سياه چاله چيست ؟ - سیاه چاله چیست؟ نسخه متنی

سياه چاله چيست ؟

(شنبه 15 ارديبهشت 1386)- هدي قادري

سوالاتى كه غالبا درمورد سياه چاله ها پرسيده مى شود.

سوال 1

يك سياه چاله چيست ؟

يك سياه چاله ناحيه اى از فضاست كه تراكم جرم آ ن به قدرى زياد است) .داراى چگالى بى نهايت است)كه هيچ راهى براى فرار جرمى كه از نزديك آن عبور كرده و به دام جاذبه گرانشى آ ن مى افتد وجود ندارد. بهترين نظريه ي كه تا كنون در مورد گرانش ارائه شده است نظريه نسبيت عام انيشتين است. ما براى پى بردن به جزئيات سياه چاله ها بايد تعدادى از نتايج اين نظريه را بررسى كنيم. اما اجازه دهيد موضوع را با بحث در مورد گرانش شروع كنيم.

فرض كنيد شما روى سطح يك سياره ايستاده ايد و سنگى را مستقيما به بالا پرتاب مى كنيد . قدرت شما در پرتاب سنگ خيلى زياد نيست بنابراين سنگ تا ارتفاع معينى بالا رفته و پس از مدتى بر اثر نيروى گرانش سياره به پايين مى افتد . ولى اگر سنگ را به قدر كافى به بالا پرتاب كنيد تا سنگ به طور كامل از گرانش سياره بگريزد ديگر به سطح سياره بر نمى گردد. سرعت مورد نيازى كه سنگ بايد داشته باشد تا بتواند از جاذبه گرانشى سياره فرار كند سرعت گريز نام دارد. در اين حال شما انتظار داريد كه سرعت گريز به جرم سياره بستگى داشته باشد .اگر سياره اى بى نهايت سنگين باشد در نتيجه گرانش آ ن قوى و سرعت گريز از آن بالا است . سياره هاى سبك تر سرعت گريز كمترى دارند.سرعت گريز به فاصله شما از مركز سياره نيز بستگى دارد .هر چه به مركز نزديك تر باشيد سرعت گريز بالا ست. سرعت گريز از زمين 2/11كيلو متر بر ثانيه (103?25 متر بر ساعت ) است .در حالى كه سرعت گريز از ماه 4/2 كيلو متر بر ثانيه ( 3/5?103 متر بر ساعت ) است.

حال جرمى را تصور كنيد با چگالى زياذ و شعاع كم وبا سرعت گريز از مركزى فراتر از سرعت نور .]مى دانيم [ هيچ چيز از نور سريع تر حركت نمى كند . بنابر اين هيچ جرمي نمي تواند از ميدان گرانش آ ن فرار كند .حتى نور نيز به دام گرانش آ ن مى افتد وقدرت فرار از آ ن را ندارد.

ايده جرمى با تراكم و چگالى بالا كه حتى نور را مى بلعد به لاپلاس درقرن 18بر مى گردد. تقريبا بلا فاصله پس از اين كه انيشتين نظريه نسبيت عام را بيان كرد كارل شوارتز شيلد يك راه حل محاسباتى براى معادلات اين نظريه پيدا كرد كه به شرح و توصيف اين اجرام مى پرداخت. تلاش افرادى نظير اپن هايمر وال كف اسنايدر در 1930بود كه مردم را به طورجدى درمورد امكان وجود چنين اجرامى در جهان به فكر فرو برد.(آقاى اپن هايمر كسى است كه پروژه من هتن را اداره كردند.)

يافته ها نشان مى دهندهنگامى كه يك سياره سنگين به قدر كافى سوخت خود را مصرف كند ديگرقادر نخواهد بود خود را درمقابل جاذبه گرانشى نگه دارد و بنابر اين در خود فرو ريزش كرده و به يك سياه چاله تبديل مى شود.

در نسبيت عام انيشتين گرانش گواهى بر انحناى فضا و زمان است .جرم سنگين فضا زمان را كج مى كند . بنابر اين قوانين معمول هندسى درمورد اين اجرام صادق نيست. در نزديكى يك سياه چاله انحناى فضا و زمان بى نهايت است.و به اين دليل سياه چاله ها خصوصيات عجيبى دارند. يك سياه چاله داراى افق رويداد است.- سطحى كروى دور تا دور سياه چاله - شما مى توانيد از افق رويداد عبور كنيد ولى نمى توانيدازداخل آن خارج شويد. در حقيقت با گذر از افق رويداد وحركت به سمت مركز سياه چاله و نزديكى به نقطه تكينگى شما از بين مى رويد.

شما مى توانيد افق رويداد را اين گونه در نظر بگيريد : مكانى كه سرعت گريز از آن برابر سرعت نور است و بيرون از افق رويداد سرعت گريز كمتر از سرعت نور است. بنابر اين اگر راكت شما داراى انرژى و سوخت مناسب وكافى باشد تا بتواند خود را به سرعت گريز برساند مى تواند از چنگ گرانش سياه چاله فرار كند.اما اگر شما داخل افق رويداد شديد هيچ ماده اى حتى راكت شما از سياه چاله نمى تواند خارج شود.

افق رويداد خواص هندسى عجيبى دارد: با كمك رصد گرى كه دور از سياه چاله قرار داردافق رويداد سطح كروى آرام وبدون حركتى به نظر مى آيد.اما اگر به افق رويداد نزديك تر شويد تشخيص مى دهيد كه داراى سرعت زيادى است ودر حقيقت با سرعت نور به دور خود حركت مى كند. بنابر اين توضيح اين مساله (كه چرا عبور از افق رويداد راحت ولى بازگشت از آن غير ممكن است) اين مى باشد: زمانى كه افق رويداد با سرعت نور مى چرخد به منظورفراراز ميان آن شما بايد سريع تر از نور حركت كنيد و اين غير ممكن است چون شما نمى توانيد سريع تر از نور حركت كنيد و بنابر اين از افق رويداد نمى توان خارج شد.

نام سياه چاله توسط جان ارچيبال ويلز بر روى اين اجرام نهاده شد كه نسبت به نام قبلى آن گيراتر و ماندنى تر بود.قبل از ويلز اين اجرام به ستاره هاى يخ زده معروف بودند.علت اين نام گذارى را در توضيحات مربوط به سوال 4 شرح خواهم داد.

مترجم: هدي قادري