متزايد.


• 4. بعد تمزق السحابة، من المرجح أن يتدفق معظمها إلى القرص التراكمي حول برج القوس A*، مما يولد موجات صادمة فيه. سوف تقفز درجة الحرارة إلى عدة ملايين من الدرجات.


• 5. سوف يسقط جزء من السحابة مباشرة في الثقب الأسود. لا أحد يعرف بالضبط ما الذي سيحدث لهذه المادة بعد ذلك، ولكن من المتوقع أنه عند سقوطها سوف تنبعث منها تيارات قوية من الأشعة السينية ولن يتم رؤيتها مرة أخرى أبدًا.

بالفيديو: ثقب أسود يبتلع سحابة غازية

(محاكاة حاسوبية لمقدار سحابة الغاز G2 التي سيتم تدميرها واستهلاكها بواسطة الثقب الأسود القوس A*)

ماذا يوجد داخل الثقب الأسود

هناك نظرية تنص على أن الثقب الأسود فارغ تقريبًا من الداخل، وكل كتلته تتركز في نقطة صغيرة بشكل لا يصدق تقع في مركزه - نقطة التفرد.

وبحسب نظرية أخرى موجودة منذ نصف قرن، فإن كل ما يسقط في الثقب الأسود يمر إلى كون آخر يقع في الثقب الأسود نفسه. الآن هذه النظرية ليست هي النظرية الرئيسية.

وهناك نظرية ثالثة وهي الأكثر حداثة وصلابة، مفادها أن كل ما يسقط في الثقب الأسود يذوب في اهتزازات الأوتار الموجودة على سطحه، وهو ما يسمى بأفق الحدث.

إذن ما هو أفق الحدث؟ من المستحيل النظر داخل الثقب الأسود حتى باستخدام تلسكوب فائق القوة، لأنه حتى الضوء الذي يدخل القمع الكوني العملاق ليس لديه فرصة للعودة مرة أخرى. كل ما يمكن اعتباره بطريقة ما على الأقل يقع في المنطقة المجاورة مباشرة له.

أفق الحدث هو خط سطحي تقليدي لا يمكن لأي شيء أن يهرب من تحته (لا الغاز، ولا الغبار، ولا النجوم، ولا الضوء). وهذه هي نقطة اللاعودة الغامضة جدًا في الثقوب السوداء في الكون.

أعلم أنه من المفترض أن هذا غير مرحب به هنا، لكنني أقوم بنشر منشور من هنا بناءً على طلب مباشر من المؤلف - نيكولاي نيكولايفيتش جوركافي. هناك احتمال أن تُحدث فكرتهم ثورة في العلم الحديث. ومن الأفضل أن تقرأ عنها في النص الأصلي بدلاً من إعادة رواية REN-TV أو Lenti.ru.

لمن لم يتابع الموضوع لنفكر في ثقبين أسودين يدوران حول بعضهما البعض، على سبيل المثال، كتلتهما 15 و20 وحدة (كتلة الشمس). عاجلاً أم آجلاً، سوف يندمجون في ثقب أسود واحد، لكن كتلته لن تكون 35 وحدة، ولكن، على سبيل المثال، 30 وحدة فقط. أما الخمسة المتبقية فسوف تطير بعيدًا على شكل موجات جاذبية. وهذه هي الطاقة التي يلتقطها تلسكوب الجاذبية LIGO.

جوهر فكرة جوركافي وفاسيلكوف هو كما يلي. لنفترض أنك مراقب، وتجلس على كرسيك وتشعر بجاذبية 35 وحدة من الكتلة مقسومة على مربع المسافة. ثم بام - حرفيًا في الثانية تنخفض كتلتها إلى 30 وحدة. بالنسبة لك، نظرًا لمبدأ النسبية، لن يكون من الممكن تمييز هذا عن الموقف الذي تم فيه إرجاعك في الاتجاه المعاكس بقوة 5 وحدات مقسومة على مربع المسافة. وهذا يعني أنه لا يمكن تمييزه عن مضاد الجاذبية.

محدث: لأن لم يفهم الجميع الفقرة السابقة، فكر في تجربة فكرية باستخدام القياس المقترح في. إذن، أنت مراقب، تجلس في دبابة تدور في مدار دائري مرتفع للغاية حول مركز كتلة هذا الزوج من الثقوب السوداء. كما اعتاد الجد أينشتاين أن يقول، دون النظر خارج الخزان، لا يمكنك التمييز بين التحرك في المدار ومجرد البقاء في مكان ما في الفضاء بين المجرات. الآن، لنفترض أن ثقبًا أسودًا اندمج وطار جزء من كتلته بعيدًا. وفي هذا الصدد، سيتعين عليك الانتقال إلى مدار أعلى حول نفس مركز الكتلة، ولكنه بالفعل ثقب أسود موحد. وستشعر بهذا الانتقال إلى مدار آخر في دبابتك (بفضل المعدن) وسيعتبره المراقبون الخارجيون في اللانهاية بمثابة ركلة تدفعك في الاتجاه من مركز الكتلة. /محدث

ثم هناك مجموعة من الحسابات ذات موترات OTO الرهيبة. تم نشر هذه الحسابات، بعد التحقق الدقيق منها، في مقالتين في MNRAS - إحدى أكثر مجلات الفيزياء الفلكية موثوقة في العالم. روابط للمقالات: , (طبعة أولية مع مقدمة المؤلف).

والاستنتاجات هي: لم يكن هناك انفجار كبير، ولكن كان هناك (ولا يزال) ثقب أسود كبير. الذي يطاردنا جميعا.

بعد إصدار مقالتين رئيسيتين تحتويان على حلول رياضية، ظهرت على جدول الأعمال مهمة كتابة مقال أكثر شهرة وأوسع، بالإضافة إلى الترويج لعلم الكونيات الكوني الذي تم إحياؤه. ومن ثم اتضح أنه من المدهش أن الأوروبيين تمكنوا من الرد على المقال الثاني، الذين دعوني بالفعل لتقديم تقرير عام مدته 25 دقيقة في يونيو حول تسارع الكون بكتلة متغيرة. أرى أن هذا علامة جيدة: لقد سئم الخبراء من "الظلام الكوني" ويبحثون عن بديل.

كما أرسل الصحفي رسلان سافين أسئلة تتعلق بنشر المقال الثاني. تم نشر نسخة مختصرة إلى حد ما من الإجابات اليوم في "جنوب الأورال بانوراما" تحت العنوان التالي من المحررين: "داخل الثقب الأسود". وجد الفلكي نيكولاي غوركي مركز الكون."

