أفق الحدث للثقب الأسود هو جزء كروي أو كروي لا يمكن لأي شيء ، حتى الضوء ، الهروب منه. لكن هناك تنبؤًا بأن الثقب الأسود يبعث إشعاعًا خارج أفق الحدث.من الصعب أن نتخيل ، نظرًا لتنوع الأشكال التي تقبلها المادة في الكون ، أنه لم يكن هناك سوى ملايين الذرات المحايدة من الهيدروجين والهيليوم في ملايين السنين. ربما يكون من الصعب أن نتخيل أنه في يوم من الأيام ، بعد كوادريليون سنة ، ستخرج جميع النجوم. فقط بقايا هذا الكون الحي ستكون موجودة ، بما في ذلك الأشياء الأكثر إثارة للإعجاب: الثقوب السوداء. لكنهم ليسوا أبديين. يريد قارئنا أن يعرف بالضبط كيف سيحدث هذا:
ماذا يحدث عندما يفقد الثقب الأسود طاقة كافية بسبب إشعاع هوكينج ، ولم تعد كثافة طاقته كافية للحفاظ على التفرد مع أفق الحدث؟ وبعبارة أخرى ، ماذا يحدث عندما يتوقف الثقب الأسود عن كونه ثقبًا أسود بسبب إشعاع هوكينج؟
للإجابة على هذا السؤال ، من المهم أن نفهم ما هو الثقب الأسود حقًا.
تشريح نجم ضخم للغاية خلال حياته ، وبلغت ذروتها في مستعر أعظم من النوع IIa في اللحظة التي ينتهي فيها الوقود النووي في النواةتتشكل الثقوب السوداء بشكل رئيسي بعد انهيار قلب نجم ضخم أنفق كل الوقود النووي وتوقف عن تجميع عناصر أثقل منه. مع تباطؤ ووقف التوليف ، يواجه القلب انخفاضًا قويًا في ضغط الإشعاع ، الذي منع النجم فقط من انهيار الجاذبية. في حين أن الطبقات الخارجية غالبًا ما تعاني من تفاعل اندماج خارج نطاق السيطرة ، وتنفجر النجم الأصلي إلى مستعر أعظم ، فإن النواة تتقلص أولاً إلى نجم نيوتروني ، ولكن إذا كانت كتلتها كبيرة جدًا ، حتى تقلص النيوترونات وتصبح كثيفة ، من التي ينشأ عنها ثقب أسود. يمكن أن يحدث BH أيضًا عندما يلتقط نجم نيوتروني في عملية
التراكم كتلة كافية من نجم مصاحب ويعبر الخط الضروري للتحويل إلى BH.
عندما يكتسب نجم نيوتروني ما يكفي من المادة ، يمكن أن ينهار إلى ثقب أسود. عندما يجمع BH المادة ، ينمو قرص التراكم والكتلة ، حيث تقع المادة خارج أفق الأحداثمن وجهة نظر الجاذبية ، كل ما يلزم لتصبح BH هو جمع كتلة كافية في حجم صغير بما فيه الكفاية بحيث لا يمكن للضوء الهروب من قسم معين. لكل كتلة ، بما في ذلك كوكب الأرض ، سرعة هروب خاصة بها: السرعة التي تحتاج إلى الوصول إليها للهروب من جاذبية الجاذبية على مسافة معينة (على سبيل المثال ، على مسافة من مركز الأرض إلى سطحها) من مركز الكتلة. ولكن إذا اكتسبت كتلة كافية بحيث تكون السرعة التي تحتاج إلى اكتسابها على مسافة معينة من مركز الكتلة مساوية للضوء - فلن يتمكن أي شيء من الهروب منها ، حيث لا شيء يمكنه تجاوز الضوء.
