👨🏿‍🔧 😊 👩‍🔧 اسأل إيثان رقم 100: لماذا لا تشكل المادة المظلمة ثقوبًا سوداء؟ 🐨 ⛈️ 🌘

إذا كانت المادة المظلمة في الكون هي الكتلة الأكبر ، ولها جاذبية ، فأين تتكون البنى منها؟

جميع الشركات التي تبدأ بحماس غير مقيد ، يمكن تحقيقها في البداية بقوة كبيرة ، ولكنها في النهاية تفشل.
- تاسيتوس

لا أصدق أنه تم بالفعل إصدار 100 إصدار من "اسأل إيثان". في كل أسبوع ترسل أسئلتك ، وأختار الأفضل لي للإجابة عليه علانية. كان لدى هذا الأسبوع بعض الأسئلة الصعبة ، لكن لا يمكنني أن أقول لا لأحد منهم من جيري ماسون:

إذا كانت المادة المظلمة ذات جاذبية ، فلماذا لا تشكل ثقوبًا سوداء أو هياكل أخرى؟

المادة المظلمة (TM) لها جاذبية حقًا ، وهي في الحقيقة لا تشكل ثقوبًا سوداء (BHs) أو نجومًا مظلمة أو كواكب أو ذرات. لماذا؟

تخيل الكون في المراحل الأولى من التطور ، قبل ظهور الثقوب السوداء والنجوم والكواكب والذرات. هذا "بحر" ساخن وكثيف ومتسع من المادة والإشعاع من جميع الأنواع المسموح بها. في الكون ، الذي يبلغ عمره بضع دقائق ، توجد بالفعل نوى ذرية وإلكترونات ونيوترينوات وفوتونات وجميع المواد المظلمة.

كل هذا لا يطير بسرعات هائلة فحسب ، بل يتفاعل أيضًا مع بعضها البعض. كل هذا يتعرض للجاذبية (حتى الفوتونات ، بفضل معادلة آينشتاين للكتلة والطاقة) ، لكن الجاذبية ليست العامل الوحيد.

الفوتونات والإلكترونات هي الأسوأ على الإطلاق: فهي تتفاعل في كثير من الأحيان بسبب الكهرومغناطيسية والتناثر و "الارتداد" عن بعضها البعض ، وتبادل الطاقات والعزم.

النوى ليست سوى أخف قليلاً: فهي أكثر ضخامة ، وبالتالي فهي تتفاعل بشكل أقل ، ومع كل تصادم تفقد أو تكتسب زخمًا أقل.

النيوترينو محظوظ: ليس لديهم شحن ، ولا يخضعون للتفاعلات الكهرومغناطيسية. إنهم يخضعون (باستثناء الجاذبية) للتفاعلات الضعيفة فقط ، لذا فإن الاصطدامات نادرة جدًا.

لكن المادة المظلمة جيدة بشكل عام: يبدو أنها تتفاعل فقط من خلال الجاذبية. لا تحدث تصادمات ، فهي تنجذب فقط إلى مصادر أخرى من المادة.

ولكن قد تشعر بالقلق من أن هذا لن يؤدي إلا إلى تفاقم الوضع. في المواد العادية ، تحدث التصادمات والتفاعلات التي تتداخل مع انهيار الجاذبية وتشكيل كتل كثيفة. وستتراكم المادة المظلمة في المناطق الأكثر كثافة في الفضاء في الجلطات. لكن هذا لا يحدث بالضبط كما تتخيل. على سبيل المثال ، ماذا يحدث عندما تنهار سحابة الغاز وتشكل نجمة؟

يصبح الغاز ، عند تعرضه للجاذبية ، أكثر كثافة ، ولكن المادة التي يتكون منها يتم الاحتفاظ بها معًا ، مما يسمح للغاز بالوصول إلى حالة أكثر كثافة. ومعاً تبقي فقط بسبب الكهرومغناطيسية! هذا هو السبب في أن المادة يمكن أن تنهار وتخلق أجسامًا ذات صلة مثل النجوم والكواكب والذرات.

وبدون ذلك ، ستحصل فقط على بنية "متناثرة" متناثرة لا تتحملها الجاذبية إلا بصعوبة. لذلك ، يمكن للمرء أن يسمع هالة من TM ، أو خيوط من TM على نطاق واسع ، ولكن ليس حول الهياكل الأخرى التي تتكون منها.