أولاً، من أجل الحقيقة، يجب أن أشير إلى أن ألكسندر فاسيلكوف هو الذي بدأ في طرح السؤال "الساذج" بنشاط: هل للكون مركز؟ - الذي بدأ كل أعمالنا الكونية الإضافية. لذلك بحثنا ووجدنا هذا المركز معًا. ثانيا، طلبت الصحيفة صورة لنا معا، لكنها لم تتلقها، لذلك أقدمها هنا مع النص الكامل للمقابلة التي قرأها ساشا وأكملها بتعليقاته. ها نحن هنا: ألكسندر بافلوفيتش فاسيلكوف على اليسار، وأنا على اليمين:

1. بعد نشر مقالتك الأولى مع فاسيلكوف، اقترحت أن التوسع المتسارع الملحوظ للكون يرتبط بهيمنة القوى التنافرية على القوى الجذابة على مسافات كبيرة. في المقالة الجديدة، توصلت إلى نتيجة مختلفة - حول التوسع المتسارع النسبي: يبدو لنا أن شيئًا ما يتسارع لأننا أنفسنا نتباطأ. ما الذي دفعك إلى هذه الفكرة؟

في بحث نُشر عام 2016 في مجلة الجمعية الفلكية الملكية، أظهرت أنا وألكسندر فاسيلكوف أنه إذا تغيرت كتلة الجاذبية لجسم ما، فبالإضافة إلى التسارع النيوتوني المعتاد، تنشأ حوله قوة إضافية. وهي تسقط بشكل عكسي مع المسافة من الجسم، أي أنها أبطأ من القوة النيوتونية التي تعتمد على مربع المسافة. ولذلك، يجب أن تهيمن القوة الجديدة على مسافات طويلة. عندما تنخفض كتلة الجسم، تؤدي القوة الجديدة إلى التنافر أو الجاذبية المضادة، وعندما تزيد، تنشأ جاذبية إضافية، الجاذبية المفرطة. وكانت هذه نتيجة رياضية دقيقة عدلت حل شوارزشيلد الشهير وتم الحصول عليها في إطار نظرية الجاذبية لأينشتاين. ينطبق الاستنتاج على كتلة من أي حجم ويتم إجراؤها لمراقب ثابت.

ولكن عند مناقشة هذه النتائج، عبرنا شفهيًا عن فرضيات إضافية - بدلاً من ذلك، نأمل أن تكون الجاذبية المضادة الموجودة مسؤولة عن توسع الكون وعن تسريع توسعه في أعين المراقبين المرافقين، أي أنت وأنا. أثناء العمل على المقال الثاني، الذي نُشر في فبراير من هذا العام في نفس المجلة، وكان مخصصًا بشكل مباشر لعلم الكونيات، اكتشفنا أن الواقع أكثر تعقيدًا من آمالنا. نعم، الجاذبية المضادة المكتشفة هي المسؤولة عن الانفجار الكبير والتوسع الواضح للكون - وهنا كنا على حق في افتراضاتنا. لكن تبين أن التسارع الدقيق في التوسع الكوني الذي لاحظه المراقبون في عام 1998 لم يكن بسبب الجاذبية المضادة، بل بسبب الجاذبية المفرطة من عملنا في عام 2016. يشير الحل الرياضي الدقيق الناتج بوضوح إلى أن هذا التسارع لن يكون له الإشارة المرصودة إلا عندما ينمو جزء من كتلة الكون ولا يتناقص. في تفكيرنا النوعي، لم نأخذ في الاعتبار أن ديناميكيات التوسع الكوني تبدو مختلفة تمامًا عن وجهة نظر الراصد الثابت والمراقبين المرافقين الجالسين في المجرات المتوسعة.

الرياضيات، التي هي أكثر ذكاء منا، تؤدي إلى الصورة التالية لتطور الكون: بسبب اندماج الثقوب السوداء وانتقال كتلتها إلى موجات الجاذبية، انخفضت كتلة الكون المنهار في الدورة السابقة بشكل حاد - ونشأت الجاذبية المضادة القوية التي تسببت في الانفجار الكبير، أي التوسع الحديث للكون. ثم انخفضت هذه الجاذبية المضادة وحلت محلها الجاذبية المفرطة بسبب نمو ثقب أسود ضخم نشأ في مركز الكون. ويزداد بسبب امتصاص موجات الجاذبية الخلفية، التي تلعب دورًا مهمًا في ديناميكيات الفضاء. لقد كان نمو الثقب الأسود الكبير هو الذي تسبب في تمدد الجزء المرئي من الكون من حولنا. وقد فسر المراقبون هذا التأثير على أنه تسارع في التوسع، ولكنه في الواقع تباطؤ غير متساو في التوسع. بعد كل شيء، إذا كانت السيارة الخلفية تتخلف عن السيارة الأمامية في عمود من السيارات، فقد يعني ذلك تسارع السيارة الأولى وفرامل السيارة الخلفية. ومن وجهة نظر رياضية، فإن تأثير الثقب الأسود الكبير المتنامي يتسبب في ظهور ما يسمى بـ “الثابت الكوني” في معادلات فريدمان، وهو المسؤول عن التسارع الملحوظ لانحسار المجرات. انحرفت حسابات منظري الكم عن الملاحظات بمقدار 120 مرة من حيث الحجم، لكننا حسبناها في إطار النظرية الكلاسيكية للجاذبية - وتزامنت جيدًا مع بيانات القمر الصناعي بلانك. والاستنتاج بأن كتلة الكون تنمو الآن يوفر فرصة ممتازة لبناء نموذج دوري للكون، وهو ما حلمت به عدة أجيال من علماء الكونيات، لكنه لم يؤت ثماره أبدًا. الكون عبارة عن بندول ضخم تتحول فيه الثقوب السوداء إلى موجات جاذبية، ومن ثم تحدث العملية العكسية. الدور الرئيسي هنا يلعبه استنتاج أينشتاين بأن موجات الجاذبية ليس لها كتلة جاذبية، مما يسمح للكون بتغيير كتلته وتجنب الانهيار الذي لا رجعة فيه.

2. كيف ظهر الثقب الأسود الكبير المتنامي، المسؤول عن التوسع المتسارع النسبي للكون؟

إن طبيعة المادة المظلمة، التي تسببت، على سبيل المثال، في تسارع دوران المجرات، ظلت لغزا لمدة قرن تقريبا. أحدث النتائج من مرصد LIGO، الذي التقط العديد من موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء الضخمة، قد رفعت حجاب السرية. وقد طرح عدد من الباحثين نموذجا مفاده أن المادة المظلمة تتكون من ثقوب سوداء، في حين يعتقد الكثيرون أنها جاءت إلينا من الدورة الأخيرة للكون. في الواقع، الثقب الأسود هو الجسم العياني الوحيد الذي لا يمكن تدميره حتى عن طريق ضغط الكون. إذا كانت الثقوب السوداء تشكل الجزء الأكبر من الكتلة الباريونية للفضاء، فعندما ينكمش الكون إلى حجم عدة سنوات ضوئية، ستندمج هذه الثقوب السوداء مع بعضها البعض بشكل نشط، مما يؤدي إلى إلقاء جزء كبير من كتلتها في موجات الجاذبية. ونتيجة لذلك ستنخفض الكتلة الإجمالية للكون بشكل حاد، وفي موقع اندماج سحابة الثقوب الصغيرة سيبقى ثقب أسود ضخم بحجم سنة ضوئية وكتلته تريليونات من الكتل الشمسية. وهي نتيجة حتمية لانهيار الكون واندماج الثقوب السوداء، وبعد الانفجار الكبير تبدأ في النمو، وتمتص إشعاعات الجاذبية وأي مادة حولها. لقد فهم العديد من المؤلفين، بما في ذلك بنروز، أن مثل هذا الثقب الفائق سينشأ في مرحلة انهيار الكون، لكن لم يعرف أحد مدى أهمية الدور الذي لعبه هذا الثقب الأسود الكبير في ديناميكيات التوسع اللاحق للكون.

3. كم يبعد عنا وأين يقع بالضبط (في أي جزء من السماء)؟ ما هي معالمه؟

ونحن نعتقد أنه يبعد حوالي خمسين مليار سنة ضوئية. تشير سلسلة من الدراسات المستقلة إلى تباين الظواهر الكونية المختلفة، ويشير الكثير منها إلى منطقة من السماء بالقرب من كوكبة السدس المعتمة. حتى أن مصطلح "المحور الشيطاني" ظهر في علم الكونيات. واستنادًا إلى المعدل الحالي للتوسع المتسارع للكون، يمكن للمرء تقدير حجم الثقب الأسود الكبير بمليار سنة ضوئية، مما يعطي كتلته 6*10^54 جرامًا أو مليارات التريليونات من كتلة الشمس - أي، لقد نما مليار مرة منذ نشأته! لكننا حصلنا أيضًا على هذه المعلومات حول كتلة الثقب الأسود الكبير بتأخير مليارات السنين. في الواقع، الثقب الأسود الكبير هو بالفعل أكبر بكثير، ولكن من الصعب تحديد حجمه، وهناك حاجة إلى مزيد من البحث.

4. هل من الممكن، من المسافة التي يقع فيها هذا الثقب الأسود، استخدام الأدوات الموجودة لرؤية، إن لم يكن نفسه، فعلى الأقل علامات غير مباشرة تشير إلى وجوده في هذا الجزء من الكون؟ تحت أي ظروف سوف تصبح متاحة للدراسة المباشرة؟

ومن خلال دراسة تسارع توسع الكون ومدى اعتماده على الزمن، سنحدد تطور معالم الثقب الأسود الكبير. يتجلى تباين التأثيرات الكونية في توزيع تقلبات إشعاع الخلفية الكونية الميكروي عبر السماء، وفي اتجاه محاور المجرات وعدد من الظواهر الأخرى. هذه أيضًا طرق لدراسة الثقب الأسود الكبير عن بعد. وسوف ندرسها أيضًا بشكل مباشر، ولكن لاحقًا.

5. ماذا سنرى إذا تمكنا من الطيران إلى هذا الثقب الأسود؟ هل من الممكن الغوص فيه دون المخاطرة بحياتك؟ ماذا سنجد تحت سطحه؟

حتى الكتب المدرسية تقدم الكثير من المعلومات المتضاربة حول الفضاء الداخلي للثقوب السوداء. يعتقد الكثير من الناس أنه على حدود الثقوب السوداء، من المؤكد أننا جميعًا سوف نتمزق بفعل قوى المد والجزر إلى شرائط صغيرة - حتى ظهرت كلمة "المعكرونة". في الواقع، قوى المد والجزر عند حافة ثقب أسود كبير جدًا غير محسوسة تمامًا، ووفقًا للحلول الصارمة لمعادلات أينشتاين، بالنسبة للمراقب الساقط، فإن عملية عبور حافة الثقب الأسود غير ملحوظة. أعتقد أنه تحت سطح الثقب الأسود الكبير سنرى نفس الكون تقريبًا - تلك المجرات التي غاصت فيه سابقًا. سيكون الاختلاف الرئيسي هو التغيير من تراجع المجرات إلى اقترابها: يتفق جميع الباحثين على أن كل شيء داخل الثقب الأسود يقع باتجاه المركز.

6. إذا نما هذا الثقب الأسود، فإنه في يوم من الأيام سوف يمتص كل المواد الأخرى. ماذا سيحدث بعد ذلك؟

ستمتد حدود الثقب الأسود الكبير إلى حدود الكون المرئي، ولن يقلقنا مصيره. وسيدخل الكون الموجود داخل الثقب إلى المرحلة الثانية من دورته، عندما يفسح التوسع المجال للضغط. لا يوجد شيء مأساوي في هذا، لأن الضغط سيستغرق تقريبا نفس مليارات السنين التي استغرقها التوسع. ستشعر الكائنات الذكية في هذه الدورة من الكون بالمشاكل خلال عشرات المليارات من السنين، عندما تزيد درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف كثيرًا لدرجة أن الكواكب سترتفع درجة حرارتها بسبب سماء الليل الدافئة. ربما بالنسبة لبعض الأجانب الذين ستنطفئ شمسهم، على العكس من ذلك، سيصبح الخلاص، وإن كان مؤقتا - لمائة مليون سنة. عندما ينكمش الكون الحالي إلى حجم عدة سنوات ضوئية، فإنه سيفقد كتلته مرة أخرى، مما سيؤدي إلى الانفجار الكبير. ستبدأ دورة توسع جديدة، وسيظهر ثقب أسود كبير جديد في مركز الكون.