كتلة الثقب الأسود هي العامل الوحيد الذي يحدد نصف قطر أفق الحدث لـ BH المعزولة غير الدوريةهذه المسافة من مركز الكتلة التي تكون فيها السرعة الهاربة مساوية لسرعة الضوء - دعنا نسميها R - تحدد حجم أفق الحدث للثقب الأسود. لكن حقيقة أن المادة في الداخل تحت هذه الظروف تؤدي إلى عواقب أقل شهرة: يجب أن تنهار كلها إلى التفرد. يمكن للمرء أن يتصور أن هناك حالة مادة تسمح لها بالبقاء مستقرة ولها حجم محدود داخل أفق الحدث - ولكن هذا مستحيل جسديًا.
من أجل الحصول على تأثير خارجي ، يجب أن يقوم الجسيم الداخلي بإرسال الجسيم الذي ينقل التفاعل بعيدًا عن مركز الكتلة نحو أفق الحدث. لكن هذا الجسيم الناقل للتفاعل محدود أيضًا بسرعة الضوء ، وبغض النظر عن مكان وجودك داخل أفق الحدث ، تنتهي جميع
الخطوط العالمية في مركزها. بالنسبة للجسيمات الأبطأ والأكثر ضخامة ، يكون الأمر أسوأ. بمجرد ظهور BH مع أفق الحدث ، يتم ضغط كل المادة الموجودة بداخله إلى تفرد.
من السهل حساب الزمكان الخارجي لشوارزشيلد BH ، المعروف باسم مكافئ فلام . ولكن في أفق الحدث ، تؤدي جميع الخطوط الجيوديسية إلى تفرد مركزي.وبما أن لا شيء يمكن أن يهرب ، يمكن للمرء أن يقرر أن BH أبدي. وإذا لم يكن لفيزياء الكم ، فسيكون الأمر كذلك تمامًا. لكن في فيزياء الكم ، هناك كمية غير صفرية من الطاقة الكامنة في الفضاء نفسه: الفراغ الكمي. في الفضاء المنحني ، يكتسب الفراغ الكمومي خصائص مختلفة قليلاً عن تلك الموجودة في الفراغ المسطح ، ولا توجد مناطق يكون فيها الانحناء أعلى مما هو عليه في المنطقة الفريدة للثقب الأسود. إذا قارنا هذين القانونين للطبيعة - فيزياء الكم والمكان من GR حول BH - نحصل على شيء مثل إشعاع هوكينج.
يوضح تصور الديناميكا الصبغية الكمومية كيف تخرج أزواج الجسيمات / الجسيمات من الفراغ الكمي على فترات قصيرة جدًا كنتائج لمبدأ عدم اليقين في هايزنبرغ.إذا أجريت حسابات وفقًا لنظرية المجال الكمي في الفضاء المنحني ، فستحصل على إجابة مذهلة: الإشعاع الحراري من جسم أسود ينبعث من الفضاء المحيط بأفق الحدث لثقب أسود. وكلما كان أفق الحدث أصغر ، كلما كان انحناء المساحة المجاورة أقوى ، وكلما زادت سرعة إشعاع هوكينج. إذا كانت شمسنا عبارة عن ثقب أسود ، فإن درجة حرارة إشعاع هوكينج ستكون 62 نيوتن. إذا أخذنا BH في وسط مجرتنا ، التي تزيد كتلتها عن 4000،000 مرة ، فستكون درجة الحرارة بالفعل 15 fK ، فقط 0.000025 ٪ من الأولى.
صورة مركبة من نطاق الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء ، والتي تظهر BH في وسط مجرتنا: القوس A * . تبلغ كتلتها 4 ملايين ضعف كتلة الشمس ، وتحيط بها أشعة سينية تنبعث منها الغازات الساخنة. كما أنها تنبعث منها إشعاع هوكينج (الذي لا يمكننا اكتشافه) ، ولكن عند درجة حرارة أقل بكثير.وهذا يعني أن BHs الصغيرة تتبخر بشكل أسرع ، بينما BHs الكبيرة تعيش لفترة أطول. تقول الحسابات أن BH للكتلة الشمسية ستكون موجودة قبل
67 سنة من تبخرها ، لكن BH في وسط مجرتنا ستعيش 10 إلى
20 مرة أكثر قبل أن تتبخر. لكن الشيء الأكثر جنونًا في كل هذا هو أنه حتى الجزء الأخير من الثانية الأخيرة ، ستحافظ BH على أفق الأحداث ، حتى اللحظة التي تصبح فيها كتلتها صفرًا.
يتبع إشعاع هوكينج حتمًا تنبؤات فيزياء الكم في الزمكان المنحني المحيط بأفق حدث BHلكن الثانية الأخيرة من حياة BH ستتميز بإطلاق خاص وكبير جدًا للطاقة. ستبقى لها ثانية واحدة عندما تنخفض كتلتها إلى 228 طنًا. سيكون حجم أفق الحدث في هذه اللحظة 340 ، أي 3.4 ×
10-22 : هذا هو الطول الموجي لفوتون بطاقة تتجاوز كل شيء تم الحصول عليه حتى الآن في مصادم هادرون الكبير. ولكن في هذه الثانية الأخيرة سيتم إطلاق 2.05 × 10
22 جول من الطاقة ، وهو ما يعادل 5 ملايين ميغا طن من مادة تي إن تي. كما لو أن مليون قنبلة نووية تنفجر في وقت واحد في منطقة صغيرة من الفضاء - هذه هي المرحلة الأخيرة من إشعاع الثقب الأسود.
في عملية كيف يجف الثقب الأسود في الكتلة ونصف القطر ، يصبح إشعاع هوكينغ أكثر وأكثر في درجة الحرارة والقوةلكن ماذا يبقى؟ الإشعاع الصادر فقط. حيث كان هناك في السابق تفرد في الفضاء حيث توجد الكتلة ، وكذلك ، ربما ، الشحنة والزخم الزاوي في حجم صغير للغاية ، الآن لا يوجد شيء. تم استعادة الفضاء إلى حالته السابقة غير الفردية ، بعد فاصل زمني بدا لانهائي: مثل هذا الوقت يكفي لكل ما حدث فيه منذ البداية في الكون ، تريليونات من تريليونات المرات. عندما يحدث هذا لأول مرة ، لن يكون هناك أي نجوم أو مصادر ضوء في الكون ، ولن يكون هناك أحد يمكن أن يكون حاضراً في هذا الانفجار الرائع. ولكن لا يوجد "حد" لهذا. يجب أن يتبخر BH بالكامل. وبعد ذلك ، على حد علمنا ، لن يبقى شيء سوى الإشعاع الصادر.
مقابل الخلفية الأبدية للظلام المستمر ، سيظهر وميض ضوء واحد: تبخر آخر ثقب أسود في الكونبمعنى آخر ، إذا تمكنت من ملاحظة تبخر آخر BH في الكون ، فستشاهد مساحة فارغة لا توجد فيها علامات نشاط لمدة 10
100 سنة أو أكثر. وفجأة يظهر وميض لا يصدق من الإشعاع من طيف وقوة معينة ، يهرب بعيدًا عن نقطة واحدة في الفضاء بسرعة 300000 كم / ثانية. وستكون هذه هي المرة الأخيرة في الكون المرئي ، عندما يتم غسل بعض الأحداث بواسطة إشعاعه. قبل تبخر آخر BH ، باللغة الشعرية ، سيقول الكون للمرة الأخيرة: "يجب أن يكون هناك ضوء!"
إيثان سيغل - فيزيائي فلكي ، مروج للعلوم ، مؤلف كتاب "يبدأ بانفجار!" كتب كتب "ما وراء المجرة" [ ما وراء المجرة ] و "Tracknology: علم ستار تريك" [ Treknology ].الأسئلة الشائعة: إذا كان الكون يتوسع ، فلماذا لا نتوسع