ابو غازي
01-09-2005, 18:49
بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم
الثقوب السوداء
واجهت الفيزياء الحديثة تحديا رئيسيا لسنوات عديدة مضت، فهناك مدرستان لتفسيرالظواهر الكونية حولنا: المدرسة الأولى هي ميكانيكا الكم والأخرى هي المدرسة النسبية العامة.
فميكانيكا الكم تعتمد على تفسير الموجات والجزيئات الفيزيائية، أما النسبية العامة فتضع الزمن مع المادة في إطار واحد مفسرة حركة الكواكب وامتداد الكون.
واتفق العلماء على ضرورة اندماج المدرستين في بوتقة واحدة لإمكانية الوصول إلى تفسير أدق للكون، وكان التحدي هو وجود الظروف التي تتيح تطبيق الأسس العلمية للمدرستين معا، وإمكانية قياس التأثيرات والمتغيرات لكل مدرسة على حدة.
وهنا كانت المعضلة، فمطلوب اختيار كتلة ضخمة من المادة حيث يمكن تطبيق مدرسة النسبية العامة التي تتعامل أساسا مع الجاذبية، وكذلك اختيار مادة متناهية في الصغر حيث يمكن تطبيق أسس مدرسة ميكانيكا الكم.
فأين توجد مثل هذه الظروف؟
المفاجأة كانت أن هذه الظروف موجودة فعلا، إنها الثقوب السوداء، وهي الجاذبية المتولدة من النجوم المنتهية، وتعرف علميا بأنها نقاط غير محدودة في الزمن والكون، ولديها القدرة على ابتلاع أي قدر من المادة، وكل ما يبتلعه الثقب الأسود يتم ضغطه إلى نقطة مركزية متناهية في الصغر تسمى وحدة، وهذه الوحدة كثافتها غير محدودة.. ربما يبدو الأمر عسير الفهم ولكن هذا هو ما توصلت إليه البشرية في هذا المجال.
ربما يشبه البعض التفسير العلمي للثقب الأسود بما كتبه البحارة القدماء على بعض الأماكن في خرائط البحار "احذر يوجد عفريت هنا!" الحقيقة لم نستطع الوصول إلى قلب الثقب لمعرفة ما يحدث هناك حيث تندمج مفاهيم ميكانيكا الكم مع النسبية العامة في ظروف شديدة الغموض.
المشكلة الجوهرية في رصد الثقوب السوداء هي طبيعتها في امتصاص الضوء داخلها مما يعني عمليا انقطاعها عن الكون، فنقطة اللاعودة للضوء والأشعة تسمى أفق الملاحظة حيث لا يمكن رصد أو ملاحظة أي شيء وراءها أو الحصول على معلومة عما يحدث داخل الثقب الأسود أو خروج أي إشارة منه، فما هو إلا مبتلع دائم لكل شيء!
نظرية ستيفن هاوكينج
الفيزيائي الشهير "ستيفن هاوكينج" لم يتوقف عند هذا الحد فوضع تصورا عما يحدث داخل الثقب الأسود مسترشدا بالقاعدة الفيزيائية الشهيرة أن المادة والطاقة لا تفنيان، ولكن يحدث التحول من صورة إلى أخرى.
في عام 1970م، وضع "ستيفن هاوكينج" نظرية جديدة لتحليل الثقب الأسود، فاقترح أن الثقب الأسود يبخر الطاقة المخزنة داخله بالكامل، لأن الثقب الأسود مع الوقت يقوم بتسريب الطاقة المختزنة داخله حتى يختفي بعد انفجار مروع، فنهاية هذه الثقوب السوداء تكون شديدة الإضاءة، فتحليل "ستيفن هاوكينج" قائم على معرفة كيفية انتهاء الثقب الأسود وما تخبرنا به الأشعة المنبعثة من انفجاره.
تبدو نظرية "ستيفن هاوكينج" منطقية من الناحية العلمية ولكن تواجه تحديين عمليين: الأول أن أقرب ثقب أسود نعرفه يبعد عنا مليارات السنوات الضوئية، مما يستحيل معه الرصد الدقيق للأشعة المنبعثة منه.
