هل سيوفر لك كابل قوي ، أم أن مصيرك أمر مفروغ منه؟

لم يتمكن أحد حتى الآن ، ولن يتمكن من تجنب عواقب قراراتهم.
- ألفريد أ. مونتابرت

يمكن للجميع إرسال أسئلتهم واقتراحاتهم إلى العمود الخاص بي ، ولكن لن يكون هناك سوى قلة مختارة محظوظة لتلقي إجابة عليها. هذا الأسبوع ، يتوجه الشرف إلى المستخدم klooloola ، الذي يريد توضيح وجود فرص للهروب من الثقب الأسود. لا يمكن للفوتون بالطبع أن يفلت منه ، ولكن ربما يمكن لشيء آخر أن يفعل ، إذا رتبنا كل شيء على النحو التالي:

أتساءل عما إذا كان من الممكن الزحف من ثقب أسود. لا تتسارع إلى سرعة الهروب ، ولكن باستخدام مصعد افتراضي. ثم لا يتعين عليك الطيران أسرع من الضوء. ليس عليك التغلب على السرعة الكونية الأولى عن طريق تسلق المصعد. يمكن لسفينة كبيرة خارج أفق الحدث لثقب أسود كبير بقوى المد والجزر الصغيرة أن تعلق رجلًا على كابل ، وأن تخفضه إلى ما بعد أفق الحدث ، ثم تسحبه إلى الخلف.

فكرة مثيرة للاهتمام. دعونا نرى ما إذا كان ذلك ممكنًا أو أي طريقة أخرى.

الثقب الأسود ليس مجرد تفرد فائق وكثافة للغاية حيث يكون الفضاء منحنيًا لدرجة أن كل ما سقط هناك لا يمكنه الهروب. عادة نتخيل ذلك بهذه الطريقة ، ولكن الثقب الأسود ، على وجه الدقة ، هو منطقة من الفضاء حول مثل هذه الأجسام التي لا يمكن للمادة ولا الطاقة - ولا حتى الضوء - الهروب منها.

لا يوجد شيء غريب هنا. إذا أخذت الشمس كما هي ، وضغطتها بقطر عدة كيلومترات ، فستحصل على ثقب أسود بالضبط. على الرغم من أن الشمس ليست في خطر مثل هذا التحول ، إلا أن هناك نجوم ستتحول إلى ثقوب سوداء بهذه الطريقة.

إن أضخم نجوم الكون هي نجوم بكتلة تفوق كتلة الشمس بمقدار عشرين أو أربعين أو مائة أو حتى في مركز الكتلة الفائقة في الصورة أعلاه ، 260 مرة أكثر أزهارًا وأكثرها سطوعًا وإشراقًا. كما أنهم يحرقون أسرع وقود نووي في جوهرهم: في مليون أو مليوني سنة فقط بدلاً من مليارات ، كما تفعل الشمس.

عندما ينفد النجم من الوقود ، تتعرض نوى الذرات الموجودة بداخله لضغط جاذبية هائل: قوي جدًا لدرجة أنه بدون ضغط الاستجابة للإشعاع الناتج عن الاندماج النووي ، ينهار. في الحالات الأقل تطرفًا ، تتراكم الكثير من الطاقة في النوى والإلكترونات التي تتحول ، نتيجة للتوليف ، إلى كتلة مرتبطة بالنيوترونات. إذا كانت كتلة النواة أكبر عدة مرات من كتلة الشمس ، فإن هذه النيوترونات كثيفة وضخمة لدرجة أنها تنهار وتتحول إلى ثقب أسود.

ضع في اعتبارك أن هذا هو الحد الأدنى للكتلة السوداء: بضع كتل شمسية. يمكن أن تنمو الثقوب السوداء أكثر بكثير عن طريق الدمج ، وامتصاص المادة والطاقة والانتقال إلى مركز المجرة. في وسط درب التبانة ، تم العثور على جسم بكتلة تبلغ أربعة ملايين من الطاقة الشمسية ، تدور حولها النجوم الفردية ، والتي في الوقت نفسه لا تصدر أي ضوء عند أي أطوال موجية.

في المجرات الأخرى ، يمكن أن توجد ثقوب سوداء أكثر ضخامة ، آلاف المرات أكبر من مجرتنا ، وليس هناك حد نظري أعلى لكتلتها. لكننا لم نذكر بعد خاصيتين مثيرتين للثقوب السوداء ، والتي يجب أن تقودنا إلى إجابة سؤال اليوم. الأول هو ما يحدث للفضاء مع زيادة كتلة الثقب الأسود.

من خلال تعريف الثقب الأسود ، لا يمكن لأي كائن الهروب من جاذبيته الجاذبية ، بغض النظر عن سرعته ، حتى لو كان يساوي سرعة الضوء. يُعرف هذا الحد الفاصل بين المكان الذي يستطيع الكائن الهروب فيه وحيث لا يستطيع الهروب ، باسم أفق الحدث ، وكل حفرة بها.

قد يفاجئك ، ولكن انحناء الفضاء أقل بكثير في أفق الحدث حول أكبر الثقوب السوداء الضخمة ، وأكثر بكثير حول الثقوب الأقل ضخامة. تخيل ما يلي: إذا "وقفت" في أفق أحداث ثقب أسود ، وكانت قدميك على الحدود فقط ، ورأسك في مكان يبعد 1.6 متر عن التفرد ، فإن جسمك سيتأثر بالقوة التي تمدّه. إذا كان ثقبًا أسود في مركز مجرتنا ، فإن قوة الشد هذه ستكون 0.1 ٪ فقط من جاذبية الأرض. وإذا تحولت الأرض إلى ثقب أسود ، ووقفت في أفق الأحداث ، فستكون قوة الشد أقوى بعشر مرات ²⁰ من الجاذبية!

في مثل هذه الظروف ، كان علينا التحقق من افتراض القارئ. بالطبع ، إذا كانت قوى الشد هذه صغيرة جدًا عند حدود أفق الحدث ، فيجب ألا تكون أكبر بكثير داخلها ، وبالتالي ، بالنظر إلى القوى الكهرومغناطيسية التي تحتفظ بأشياء صلبة ، ربما يمكننا تعليق الجسم خارج أفق الحدث ، وعبوره ، ثم تمديده الاعتراض مرة أخرى.

لكن هل هذا ممكن؟ لنفهم ، دعونا نعود إلى ما يحدث على الحدود بين النجم النيوتروني والثقب الأسود: على حدود الكتلة المطلوبة.

تخيل أن لديك كرة نيوترونية كثيفة بشكل لا يصدق ، حيث لا يزال الفوتون يستطيع الهروب من السطح ، بدلاً من الاضطرار إلى السقوط مرة أخرى إلى النجم. نضع نيوترونًا آخر على سطحه ، وفجأة ستفقد النواة القدرة على كبح انهيار الجاذبية. لكننا نبتعد عن الأفكار حول ما يحدث على سطحه ، ونتخيل ما يحدث داخل منطقة تشكيل الثقب الأسود.

تخيل نيوترونًا منفصلاً يتكون من الكواركات والغلونات ، وتخيل أن الغلوونات تحتاج إلى الانتقال من كوارك إلى آخر لنقل التفاعلات.

سيكون أحد الكواركات أقرب إلى التفرد في مركز الثقب الأسود من الآخر. من أجل تبادل التفاعلات - ومن أجل استقرار النيوترون - سيتعين على الجلون في مرحلة ما الانتقال من الكوارك القريب إلى البعيد. ولكن حتى بسرعة الضوء (والغلونات ليس لها كتلة) هذا مستحيل! كل الجيوديسيا الصفرية ، أي المسارات التي يتحرك على طولها جسم يتحرك بسرعة الضوء ، تؤدي إلى تفرد في وسط الثقب الأسود. علاوة على ذلك ، فإنهم لا يبتعدون عنه أبداً مما كان عليه وقت بدء الرحلة.

لذلك ، يجب أن ينهار النيوترون داخل أفق حدث الثقب الأسود ويصبح جزءًا من التفرد في المركز.

نعود على سبيل المثال مع كابل. عندما يعبر أي جسيم أفق الحدث ، فمن المستحيل بالفعل أن يعود - حتى للضوء. لكن الفوتونات والغلوونات هي بالتحديد ما يلزم لنقل التفاعلات مع الجسيمات خارج أفق الحدث - ولا يمكنها الوصول إلى هناك!

هذا لا يعني أن الكبل سوف ينكسر. على الأرجح ، ستسحب قوة الجاذبية سفينتك بالكامل إلى الحفرة. بالطبع ، القوى في ظروف معينة لن تمزقك ، ولكن هذا ليس هو السبب الذي يجعل الرغبة في التفرد تصبح حتمية. هذه قوة جذب لا تصدق وحقيقة أن جزيئات أي كتلة وطاقة وسرعة لا يمكن إرسالها إلا إلى التفرد مباشرة بعد عبور أفق الحدث.

ولسوء الحظ ، لهذا السبب من المستحيل الخروج من الثقب الأسود بعد عبور أفق الحدث. شكرا على السؤال الرائع ونتمنى ان تكون قد استمتعت بالشرح! أرسل لي أسئلتك واقتراحاتك للمقالات التالية.

اسأل إيثان رقم 81: هل من الممكن الزحف من الثقب الأسود

هل سيوفر لك كابل قوي ، أم أن مصيرك أمر مفروغ منه؟

More articles: