باسمه تعالی

سیاه چاله ها

سیاه چاله ها از عجیب ترین و پر رمز و راز ترین واقعیت های جهان

 

هستی هستند. فیزیک امروزی با این همه پیشرفت و ادعا هنوز نتوانسته  

 

است به طور کامل معمای سیاه چاله ها را حل کرده و درک کاملی از آن

 

به دست دهد. سیاه چاله ها به قدری پیچیده هستند که هر بار گره

 

جدیدی از سیاه چاله باز می شود، معماهای جدید و پیچیده تری به وجود

 

می آید که حل آنها به نظر غیر ممکن می رسد.

 

اما برسیم به بحث سیاه چاله ها:

 

بر خلاف یافته های دیگر نجومی و اختر فیزیکی ،مانند کهکشانها ،کوازارها

 

و یا حتی ستاره های نوترونی ، که اول با رصد یافت شده اند سپس مدلهای

 

اختر فیزیکی و ریاضی آنها ارائه شده، سیاه چاله ها قبل از این که نمونه ای

 

از آنها در فضا پیدا شوند، موجودیت شان توسط مدل های اختر فیزیکی

 

تایید شده بود.

 

بگذارید کمی از تاریخچه سیاه چاله برایتان بگویم:

 

بحث سیاه چاله ها برای نخستین بار توسط یکی از مدرسان دانشگاه

 

کمبریج به نام جان میچل در سال 1783 مطرح شد. او چنین استدلال کرد:

 

اگر زره ای (مثلاً یک توپ) را در جهت عمود بر افق به طرف بالا پرتاب

 

کنیم آن توپ نهایتاً بعد از طی مسافتی می ایستد و به زمین بر می گردد.

 

هرچه سرعت توپ در لحظه ی پرتاب آن به طرف بالا بیشتر باشد ،توپ

 

مسافت بیشتری را طی می کند (ارتفاع بیشتری بالا می رود) و به زمین باز

 

می گردد. بالاخره سرعت توپ به حدی می رسد که هرگز به زمین باز

 

نمی گردد. به چنین سرعتی که اگر جسم را با آن سرعت به بالا پرتاب

 

شود هرگز به زمین باز نمی گردد سرعت فرار می گویند. سرعت فرار

 

برای زمین حدود 2/11 کیلومتر بر ثانیه است. یعنی اگر توپی را بدون در

 

نظر گرفتن جو با این سرعت به طرف بالا پرتاب کنیم توپ برای همیشه

 

از زمین دور خواهد شد!!! اگر سرعت توپ کمتر از این مقدار باشد توپ یا

 

به زمین بر می گردد و یا در مداری به گرد زمین می چرخد.

 

اما سرعت فرار برای اجرام مختلف مقادیر مختلفی دارد. مثلاً سرعت فرار

 

برای سیاره عطارد که جرمی کمتر از جرم زمین دارد حدود km/s 3/4

 

است. برای مشتری حدود  km/s60 و برای خورشید حدود km/s 618 است!

 

پس کاملاً مشهود است که با افزایش جرم سرعت فرار نیز افزایش میابد.

 

اما سرعت فرار به یک عامل دیگر نیز بستگی دارد: فاصله از مرکز.

 

به طور کلی اگر ما روی کره ای با جرم ثابت زندگی بکنیم ،با کاهش شعاع

 

کره سرعت فرار از سطح آن افزایش می یابد (فرار سختتر می شود).

 

بگزارید کاربرد عملی این مهم را به شما بگویم .اگر نمیدانید بهتر است

 

بدانید که زمین به علت سرعت چرخشش به دور خود اندکی بیضی گون

 

است ؛یعنی قطر زمین در استوا اندکی بیشتر از قطر آن در قطبین است .

 

این موضوع باعث می شود سرعت فرار از سطح زمین در روی خط استوا

 

کمتر از دیگر نقاط سطح زمین باشد. یکی از عواملی که باعث شده تا

 

نزدیکی های خط استوا بهترین مکان برای پرتاب موشک باشد همین

 

است( دلایل دیگر اینکار ؟ خودتان آنها را پیدا کنید!!!؟). برگردیم به

 

بحث سیاه چاله ها:

 

حالا جسمی را فرض کنید که به قدری پر جرم یا به قدری کم حجم باشد

 

که سرعت فرار از سطح آن برابر یا بیشتر از سرعت نور بشود. در این

 

صورت به این جسم به صورت نظری سیاه چاله می گوییم. زیرا وقتی نور

 

نتواند از جسمی بگریزد ما نیز نمی توانیم. اما حالا ما می توانیم از

 

سیاه چاله تعریفی داشته باشیم:

 

"به اجرامی که به دلیل میدان گرانشی آنها حتی نور نیز نمیتواند از سطح

 

آنها بگریزد سیاه چاله می گویند "

 

اما تعریف دیگری نیز می توان برای سیاه چاله ها ارائه داد:

 

"به اجرامی که اندازه آنها از شعاع شواتزرشیلد آنها کمتر است سیاه چاله

 

می گویند "

 

اما شعاع شواتزرشیلد چیست؟ به شعاعی از یک جرم که سرعت فرار از

 

سطح جرم در آن شعاع برابر سرعت نور(299792458 متر بر ثانیه)

 

است را شعاع شواتزرشیلد می گویند. چون اولین بار این شعاع را

 

دانشمندی به نام کارل شواتزرشیلد محاسبه کرد این شعاع را به نام او

 

گزارده اند. اندازه این شعاع مستقیماً مربوط به جرم است. شعاع

 

شواتزرشیلد برای خورشید حدود 3 کیلومتر است و برای زمین حدود 1

 

سانتیمتر.!!!! یعنی اگر ما بتوانیم هر دو کره را به اندازه های ذکر شده

 

برسانیم آنها تبدیل به سیاه چاله خواهند شد .( البته اگر بتوان این کار را

 

کرد ) اما یک سیاه چاله چگونه متولد می شود؟

 

راه های بسیاری برای تولد یک سیاه چاله وجود دارد که من فقط یک

 

مورد را به تفضیل بیان می کنم. تولد سیاه چاله از مرگ ستاره ای پر جرم:

 

بهتر است بدانید در یک ستاره ی پایدار(به قول نجومی ها رشته اصلی) 

 

نیروی تولید شده در مرکز ستاره با نیروی گرانشی آن در تعادل اند. اما

 

زمانی که سوخت ستاره تمام شود و نیروی تولید شده در مرکز قطع شود ،

 

نیروی گرانش تنها نیروی ستاره خواهد بود و بر طبق طبیعت خویش که

 

جذب اجرام است، شروع به منقبض کردن ستاره خواهد کرد. این انقباض

 

تا جایی ادامه پیدا خواهد کرد که لایه های الکترونی اتم ها به هم برخورد

 

کنند و عملاً با هم در تماس باشند. در این صورت فشار لایه های الکترونی

 

بر نیروی گرانش غالب است. در این حالت هنوز فضای خالی بین اتم ها

 

وجود دارد.  اما این در صورتی است که جرم ستاره کمتر از 4/1 جرم

 

خورشید باشد. اگر جرم از این مقدار فراتر رود لایه های الکترونی اتم ها

 

نمی توانند فشار را تحمل کنند و می شکنند. بنابراین گرانش دوباره شروع

 

به منقبض کردن ستاره می کند و این بار نوترون ها و پروتون های هسته 

 

اتم مقاومت می کنند. در این حالت فضای خالی به حد اقل مقدار خود

 

می رسد. اما اگر جرم به بیش از 3 جرم خورشید برسد حتی نوترونها نیز

 

قادر به مقاومت نبوده و می شکنند و دوباره گرانش شروع به منقبض

 

کردن ستاره می کند. اما این بار دیگر چیزی قادر به مقاومت نبوده و 

 

گرانش تا حد صفر ستاره را منقبض می کند و سیاه چاله ما متولد می شود.

 

اما اینهائی که در باره سیاه چاله ها گفتم ، سیاه چاله ها از نظر فیزیک

 

کلاسیک و کلاً مطالبی پایه ای از سیاه چاله ها بود. ولی اگر خدا بخواهد و

 

تا پست بعدی نمردم و زنده ماندم مطالبی درباره سیاه چاله ها از نظر

 

فیزیک نوین برایتان شرح خواهم داد که واقعاً جالب هستند. 

---