والثاني أن الثقوب السوداء تحتاج إلى وقت طويل للفناء والانفجار ويتناسب هذا الوقت مع كتلتها، هذا الوقت قد يتعدى عمر الكون ليفنى فلو تخيلنا ثقبا أسود صغيرا نسبيا في وسط المجرة وهو آخر ما يتلاشى من المجرة ربما يحتاج إلى عشرة آلاف مليار أس 8 (وهو يعني واحد وبجواره 75 صفراً) سنة ضوئية (الرقم يبدو أكثر من مخيف!).
الجدير بالذكر أن ستيفن هاوكينج لم يكن في نيته الصبر طوال هذه المليارات من السنوات الضوئية للتحقق من نظريته فالمطلوب هو البحث عن ثقب يشبه إلى حد كبير الثقوب السوداء وأقل كتلة عنها وعلميا أي كتلة ستؤدي الغرض ما دامت قد انضغطت في حيز صغير.
فالثقب الأسود العملاق الذي يحتوي على ملايين الشموس قد يكون في حجم مجموعتنا الشمسية، ويمكن أن تكون الأرض ثقبا أسود إذا ضغطت في حجم البرتقالة.
وقد دفع متابعة إشعاع الثقوب السوداء العلماء إلى ضرورة تصنيع هذه الثقوب داخل المعامل لإمكانية رصدها وملاحظتها وهذه هي بوابة الفيزياء الجديدة، والتحدي هو أنه لا توجد تكنولوجيا محددة يمكنها تحويل الكتلة إلى ثقب أسود ولكن هناك طريقة للوصول إلى ذلك.
الثقب الأسود الاصطناعي
أثبت "أينشتين" أن الكتلة والطاقة متساويان فإذن من الممكن صناعة ثقب أسود بدفع كمية من الطاقة في حجم متناه في الصغر، وهذه التجارب يمكن تنفيذها باستخدام مسرعات الجزيئات، والعلماء لديهم ثقة أن بإمكانهم تصنيع ثقوب سوداء حسب الطلب وبأي كمية باستخدام تقنية تحطيم الذرة والتي ستتوفر خلال السنوات الخمس القادمة، ويذهب البعض إلى أن معمل التحطيم الحراري (إل إتش سي) بالمركز الأوروبي للأبحاث النووية (سيرن) يمكنه إنتاج ثقب أسود في الثانية.
فمعمل التحطيم سيقذف البروتونات ومضاداتها معا بقوة كبيرة، مما سيولد حرارة وطاقة عالية لا ترى في أول جزء على مليار من الثانية بعد الارتطام وهذا يكفي لإنتاج أعداد كثيرة من الثقوب السوداء بكتلة تقدر بمئات البروتونات (تحتاج إلى موازين ذرية ولا يشعر بها إطلاقا) هذه الثقوب السوداء تتلاشى لحظيا ويمكن ملاحظتها بمتابعة إشعاعات هاوكينج.
ماذا يبحث عنه العلماء في إشعاعات هاوكينج؟!
يريد العلماء تحديد هل الأشعة المنطلقة من انفجار الثقب الأسود تحتوي على معلومات عن الجزيئات التي كونته في المقام الأول أو انضمت إليه بعد ذلك، فهذه الجزيئات تحتوي على شحنات ومسارات ومكونات أساسية أخرى ربما لا تكون قد تلاشت في الثقب الأسود.
النقطة الثانية المطلوب البحث فيها هي الطريقة الدقيقة التي يتلاشى بها الثقب الأسود وينفجر، مما يعطينا بعدا جديدا في فهم الكون، فالنظريات الحديثة حول الانفجار العظيم واللحظات الأولى في تاريخ الكون تنبئ بوجود أكثر من الأبعاد الأربعة التي نعرفها (ثلاثة في الفراغ والرابع الزمن).
أمر أخير هو تخوف بعض الناس من خطورة الثقوب السوداء الاصطناعية، فالأمر ليس بهذه الصورة لأن الثقوب السوداء الاصطناعية ستكون متناهية في الصغر بل أصغر من نواة أي ذرة وأصغر من أن تبتلع شيئا، وعمرها لن يتعدى أجزاء ضئيلة من الثانية فلن يكون لديها الوقت لابتلاع أي شيء حتى لو أرادت ذلك.
الجدير بالذكر أن الأشعة الكونية التي تصل إلى الأرض تكون ثقوباً سوداء طبيعية متناهية في الصغر تتحطم حولنا كل يوم مما يؤكد أن الأمر ليس خطرا على الإطلاق، بل يجب التركيز على تأمل عميق للكون وعظمة الخالق.
والسلام ختام
السلام عليكم
الثقوب السوداء
واجهت الفيزياء الحديثة تحديا رئيسيا لسنوات عديدة مضت، فهناك مدرستان لتفسيرالظواهر الكونية حولنا: المدرسة الأولى هي ميكانيكا الكم والأخرى هي المدرسة النسبية العامة.
فميكانيكا الكم تعتمد على تفسير الموجات والجزيئات الفيزيائية، أما النسبية العامة فتضع الزمن مع المادة في إطار واحد مفسرة حركة الكواكب وامتداد الكون.
واتفق العلماء على ضرورة اندماج المدرستين في بوتقة واحدة لإمكانية الوصول إلى تفسير أدق للكون، وكان التحدي هو وجود الظروف التي تتيح تطبيق الأسس العلمية للمدرستين معا، وإمكانية قياس التأثيرات والمتغيرات لكل مدرسة على حدة.
وهنا كانت المعضلة، فمطلوب اختيار كتلة ضخمة من المادة حيث يمكن تطبيق مدرسة النسبية العامة التي تتعامل أساسا مع الجاذبية، وكذلك اختيار مادة متناهية في الصغر حيث يمكن تطبيق أسس مدرسة ميكانيكا الكم.
فأين توجد مثل هذه الظروف؟
المفاجأة كانت أن هذه الظروف موجودة فعلا، إنها الثقوب السوداء، وهي الجاذبية المتولدة من النجوم المنتهية، وتعرف علميا بأنها نقاط غير محدودة في الزمن والكون، ولديها القدرة على ابتلاع أي قدر من المادة، وكل ما يبتلعه الثقب الأسود يتم ضغطه إلى نقطة مركزية متناهية في الصغر تسمى وحدة، وهذه الوحدة كثافتها غير محدودة.. ربما يبدو الأمر عسير الفهم ولكن هذا هو ما توصلت إليه البشرية في هذا المجال.
ربما يشبه البعض التفسير العلمي للثقب الأسود بما كتبه البحارة القدماء على بعض الأماكن في خرائط البحار "احذر يوجد عفريت هنا!" الحقيقة لم نستطع الوصول إلى قلب الثقب لمعرفة ما يحدث هناك حيث تندمج مفاهيم ميكانيكا الكم مع النسبية العامة في ظروف شديدة الغموض.
المشكلة الجوهرية في رصد الثقوب السوداء هي طبيعتها في امتصاص الضوء داخلها مما يعني عمليا انقطاعها عن الكون، فنقطة اللاعودة للضوء والأشعة تسمى أفق الملاحظة حيث لا يمكن رصد أو ملاحظة أي شيء وراءها أو الحصول على معلومة عما يحدث داخل الثقب الأسود أو خروج أي إشارة منه، فما هو إلا مبتلع دائم لكل شيء!
نظرية ستيفن هاوكينج
الفيزيائي الشهير "ستيفن هاوكينج" لم يتوقف عند هذا الحد فوضع تصورا عما يحدث داخل الثقب الأسود مسترشدا بالقاعدة الفيزيائية الشهيرة أن المادة والطاقة لا تفنيان، ولكن يحدث التحول من صورة إلى أخرى.
في عام 1970م، وضع "ستيفن هاوكينج" نظرية جديدة لتحليل الثقب الأسود، فاقترح أن الثقب الأسود يبخر الطاقة المخزنة داخله بالكامل، لأن الثقب الأسود مع الوقت يقوم بتسريب الطاقة المختزنة داخله حتى يختفي بعد انفجار مروع، فنهاية هذه الثقوب السوداء تكون شديدة الإضاءة، فتحليل "ستيفن هاوكينج" قائم على معرفة كيفية انتهاء الثقب الأسود وما تخبرنا به الأشعة المنبعثة من انفجاره.
تبدو نظرية "ستيفن هاوكينج" منطقية من الناحية العلمية ولكن تواجه تحديين عمليين: الأول أن أقرب ثقب أسود نعرفه يبعد عنا مليارات السنوات الضوئية، مما يستحيل معه الرصد الدقيق للأشعة المنبعثة منه.
والثاني أن الثقوب السوداء تحتاج إلى وقت طويل للفناء والانفجار ويتناسب هذا الوقت مع كتلتها، هذا الوقت قد يتعدى عمر الكون ليفنى فلو تخيلنا ثقبا أسود صغيرا نسبيا في وسط المجرة وهو آخر ما يتلاشى من المجرة ربما يحتاج إلى عشرة آلاف مليار أس 8 (وهو يعني واحد وبجواره 75 صفراً) سنة ضوئية (الرقم يبدو أكثر من مخيف!).
الجدير بالذكر أن ستيفن هاوكينج لم يكن في نيته الصبر طوال هذه المليارات من السنوات الضوئية للتحقق من نظريته فالمطلوب هو البحث عن ثقب يشبه إلى حد كبير الثقوب السوداء وأقل كتلة عنها وعلميا أي كتلة ستؤدي الغرض ما دامت قد انضغطت في حيز صغير.
فالثقب الأسود العملاق الذي يحتوي على ملايين الشموس قد يكون في حجم مجموعتنا الشمسية، ويمكن أن تكون الأرض ثقبا أسود إذا ضغطت في حجم البرتقالة.
وقد دفع متابعة إشعاع الثقوب السوداء العلماء إلى ضرورة تصنيع هذه الثقوب داخل المعامل لإمكانية رصدها وملاحظتها وهذه هي بوابة الفيزياء الجديدة، والتحدي هو أنه لا توجد تكنولوجيا محددة يمكنها تحويل الكتلة إلى ثقب أسود ولكن هناك طريقة للوصول إلى ذلك.
الثقب الأسود الاصطناعي
أثبت "أينشتين" أن الكتلة والطاقة متساويان فإذن من الممكن صناعة ثقب أسود بدفع كمية من الطاقة في حجم متناه في الصغر، وهذه التجارب يمكن تنفيذها باستخدام مسرعات الجزيئات، والعلماء لديهم ثقة أن بإمكانهم تصنيع ثقوب سوداء حسب الطلب وبأي كمية باستخدام تقنية تحطيم الذرة والتي ستتوفر خلال السنوات الخمس القادمة، ويذهب البعض إلى أن معمل التحطيم الحراري (إل إتش سي) بالمركز الأوروبي للأبحاث النووية (سيرن) يمكنه إنتاج ثقب أسود في الثانية.
فمعمل التحطيم سيقذف البروتونات ومضاداتها معا بقوة كبيرة، مما سيولد حرارة وطاقة عالية لا ترى في أول جزء على مليار من الثانية بعد الارتطام وهذا يكفي لإنتاج أعداد كثيرة من الثقوب السوداء بكتلة تقدر بمئات البروتونات (تحتاج إلى موازين ذرية ولا يشعر بها إطلاقا) هذه الثقوب السوداء تتلاشى لحظيا ويمكن ملاحظتها بمتابعة إشعاعات هاوكينج.
ماذا يبحث عنه العلماء في إشعاعات هاوكينج؟!
يريد العلماء تحديد هل الأشعة المنطلقة من انفجار الثقب الأسود تحتوي على معلومات عن الجزيئات التي كونته في المقام الأول أو انضمت إليه بعد ذلك، فهذه الجزيئات تحتوي على شحنات ومسارات ومكونات أساسية أخرى ربما لا تكون قد تلاشت في الثقب الأسود.
النقطة الثانية المطلوب البحث فيها هي الطريقة الدقيقة التي يتلاشى بها الثقب الأسود وينفجر، مما يعطينا بعدا جديدا في فهم الكون، فالنظريات الحديثة حول الانفجار العظيم واللحظات الأولى في تاريخ الكون تنبئ بوجود أكثر من الأبعاد الأربعة التي نعرفها (ثلاثة في الفراغ والرابع الزمن).
أمر أخير هو تخوف بعض الناس من خطورة الثقوب السوداء الاصطناعية، فالأمر ليس بهذه الصورة لأن الثقوب السوداء الاصطناعية ستكون متناهية في الصغر بل أصغر من نواة أي ذرة وأصغر من أن تبتلع شيئا، وعمرها لن يتعدى أجزاء ضئيلة من الثانية فلن يكون لديها الوقت لابتلاع أي شيء حتى لو أرادت ذلك.
الجدير بالذكر أن الأشعة الكونية التي تصل إلى الأرض تكون ثقوباً سوداء طبيعية متناهية في الصغر تتحطم حولنا كل يوم مما يؤكد أن الأمر ليس خطرا على الإطلاق، بل يجب التركيز على تأمل عميق للكون وعظمة الخالق.
والسلام ختام