7. متى تعتقد أن هذا الحدث (انهيار الكون إلى ثقب أسود) يجب أن يحدث؟ هل هذا الفاصل الزمني ثابت لجميع دورات التوسيع/الضغط أم يمكن أن يختلف؟

أعتقد أن الدورات الكونية تتبع فترة معينة بدقة جيدة، تتعلق بإجمالي كتلة الكون وطاقته. من الصعب أن نقول في أي مرحلة بالضبط من دورتنا نحن - ولهذا نحتاج إلى بناء نماذج كونية محددة مع عدد معين من الباريونات والثقوب السوداء وموجات الجاذبية وأنواع أخرى من الإشعاع. متى ستصل إلينا حافة الثقب الأسود الكبير المتنامي؟ تظهر الحسابات أنه سيصل بالتأكيد إلى وضع التمدد الفائق للضوء - وهذا لا ينتهك النظرية النسبية، لأن حدود الثقب الأسود ليست جسمًا ماديًا. لكن هذه السرعة الفائقة للضوء تعني أن لقاءنا بهذه الحافة من الثقب الأسود الكبير يمكن أن يحدث في أي لحظة، ولن نتمكن من اكتشاف اقترابه من خلال أي ملاحظات مقيدة بسرعة الضوء. لتجنب الذعر، أكرر: لا أرى أي شيء مأساوي في هذا، لكن علماء الكونيات سيبدأون في ملاحظة كيف سيتغير التحول الأحمر للمجرات البعيدة إلى اللون الأزرق. ولكن لهذا، يجب أن يكون للضوء منهم الوقت للوصول إلينا.

8. ما هي البيانات الرصدية والنظرية التي تتحدث لصالح النموذج الكوني الذي تقترحه، أو ربما تجعله إلزاميًا؟

تعتمد معادلات فريدمان الكلاسيكية على مبدأ الخواص والتجانس. وهكذا، فإن علم الكونيات التقليدي، من حيث المبدأ، لا يستطيع أن يأخذ في الاعتبار تأثيرات تباين الخواص التي يتحدث عنها العديد من المراقبين. تتضمن معادلات فريدمان المعدلة التي تم الحصول عليها في ورقتنا البحثية لعام 2018 مع فاسيلكوف تأثيرات متباينة الخواص، ففي نهاية المطاف، يقع الثقب الأسود الكبير في اتجاه معين. وهذا يفتح المجال لدراسة هذه التأثيرات مما يؤكد النظرية نفسها. نحن لم نقم ببناء علم كوني جديد، بل نحن ببساطة نقوم بإدخال الينابيع الديناميكية المفقودة في علم الكون الكلاسيكي المتطور الذي ظهر في منتصف القرن العشرين، بدءًا من عمل جامو ومجموعته. نحن نقوم بإحياء علم الكون الكلاسيكي هذا، ونجعله جزءًا من الفيزياء العادية. الآن لا يحتوي على أي افتراضات حول الجاذبية الكمومية، وحول الأبعاد المكانية الإضافية، وحول الكيانات المظلمة مثل "التضخم" و"انتقالات طور الفراغ" و"الطاقة المظلمة" و"المادة المظلمة". إنه يعمل فقط في إطار نظرية الجاذبية الكلاسيكية والمختبرة جيدًا لأينشتاين، وذلك باستخدام المكونات المعروفة فقط للكون مثل الثقوب السوداء وموجات الجاذبية. نظرًا لأنه يشرح الظواهر التي يمكن ملاحظتها جيدًا، فهذا يجعله إلزاميًا تمامًا - وفقًا لمبادئ العلم. هناك العديد من النماذج الكونية، ولكن هناك حقيقة واحدة فقط. إن علم الكون الكلاسيكي الذي تم إحياؤه أنيق وبسيط بشكل مدهش، لذلك أعتقد أننا تعلمنا الطريقة الحقيقية لوجود الكون.

إس ترانكوفسكي

من بين أهم المشاكل المثيرة للاهتمام في الفيزياء الحديثة والفيزياء الفلكية، ذكر الأكاديمي V. L. Ginzburg القضايا المتعلقة بالثقوب السوداء (انظر "العلم والحياة" رقم 11، 12، 1999). تم التنبؤ بوجود هذه الأجسام الغريبة منذ أكثر من مائتي عام، وتم حساب الظروف التي أدت إلى تكوينها بدقة في أواخر الثلاثينيات من القرن العشرين، وبدأ علماء الفيزياء الفلكية في دراستها بجدية منذ أقل من أربعين عامًا. واليوم، تنشر المجلات العلمية حول العالم سنويًا آلاف المقالات حول الثقوب السوداء.

يمكن أن يحدث تكوين الثقب الأسود بثلاث طرق.

هذه هي الطريقة المعتادة لتصوير العمليات التي تحدث بالقرب من الثقب الأسود المنهار. وبمرور الزمن (Y)، يتقلص الفضاء (X) حوله (المنطقة المظللة)، ويندفع نحو المتفردة.

يُحدث مجال جاذبية الثقب الأسود تشوهات شديدة في هندسة الفضاء.

الثقب الأسود، غير المرئي من خلال التلسكوب، يكشف عن نفسه فقط من خلال تأثير جاذبيته.

في مجال الجاذبية القوي للثقب الأسود، تولد أزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة.

ولادة زوج من الجسيمات والجسيمات المضادة في المختبر.

كيف تنشأ؟

إن جسماً سماوياً مضيء كثافته تعادل كثافة الأرض، وقطره أكبر بمائتين وخمسين مرة من قطر الشمس بسبب قوة جاذبيته، لن يسمح لضوءه أن يصل إلينا. وبالتالي، فمن الممكن أن تظل أكبر الأجسام المضيئة في الكون غير مرئية على وجه التحديد بسبب حجمها.
بيير سيمون لابلاس.
معرض النظام العالمي. 1796

في عام 1783، أجرى عالم الرياضيات الإنجليزي جون ميتشل، وبعد ثلاثة عشر عامًا، بشكل مستقل عنه، عالم الفلك والرياضيات الفرنسي بيير سيمون لابلاس، دراسة غريبة جدًا. لقد نظروا إلى الظروف التي لن يتمكن فيها الضوء من الهروب من النجم.

وكان منطق العلماء بسيطا. بالنسبة لأي جسم فلكي (كوكب أو نجم)، من الممكن حساب ما يسمى بسرعة الإفلات، أو السرعة الكونية الثانية، والتي تسمح لأي جسم أو جسيم أن يغادره إلى الأبد. وفي فيزياء ذلك الوقت، سادت نظرية نيوتن، التي تقول إن الضوء هو تدفق من الجسيمات (نظرية الموجات الكهرومغناطيسية والكمات كانت لا تزال موجودة قبل مائة وخمسين عامًا تقريبًا). يمكن حساب سرعة هروب الجزيئات على أساس تساوي الطاقة الكامنة على سطح الكوكب والطاقة الحركية لجسم "هرب" إلى مسافة كبيرة بلا حدود. يتم تحديد هذه السرعة بالصيغة #1#

أين م- كتلة الجسم الفضائي، ر- نصف قطرها، ز- ثابت الجاذبية.

ومن هذا يمكننا بسهولة الحصول على نصف قطر جسم له كتلة معينة (سمي فيما بعد "نصف قطر الجاذبية" ص g")، حيث تكون سرعة الإفلات مساوية لسرعة الضوء:

وهذا يعني أن النجم مضغوط في كرة ذات نصف قطر صز< 2جنرال موتورز/ج 2 سيتوقف عن الانبعاث - لن يتمكن الضوء من تركه. سيظهر ثقب أسود في الكون.

ومن السهل حساب أن الشمس (كتلتها 2.1033 جم) ستتحول إلى ثقب أسود إذا انكمشت إلى نصف قطر يبلغ حوالي 3 كيلومترات. وتصل كثافة مادته إلى 1016 جم/سم3 . سينخفض ​​نصف قطر الأرض، إذا تم ضغطه إلى ثقب أسود، إلى حوالي سنتيمتر واحد.

لقد بدا من غير المعقول أن تكون هناك قوى في الطبيعة قادرة على ضغط نجم إلى هذا الحجم الضئيل. ولذلك، فإن الاستنتاجات من أعمال ميتشل ولابلاس اعتبرت لأكثر من مائة عام بمثابة مفارقة رياضية ليس لها أي معنى مادي.

ولم يتم الحصول على دليل رياضي صارم على إمكانية وجود مثل هذا الجسم الغريب في الفضاء إلا في عام 1916. حصل عالم الفلك الألماني كارل شوارزشيلد، بعد تحليل معادلات النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، على نتيجة مثيرة للاهتمام. بعد أن درس حركة الجسيم في مجال الجاذبية لجسم ضخم، توصل إلى الاستنتاج: تفقد المعادلة معناها الفيزيائي (يتحول حلها إلى ما لا نهاية) عندما ص= 0 و ص = صز.

النقاط التي تصبح فيها خصائص المجال بلا معنى تسمى المفرد، أي خاص. يعكس التفرد عند نقطة الصفر الاتجاه النقطي، أو، وهو نفس الشيء، البنية المتماثلة مركزيًا للمجال (بعد كل شيء، يمكن تمثيل أي جسم كروي - نجم أو كوكب - كنقطة مادية). والنقاط التي تقع على سطح كروي نصف قطرها صز، يشكل السطح ذاته الذي تساوي سرعة الهروب منه سرعة الضوء. يطلق عليه في النظرية النسبية العامة اسم مجال شوارزشيلد المفرد أو أفق الحدث (سيتضح السبب لاحقًا).

وبالاستناد بالفعل إلى مثال الأجسام المألوفة لدينا - الأرض والشمس - فمن الواضح أن الثقوب السوداء هي أجسام غريبة للغاية. وحتى علماء الفلك الذين يتعاملون مع المادة عند قيم متطرفة من درجة الحرارة والكثافة والضغط يعتبرونها غريبة للغاية، وحتى وقت قريب لم يكن الجميع يؤمن بوجودها. ومع ذلك، فإن المؤشرات الأولى لإمكانية تكوين الثقوب السوداء كانت موجودة بالفعل في النظرية النسبية العامة لأينشتاين، والتي تم وضعها في عام 1915. اشتق عالم الفلك الإنجليزي آرثر إدينجتون، أحد أوائل المفسرين والمروجين للنظرية النسبية، في الثلاثينيات نظامًا من المعادلات يصف البنية الداخلية للنجوم. ويترتب على ذلك أن النجم في حالة توازن تحت تأثير قوى الجاذبية والضغط الداخلي ذات الاتجاه المعاكس الناتج عن حركة جزيئات البلازما الساخنة داخل النجم وضغط الإشعاع المتولد في أعماقه. وهذا يعني أن النجم عبارة عن كرة غازية، توجد في وسطها درجة حرارة عالية، تتناقص تدريجيًا باتجاه محيطها. ويترتب على المعادلات، على وجه الخصوص، أن درجة حرارة سطح الشمس تبلغ حوالي 5500 درجة (وهو ما يتوافق تمامًا مع بيانات القياسات الفلكية)، ويجب أن تكون في مركزها حوالي 10 ملايين درجة. سمح هذا لإدينجتون بالتوصل إلى نتيجة نبوية: عند درجة الحرارة هذه، "يشتعل" تفاعل نووي حراري، وهو ما يكفي لضمان توهج الشمس. لم يتفق علماء الفيزياء الذرية في ذلك الوقت مع هذا. بدا لهم أن الجو "بارد" جدًا في أعماق النجم: درجة الحرارة هناك لم تكن كافية "لبدء" التفاعل. وعلى هذا أجاب المنظر الغاضب: «ابحث عن مكان أكثر سخونة!»

وفي النهاية، تبين أنه كان على حق: يحدث تفاعل نووي حراري بالفعل في مركز النجم (الشيء الآخر هو أن ما يسمى بـ "النموذج الشمسي القياسي"، استنادًا إلى أفكار حول الاندماج النووي الحراري، قد تبين على ما يبدو أنه غير صحيح - انظر على سبيل المثال "العلم والحياة" عدد 2، 3، 2000). ولكن مع ذلك، يحدث رد فعل في مركز النجم، ويضيء النجم، والإشعاع الذي ينشأ يبقيه في حالة مستقرة. لكن "الوقود" النووي الموجود في النجم يحترق. يتوقف إطلاق الطاقة، وينطفئ الإشعاع، وتختفي القوة المقيدة لجاذبية الجاذبية. هناك حد لكتلة النجم، وبعدها يبدأ النجم في الانكماش بشكل لا رجعة فيه. تظهر الحسابات أن هذا يحدث إذا تجاوزت كتلة النجم كتلتين إلى ثلاث كتل شمسية.

انهيار الجاذبية

في البداية يكون معدل انكماش النجم صغيرا، لكن معدله يتزايد باستمرار، حيث أن قوة الجاذبية تتناسب عكسيا مع مربع المسافة. يصبح الضغط لا رجعة فيه، ولا توجد قوى قادرة على مواجهة الجاذبية الذاتية. وتسمى هذه العملية انهيار الجاذبية. وتزداد سرعة حركة قشرة النجم نحو مركزه، لتقترب من سرعة الضوء. وهنا تبدأ تأثيرات النظرية النسبية تلعب دورها.

تم حساب سرعة الإفلات بناءً على أفكار نيوتن حول طبيعة الضوء. من وجهة نظر النسبية العامة، تحدث الظواهر القريبة من النجم المنهار بشكل مختلف بعض الشيء. في مجال الجاذبية القوي، يحدث ما يسمى بالانزياح الأحمر الجاذبية. وهذا يعني أن تردد الإشعاع الصادر من جسم ضخم ينزاح نحو الترددات المنخفضة. وفي النهاية، عند حدود مجال شوارزشيلد، يصبح تردد الإشعاع صفرًا. أي أن المراقب الموجود خارجه لن يتمكن من معرفة أي شيء عما يحدث بالداخل. ولهذا السبب يُطلق على كرة شوارزشيلد اسم أفق الحدث.

لكن انخفاض التردد يساوي إبطاء الزمن، وعندما يصبح التردد صفرًا، يتوقف الزمن. وهذا يعني أن الراصد الخارجي سيرى صورة غريبة للغاية: قشرة النجم التي تسقط بتسارع متزايد تتوقف بدلاً من أن تصل إلى سرعة الضوء. ومن وجهة نظره فإن الضغط سيتوقف بمجرد اقتراب حجم النجم من الجاذبية
usu. لن يرى أبدًا جسيمًا واحدًا "يغوص" تحت كرة شوارزشيل. لكن بالنسبة لمراقب افتراضي يسقط في ثقب أسود، فإن كل شيء سينتهي في غضون لحظات على مراقبته. وبالتالي، فإن زمن انهيار الجاذبية لنجم بحجم الشمس سيكون 29 دقيقة، والنجم النيوتروني الأكثر كثافة والأكثر إحكاما سيستغرق 1/20000 من الثانية فقط. وهنا يواجه مشكلة مرتبطة بهندسة الزمكان بالقرب من الثقب الأسود.

يجد المراقب نفسه في مساحة منحنية. وبالقرب من نصف قطر الجاذبية، تصبح قوى الجاذبية كبيرة بلا حدود؛ يقومون بتمديد الصاروخ مع مراقب الفضاء إلى خيط رفيع لا نهائي بطول لا نهائي. لكنه هو نفسه لن يلاحظ هذا: كل تشوهاته سوف تتوافق مع تشوهات إحداثيات الزمكان. تشير هذه الاعتبارات، بطبيعة الحال، إلى حالة افتراضية مثالية. سيتم تمزيق أي جسم حقيقي بواسطة قوى المد والجزر قبل فترة طويلة من الاقتراب من مجال شوارزشيلد.

أبعاد الثقوب السوداء

حجم الثقب الأسود، أو بشكل أكثر دقة، نصف قطر كرة شفارتزشيلد، يتناسب مع كتلة النجم. وبما أن الفيزياء الفلكية لا تفرض أي قيود على حجم النجم، فمن الممكن أن يكون الثقب الأسود كبيرًا بشكل تعسفي. فإذا نشأ مثلاً أثناء انهيار نجم كتلته 108 كتلة شمسية (أو بسبب اندماج مئات الآلاف، أو حتى ملايين النجوم الصغيرة نسبياً)، فإن نصف قطره سيكون حوالي 300 مليون كيلومتر، ضعف مدار الأرض. ومتوسط ​​كثافة مادة مثل هذا العملاق قريبة من كثافة الماء.

على ما يبدو، هذا هو نوع الثقوب السوداء الموجودة في مراكز المجرات. على أية حال، يحصي علماء الفلك اليوم حوالي خمسين مجرة، في وسطها، وفقًا للأدلة غير المباشرة (الموضحة أدناه)، توجد ثقوب سوداء تبلغ كتلتها حوالي مليار (10 9) شمسًا. من الواضح أيضًا أن مجرتنا تمتلك ثقبًا أسودًا خاصًا بها؛ تم تقدير كتلتها بدقة تامة - 2.4. 10 6 ±10% من كتلة الشمس.

وتشير النظرية إلى أنه إلى جانب هذه العمالقة الفائقة، يجب أن تنشأ أيضًا ثقوب صغيرة سوداء تبلغ كتلتها حوالي 1014 جم ونصف قطرها حوالي 10-12 سم (بحجم نواة الذرة). يمكن أن تظهر في اللحظات الأولى من وجود الكون كمظهر من مظاهر عدم التجانس القوي جدًا للزمكان مع كثافة الطاقة الهائلة. اليوم، يدرك الباحثون الظروف التي كانت موجودة في الكون في ذلك الوقت في المصادمات القوية (المسرعات التي تستخدم الحزم المتصادمة). أنتجت التجارب التي أجريت في CERN في وقت سابق من هذا العام بلازما كوارك غلوون، وهي مادة كانت موجودة قبل ظهور الجسيمات الأولية. ويستمر البحث في هذه الحالة من المادة في مركز بروكهافن الأمريكي للمسرعات. إنه قادر على تسريع الجسيمات إلى طاقات أعلى بمقدار واحد ونصف إلى درجتين من المسرع في
سيرن. أثارت التجربة القادمة قلقًا بالغًا: هل ستؤدي إلى إنشاء ثقب أسود صغير من شأنه أن يؤدي إلى ثني الفضاء الخاص بنا وتدمير الأرض؟

وكان لهذا الخوف صدى قوي للغاية حتى أن حكومة الولايات المتحدة اضطرت إلى تشكيل لجنة رسمية لدراسة هذا الاحتمال. وخلصت لجنة مكونة من باحثين بارزين إلى أن طاقة المسرع منخفضة جدًا بحيث لا يمكن أن ينشأ ثقب أسود (تم وصف هذه التجربة في مجلة Science and Life، العدد 3، 2000).

كيف ترى ما هو غير مرئي

لا تصدر الثقوب السوداء شيئًا، ولا حتى الضوء. ومع ذلك، تعلم علماء الفلك رؤيتهم، أو بالأحرى، العثور على "مرشحين" لهذا الدور. هناك ثلاث طرق للكشف عن الثقب الأسود.