هذه الهالة المتناثرة المتفرقة مهمة جدًا - فهي بذور جميع الهياكل المتصلة بالكون. هذه المجرات القزمة ، المجرات العادية ، مجموعات المجرات ، العناقيد ، العناقيد الفائقة والخيوط ، بالإضافة إلى جميع الهياكل الفرعية لهذه الأجسام. ولكن بدون قوة إضافية ، وبدون تأثير "الالتصاق" الذي يجمع كل شيء معًا من أجل تبادل الطاقة والزخم ، يُحتم على TM أن تظل في مثل هذه الحالة الفضفاضة والمتهالكة. يمكن للمادة العادية أن تشكل هياكل كثيفة ، لكن HM لا يمكن أن تتصادم بشكل مرن ، وتفقد الزخم والزخم الزاوي ، وبالتالي ، تضطر إلى الوجود في شكل هالة.

من الصعب جدًا التفكير في أن الكواكب والنجوم والثقوب السوداء وكل شيء آخر لا تتماسك بسبب الجاذبية - لكن الجاذبية ليست سوى جزء من المعادلة. تخيل أنك أطلقت كرة من الذرات. ماذا سيحدث له؟

بطبيعة الحال ، سوف تتحرك على طول القطع المكافئ (إذا لم تؤخذ مقاومة الهواء في الاعتبار) ، سترتفع إلى أقصى ارتفاع لها وستسقط حتى تصل إلى الأرض. على نطاق واسع ، سوف تتحرك في مدار بيضاوي الشكل ، أحد بؤره سيكون مركز كتلة الأرض ، ولكن بما أن سطحه يظهر في طريقه ، فإن جزءًا من مساره يبدو مثل القطع المكافئ.

ولكن إذا تحولت هذه الكرة بشكل سحري إلى قطعة TM ، فستكون النتيجة مفاجأة لك.

بدون قوى كهرومغناطيسية ، ستحدث أشياء رهيبة كثيرة:
• بالإضافة إلى الجاذبية ، لا توجد تفاعلات أخرى بين جزيئات الكرة وذرات الأرض. بدلاً من القطع المكافئ ، ستمر الكرة TM عبر جميع طبقات الأرض ، وسوف تدور حول المركز في شكل قطع ناقص مثالي تقريبًا (ولكن ليس مثاليًا تمامًا بسبب الكثافة غير المتساوية للأرض) ، وستخرج بالقرب من نقطة الدخول إلى السطح ، وستصف مرة أخرى القطع المكافئ ، وستستمر في الطيران إلى ما لا نهاية.
• الكتلة نفسها لا تحمل أي شيء معًا! على الرغم من أن ذرات الكرة العادية تتحرك أيضًا بشكل عشوائي ، إلا أنها متماسكة معًا عن طريق التفاعل الكهرومغناطيسي ، ونتيجة لذلك تحتفظ الكرة بشكلها. عندما تتم إزالة هذا التفاعل ، فإن الحركات العشوائية لجسيمات TM ستمزق هذه الكتلة ، لأن الجاذبية وحدها لا تكفي لتحملها.
ونتيجة لذلك ، مع مرور الوقت ، ستمتد ذاكرة الترجمة إلى شكل قطع ناقص ، والذي سيتم تدريجيًا تدريجيًا ، مثل شظايا مذنب (ولكنه سيكون أكثر ندرة)!

لا تستطيع TM تشكيل ثقوب سوداء وغيرها من الأجسام الكثيفة ، لأن الجاذبية وحدها لا تكفي لربط هذه الأشياء. نظرًا لأن الجاذبية ضعيفة جدًا ، يمكنها ربط الجسيمات بشكل ضعيف جدًا - مما يؤدي إلى ظهور هياكل ضخمة متفرقة كبيرة. للحصول على كتلة ضيقة من شيء ما - على شكل نجم أو كوكب أو ذرة - تحتاج إلى تفاعل أقوى من الجاذبية.

ومن الممكن أن يتفاعل TM مع نفسه (أو مع المادة والإشعاع على مستوى ما) ، ولكن إذا كان الأمر كذلك ، يمكننا أن نقول مدى ضعف هذا التفاعل. إنه ضعيف للغاية ، إن لم يكن صفرًا على الإطلاق.

وعلى الرغم من أننا نتخيل أنه على نطاق واسع ، فإن الجاذبية فقط هي التي تهم ، في الواقع ، الهياكل المرئية - تلك التي تتوهج ، تلك التي تحتوي على جزيئات وذرات ، والتي تنهار في ثقوب سوداء - تسمح بتفاعلات أخرى. لسوء الحظ ، لا تستطيع TM تكوين مثل هذه الهياكل ، لأن الجاذبية وحدها لا تكفي لذلك.

على هذا ، انتهى الإصدار 100 من "اسأل إيثان"!

اسأل إيثان رقم 100: لماذا لا تشكل المادة المظلمة ثقوبًا سوداء؟

إذا كانت المادة المظلمة في الكون هي الكتلة الأكبر ، ولها جاذبية ، فأين تتكون البنى منها؟

More articles: