[ابو غازي]

فيزياء الثقب الأسود

ولفحص التركيب الغريب للزمكان حول الثقب الأسود , نفرض أن شخصا ما سافر إلى داخله , وبدأ بالانطلاق من سفينة فضاء تتحرك بشكل مداري إلى ثقب اسود كتلته تساوي 10 كتل شمسية ويكون بعدها عنه وحدة فلكية واحدة .
السفينة تسير في مدارها حسب قوانين كبلر وعندها تكون مثل أي كتلة عادية . وكما نعلم ومن خلال قانون كبلر الثالث ومدار سفينة الفضاء يمكننا حساب كتلة الثقب . ونفرض انه قفز ومعه ضوء ليزر وساعة رقمية لإرسال إشارات تعود إلى السفينة .
وسيسقط باتجاه الثقب الأسود لوقت طويل ولن يحدث شيء غريب باستثناء ما سيحدث له من تمدد خلال اقترابه منه وذلك بسبب تأثير قوى جاذبه من رأسه إلى أصابع قدميه وتعصره من كتفيه , وبالاقتراب من الثقب الأسود تنمو وتزيد قوى المد بشكل عنيف إذا علمنا العلاقة العسكية بين مكعب القوة و البعد
( F³ ά 1/D ) .
وإنسان عادي سيبدأ بالتموج عند حوالي 3000 كيلومتر من ثقب اسود كتلته تساوي 10 كتل شمسية , وهو سيمر بنصف قطر شوارزشيلد دون حدوث جديد , لا إشارات ملاحظة عند حافة الثقب الأسود وسرعة الهروب ستصل إلى نهايتها عند حوالي 10 أس (-5) ثانية بعد عبوره قطر شوارزشيلد كما انه ستصطدم بالانفرادية .وعندما يكون الحجم يساوي صفرا فانه ستدمر .
ما هي رؤية سفينة الفضاء لما حدث ؟

باعتبار الرجل يمثل قطره في هذا الثقب , والضوء القادم من ليزره سيكون انزياحات حمراء
الانزياح الأحمر تجاذبي والوقت بين ومضات الليزر سيزداد بسبب ظاهرة تمدد الزمن التي كانت من نتائج النسبية العامة , وأثناء وصوله لنصف قطر شوارزشيلد ستكون الوقت مستمرا في التزامن .
وبالنسبة لليزر الذي أطلقه أثناء مروره بنصف قطر شوارزشيلد سيبدو الوقت طويلا جدا (لا نهائيا ) بالنسبة لسفينة الفضاء ( علما انه يتحرك بسرعة الضوء c ) وهو أيضا سيعاني من انزياح احمر لا نهائي كما في المعادلة السابقة .
الثقب الأسود عمليا ومن خلال المراقبة الكونية : يمنع أي راصد مشاهدة الأجسام بعد سقوطها فيه .
ونتيجة لذلك فان أي كتلة يمكن أن تكون ثقبا اسودا إذا وصلت إلى نصف قطر شوارزشيلد , وعندها تكون معرضة إلى التزامن والى الانزياحات الحمراء ( كما أنها ستحوي نقاط انفرادية ) .
والثقوب السوداء هي كتلة صغيرة نجمية تشكلت بعد موت النجوم وكان هذا التشكل ناتج عن قوة عالية جدا .
رصد الثقوب السوداء :
لا نستطيع رصد ثقبا اسودا معزولا لوحده , ولكن يمكننا اكتشافه من خلال ملاحظة تفاعله مع مواد أخرى , وأي مادة تسقط في هذا الثقب ستزيد من طاقته الحركية ومن حرارته القادمة من تأين وإصدار الشعاع الكهرومغناطيسي , وعند وصول درجة الحرارة إلى مليون كالفن فان هذه المادة ستصدر أشعة اكس . والثقب الأسود عند مروره بسحابة بينجمية أو أثناء ابتلاعه لنجم فانه يقوم بكنس المادة إلى داخله ومن ثم بثها عبر القطبين . وإذا التحمت المادة بالثقب فإنها ستكون ذات كمية حركة زاوية أولية وستكون شكل قرص حول الثقب ( افق الحدث ) وهو مصدر أشعة اكس المرصودة , وتعتبر من العوامل المساعدة لتكوين ثقب اسود .
الإشعاع المجري لمصادر أشعة اكس مداه بين 10 أس 26 و 10 أس 31( J/s ) , ويكون لهذه الأشعة طول موجي يساوي 0.3 nm ( 3× 10 أس (-8) متر ) , والحرارة تكون 10 أس 7 كالفن , ولإنتاج ضيائية تساوي 10 أس 30 J/s وعند هذه الحرارة فان الجسم سيتحرك على شكل دائرة نصف قطرها R , وذلك حوالي نصف قطر نجم نيتروني ( افق الحدث ) حول الثقب الأسود , ولكي نحسب معدل سقوط الكتلة في هذا الثقب كي ينتج أشعة اكس مرصودة , فإننا نفرض أن كتلة الجسم M و نصف قطره R وباعتباره ملاصقا فان dm/dt هي المعدل الكتلة الساقطة في الثقب لكل ثانية , وتكون طاقته الجاذبة :
d.E /dt = ( GM/R) . dm/dt
وإذا اعتبرنا أن كل الطاقة تتحول إلى إشعاع فان L = 10³ وهي الضيائية و M هي كتلة الشمس و R = 10 km , نجد أن
L = (GM/R) . dm/dt
وبالتالي فان معدل سقوط الكتلة هو :
dm/dt = LR/GM
ويساوي 7.5 × 10 ( أس 13 ) كيلوجرام لكل ثانية ..