1. من الضروري مراقبة دوران النجوم في مجموعات حول مركز ثقل معين. إذا اتضح أنه لا يوجد شيء في هذا المركز، ويبدو أن النجوم تدور حول مساحة فارغة، فيمكننا أن نقول بثقة تامة: في هذا "الفراغ" يوجد ثقب أسود. وعلى هذا الأساس تم افتراض وجود ثقب أسود في مركز مجرتنا وتم تقدير كتلته.

2. يمتص الثقب الأسود المادة إلى داخله من الفضاء المحيط به. يسقط الغبار والغاز والمواد بين النجوم من النجوم القريبة عليها في شكل حلزوني، مما يشكل ما يسمى بالقرص التراكمي، على غرار حلقة زحل. (هذه هي بالضبط الفزاعة في تجربة بروكهافن: سيبدأ ثقب أسود صغير ظهر في المسرع في امتصاص الأرض إلى داخلها، ولا يمكن إيقاف هذه العملية بأي قوة.) عند الاقتراب من مجال شوارزشيلد، تواجه الجسيمات تجربة التسارع والبدء في الانبعاث في نطاق الأشعة السينية. يمتلك هذا الإشعاع طيفًا مميزًا يشبه طيف الإشعاع المدروس جيدًا للجسيمات المتسارعة في السنكروترون. وإذا كان هذا الإشعاع يأتي من منطقة ما في الكون، فيمكننا القول بثقة أنه لا بد من وجود ثقب أسود هناك.

3. عندما يندمج ثقبان أسودان، يحدث إشعاع الجاذبية. وتشير الحسابات إلى أنه إذا كانت كتلة كل منهما حوالي عشرة أضعاف كتلة الشمس، فعند اندماجهما في غضون ساعات، سيتم إطلاق طاقة تعادل 1٪ من كتلتهما الإجمالية على شكل موجات جاذبية. وهذا يزيد بألف مرة عن الضوء والحرارة والطاقة الأخرى التي أطلقتها الشمس طوال فترة وجودها بالكامل - خمسة مليارات سنة. ويأملون في اكتشاف إشعاع الجاذبية بمساعدة مراصد موجات الجاذبية LIGO وغيرها، والتي يتم بناؤها الآن في أمريكا وأوروبا بمشاركة باحثين روس (انظر “العلم والحياة” رقم 5، 2000).

ومع ذلك، على الرغم من أن علماء الفلك ليس لديهم شك في وجود الثقوب السوداء، إلا أنه لا أحد يجرؤ على التأكيد بشكل قاطع أن واحدًا منها بالضبط يقع في نقطة معينة في الفضاء. تتطلب الأخلاقيات العلمية ونزاهة الباحث إجابة لا لبس فيها على السؤال المطروح، إجابة لا تتسامح مع التناقضات. لا يكفي تقدير كتلة الجسم غير المرئي، بل تحتاج إلى قياس نصف قطره وإظهار أنه لا يتجاوز نصف قطر شفارتزشيلد. وحتى داخل مجرتنا، هذه المشكلة ليست قابلة للحل بعد. ولهذا السبب يُظهر العلماء قدرًا معينًا من ضبط النفس في الإبلاغ عن اكتشافهم، وتمتلئ المجلات العلمية حرفيًا بتقارير العمل النظري وملاحظات التأثيرات التي يمكن أن تلقي الضوء على سرها.

ومع ذلك، فإن للثقوب السوداء خاصية أخرى، متوقعة نظريًا، والتي قد تجعل من الممكن رؤيتها. ولكن بشرط واحد: يجب أن تكون كتلة الثقب الأسود أقل بكثير من كتلة الشمس.

الثقب الأسود يمكن أن يكون "أبيض" أيضًا

لفترة طويلة، اعتبرت الثقوب السوداء تجسيدا للظلام، وهي كائنات لا تنبعث منها أي شيء في الفراغ، في غياب امتصاص المادة. ومع ذلك، في عام 1974، أظهر المنظر الإنجليزي الشهير ستيفن هوكينج أنه يمكن تعيين درجة حرارة للثقوب السوداء، وبالتالي يجب أن تشع.

وفقا لمفاهيم ميكانيكا الكم، فإن الفراغ ليس فراغا، بل هو نوع من "رغوة الزمكان"، وهو مزيج من الجسيمات الافتراضية (غير القابلة للرصد في عالمنا). ومع ذلك، يمكن لتقلبات الطاقة الكمومية "إخراج" زوج من الجسيمات والجسيمات المضادة من الفراغ. على سبيل المثال، في اصطدام اثنين أو ثلاثة من كوانتا جاما، سيظهر الإلكترون والبوزيترون كما لو كانا من الهواء الرقيق. وقد لوحظت هذه الظواهر وما شابهها مرارا وتكرارا في المختبرات.

إن التقلبات الكمومية هي التي تحدد العمليات الإشعاعية للثقوب السوداء. إذا كان زوج من الجسيمات ذات الطاقات هو -E(إجمالي الطاقة للزوج صفر) يحدث بالقرب من مجال شوارزشيلد، وسيكون المصير الإضافي للجسيمات مختلفًا. يمكنهم الفناء على الفور تقريبًا أو الدخول تحت أفق الحدث معًا. وفي هذه الحالة لن تتغير حالة الثقب الأسود. ولكن إذا ذهب جسيم واحد فقط تحت الأفق، فسوف يسجل الراصد جسيمًا آخر، وسيبدو له أنه تم إنشاؤه بواسطة ثقب أسود. وفي الوقت نفسه، ثقب أسود يمتص جسيمًا بالطاقة -E، سوف يقلل من طاقتك، ومع الطاقة ه- سيزيد.

قام هوكينج بحساب المعدلات التي تحدث بها كل هذه العمليات وتوصل إلى الاستنتاج التالي: احتمال امتصاص الجسيمات ذات الطاقة السلبية أعلى. وهذا يعني أن الثقب الأسود يفقد الطاقة والكتلة ويتبخر. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يشع كجسم أسود بالكامل مع درجة حرارة ت = 6 . 10 -8 ممع / مكلفن، حيث مج - كتلة الشمس (2.10 ـ 33 جم)، م- كتلة الثقب الأسود . توضح هذه العلاقة البسيطة أن درجة حرارة الثقب الأسود الذي تبلغ كتلته ستة أضعاف كتلة الشمس تساوي جزءًا من مائة مليون من الدرجة. من الواضح أن مثل هذا الجسم البارد لا ينبعث منه أي شيء تقريبًا، ويظل كل المنطق المذكور أعلاه صالحًا. الثقوب الصغيرة هي مسألة أخرى. من السهل أن نرى أنه بكتلة 10 14 -10 30 جرامًا يتم تسخينها إلى عشرات الآلاف من الدرجات وتكون بيضاء ساخنة! ومع ذلك، تجدر الإشارة على الفور إلى أنه لا توجد تناقضات مع خصائص الثقوب السوداء: ينبعث هذا الإشعاع من طبقة فوق مجال شوارزشيلد، وليس تحتها.

لذا، فإن الثقب الأسود، الذي بدا وكأنه جسم متجمد إلى الأبد، يختفي عاجلاً أم آجلاً، ويتبخر. علاوة على ذلك، عندما "تفقد الوزن"، يزداد معدل التبخر، لكنه لا يزال يستغرق وقتًا طويلاً للغاية. تشير التقديرات إلى أن الثقوب الصغيرة التي تزن 10 14 جرامًا، والتي ظهرت مباشرة بعد الانفجار الكبير قبل 10-15 مليار سنة، يجب أن تتبخر تمامًا بحلول عصرنا. في المرحلة الأخيرة من الحياة، تصل درجة حرارتها إلى قيم هائلة، لذلك يجب أن تكون منتجات التبخر جزيئات ذات طاقة عالية للغاية. ولعلها هي التي تولد زخات هوائية واسعة النطاق في الغلاف الجوي للأرض – EAS. على أية حال، فإن أصل الجسيمات ذات الطاقة العالية بشكل غير طبيعي هو مشكلة أخرى مهمة ومثيرة للاهتمام يمكن أن ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمسائل لا تقل إثارة في فيزياء الثقوب السوداء.

يقترح الفيزيائيون أن كوننا موجود داخل ثقب أسود في 21 نوفمبر 2014

ناقشنا شيئا من هذا القبيل. والآن اتضح أن هناك نظرية تقول بأن كوننا موجود داخل ثقب أسود

ويمكن لهذه النظرية الغريبة، التي يعمل عليها الفيزيائيون منذ عقود، أن تلقي الضوء على العديد من الأسئلة التي لا تستطيع نظرية الانفجار الكبير الشهيرة الإجابة عليها.

وفقًا لنظرية الانفجار الكبير، قبل أن يبدأ الكون في التوسع، كان الكون في حالة فردية، أي أن تركيزًا متناهيًا في الصغر من المادة كان موجودًا في نقطة متناهية الصغر في الفضاء. تساعد هذه النظرية، على سبيل المثال، في تفسير سبب بدء المادة الكثيفة بشكل لا يصدق في الكون المبكر في التوسع عبر الفضاء بسرعة هائلة وتشكيل الأجرام السماوية والمجرات ومجموعات المجرات.
ولكن في الوقت نفسه، فإنه يترك عددًا كبيرًا من الأسئلة المهمة دون إجابة. ما الذي أدى إلى الانفجار الكبير نفسه؟

ما هو مصدر المادة المظلمة الغامضة؟

يمكن للنظرية القائلة بأن كوننا موجود داخل ثقب أسود أن تقدم إجابات لهذه الأسئلة والعديد من الأسئلة الأخرى. وإلى جانب ذلك، فهو يجمع بين مبادئ نظريتين مركزيتين في الفيزياء الحديثة: النسبية العامة وميكانيكا الكم.

تصف النسبية العامة الكون على أكبر المقاييس وتشرح كيف تعمل مجالات الجاذبية للأجسام الضخمة مثل الشمس على ثني الفضاء الزمني. وتصف ميكانيكا الكم الكون على أصغر المقاييس - على المستوى الذري. على سبيل المثال، يأخذ في الاعتبار خاصية مهمة للجسيمات مثل الدوران (الدوران).

والفكرة هي أن دوران الجسيم يتفاعل مع الزمن الكوني ويضفي عليه خاصية تسمى "الالتواء". لفهم ما هو شريط الالتواء، تخيل الزمن الكوني على شكل قضيب مرن. سوف يرمز ثني القضيب إلى انحناء الزمن الكوني، وسيرمز الالتواء إلى التواء الزمكان.
إذا كان القضيب رفيعًا جدًا، فيمكنك ثنيه، ولكن سيكون من الصعب جدًا معرفة ما إذا كان ملتويًا أم لا. لا يمكن ملاحظة التواء الزمكان إلا في الظروف القاسية - في المراحل الأولى من وجود الكون، أو في الثقوب السوداء، حيث سيتجلى كقوة تنافر معاكسة لقوة الجاذبية المنبعثة من الانحناء من الزمكان.

وكما يتبين من النظرية النسبية العامة، فإن الأجسام الضخمة جدًا تنتهي وجودها بالسقوط في الثقوب السوداء، وهي مناطق من الفضاء لا يمكن لأي شيء، ولا حتى الضوء، الهروب منها.

في بداية وجود الكون، فإن جاذبية الجاذبية الناجمة عن انحناء الفضاء سوف تتجاوز القوة البغيضة لقضيب الالتواء، بسبب ضغط المادة. ولكن بعد ذلك سيصبح شريط الالتواء أقوى ويبدأ في منع ضغط المادة إلى كثافة لا نهائية. وبما أن الطاقة لديها القدرة على التحول إلى كتلة، فإن المستوى العالي للغاية من طاقة الجاذبية في هذه الحالة سيؤدي إلى تكوين جسيمات مكثفة، مما يؤدي إلى زيادة الكتلة داخل الثقب الأسود.

وبالتالي، فإن آلية الالتواء تشير إلى تطور سيناريو مذهل: يجب على كل ثقب أسود أن يولد كونًا جديدًا داخل نفسه.

إذا كانت هذه النظرية صحيحة، فإن المادة التي يتكون منها كوننا قد تم إحضارها أيضًا من مكان ما بالخارج. ثم لدينا
ويجب أيضًا أن يتشكل الكون داخل ثقب أسود موجود في كون آخر، وهو "الكون الأم".

إن حركة المادة تحدث دائمًا في اتجاه واحد فقط، وهو ما يضمن اتجاه الزمن، وهو ما نعتبره حركة للأمام. وبالتالي فإن سهم الوقت في كوننا موروث أيضًا من الكون "الأم".

هنا تحدثنا أنا وأنت، وهنا نظرنا وتعلمنا المقال الأصلي موجود على الموقع InfoGlaz.rfرابط المقال الذي أخذت منه هذه النسخة -