الثقب الأسود: 
هو كتلة كبيرة في حجم صغير تسمى الحجم الحرج بالنسبة لهذه الكتلة، حيث تبدأ المادة بالانضغاط تحت تأثير جاذبيتها الخاصة ويحدث فيها انهيار من نوع خاص هو الانهيار بفعل الجاذبية ، ويزداد تركيز الكتلة أي كثافة الجسم وتصبح قوّة جاذبيته قوّية إلى درجة لا يمكن لأي جسم يمر بمسافة قريبة منه أن يفلت مهما بلغت سرعته وبالتالي يزداد كمّ المادة الموجود في الثقب الأسود ، و بحسب النظرية النسبية العامّة لـأينشتاين فإن الجاذبية تقوّس الفضاء الذي يسير الضوء فيه بشكل مستقيم بالنسبة للفراغ ، وهذا يعني أن الضوء ينحرف تحت تأثير الجاذبية ، أما الثقب الأسود فإنه يقوس الفضاء إلى حد يمتص الضوء المار بجانبه بفعل جاذبيته ، وهو يبدو لمن يراقبه من الخارج كأنه منطقة من العدم إذ لا يمكن لأي اشارة أو معلومة أو موجة أو جسيم الافلات من منطقة تأثيره فيبدو أسود. وللتوضيح فإن تحول الكرة الارضية إلى ثقب أسود يستدعي تحولها إلى كرة نصف قطرها 0.9 سم وكتلتها نفس كتلة الارض الحالية.
و كان طرح فرضية إمكانية وجود مثل هذه الظاهرة هو اكتشاف "رومر" أن للضوء سرعة محدودة وهذا الاكتشاف يطرح تساؤل لماذا لاتزيد سرعة الضوء إلى سرعة أكبر كانت الاجابة: لأنه قد تكون للجاذبيه تأثير على الضوء ومن هذا الاكتشاف كتب "جون مينشل " عام 1783 مقالاً أشار فيه إلى أنه قد يكون للنجم الكثيف المتراص جاذبية شديدة جدا ،إلى أن الضوء لا يمكنه الإفلات منها . فأي ضوء ينبعث من سطح النجم تعيده هذه الجاذبية، واقترح أيضا وجود نجوم عديدة من هذه النجوم ،مع أننا لا يمكننا أن نرى الضوء لأنها لا تبعثه إلا أننا نستطيع تلمس جاذبيتها. وهذه النجوم ما نسميه "بالثقوب السوداء " . فهي فجوات في الفضاء، وأهملت هذه الأفكار لأن نظرية موجات الضوء كانت سائدة في ذلك الوقت
حيـاة النجوم
يتكون النجم عندما تأخذ كمية من الغازات غالبا تكون من الهيدروجين بالتجمع والتهافت والانخساف على بعضها البعض ومع هذا التقلص يزداد تصادم الغازات فيما بينها بسر عات كبيرة ، و يسخن الغاز حتى يصبح حار جدا إلى درجة أن تندمج ذرات الهيدروجين عند تصادمها لتكونّ الهليوم ،بشكل تفاعل يشابه تفاعلات قنبلة هيدروجينية كون حجم النجم ضخم ويستطيع مقاومة جاذبيته الذاتية بعد أن يكون قد استهلك كامل وقوده. فعندما يكون النجم صغيرا تقترب جسيمات المادة من بعضها البعض كثيرا ووفقاً لمبدأ "باولي " في الاستبعاد يجب أن تكون سرعات الجسيمات ت أكثر منه بين الإلكتروات ولذلك سميت نجوم نيوترونية قد لا يتعدى نصف قطرها عشرة أميال أو نحوه مع كثافة عالية تعد بمئات الملايين من الأطنان في الانش الواحد ويتم التنبؤ بوجودها ولم يتمكن من مشاهدتها ولم تكتشف إلا بعد فترة طويلة.
وستكون نهاية الزمان ونهاية أي نجم المنسحق بشكل هذا المتفرد ولا يمكن للمعلومات أن تأتينا لأنها قد تعطلت إلا أن أي مشاهد خارج المتفرد لا يتأثر بتعطيل هذه القوانين (وهذا يعني ان قوانين الفيزياء التي نعرفها لاتعمل داخل الثقب الاسود لانها تكون معطلة مثل الانفجار العظيم تتعطل فيه القوانين لكن نحن خارج الثقب الاسود لا نتأثر بهذا التعطيل).
وهناك حلول أخرى للنسبية العامة تحمي رائد الفضاء كي يتفادى الإصطدام بالمتفرد وهي أن يقع وسط ثقب دودي ويخرج في منطقة أخرى كون هذه الحلول تفتح إمكانات كبيرة في السفر عبر الفضاء والزمان .
ولكن هذه الأحداث ليست مستقرة فوجود أي شي قد يغيرها والشخص الموجود في التفرد لا يمكن أن يكون إلا في مستقبلة لان قوانين الرقابة الكونية cosmic censorship تنص على أنه لا يمكن أن يكون المتفرد إلا في الماضي السحيق (الانفجار العظيم ) أو في المستقبل ويحتمل أن تثبت أي صيغة للرقابة الكونية أنه قد يكون ممكن السفر عبر الماضي على مقربة من المتفرد العادي .
الثقوب السوداء والنظرية الكموميه 
أفق الحدث هو (حدود منطقة من الزمان والمكان التي لا يمكن للضوء الإفلات منها) وبما أنه لا شي يمكنه السير بأسرع من الضوء فإن أي شي يقع في هذه المنطقة سوف يبلغ بسرعة منطقة ذات كثافة عالية ونهاية الزمان.
وتتنبأ النسبية العامة بأن الأجسام الثقيلة المتحركة سوف تتسبب ببث موجات جاذبية وهي تموجات في انحناء الفضاء( هذه التموجات على حسب فهمي هي ليست مثل موجات الراديو بل هي موجات في الزمكان تخيل أنك تمشي في بركة ماء سوف تتكون موجات من الماء بسبب حركة في البركة هي هذه الموجات الناشئة) تنتقل بسرعة الضوء وتشبه موجات الضوء التي هي تموجات الحقل الكهرمغناطيسي إلا أنها يصعب اكتشافها وهي كالضوء تأخذ الطاقة من الأجسام التي تبثها وبالتالي يتوقع أن ينهار نظام من الأجسام الضخمة ويعود في النهاية إلى وضع مستقر لان الطاقة في أي حركة سوف تحمل بعيدا.
على سبيل المثال دوران الأرض حول الشمس يولد موجات جاذبية ويكون تأثير مسارات الطاقة في تغير مدار الأرض حول الشمس الذي يؤدي في آخر المطاف إلى أن الأرض تقترب من الشمس حتى تستقر داخلها ومعدل ضياع الطاقة ضئيل جدا.
وشوهد هذا التأثير في نظام النجم النابض وهو نوع خاص من النجوم النيترونية تبث نبضات منتظمة من موجات الراديو ويضم هذا النظام نجمين نيترونيين يدوران حول بعضهما البعض .
شكل النجوم التي تكون منها الثقب الاسود
وفي عام 1967 ، حدثت ثورة في دراسة الثقوب السوداء على يد العالم "إزرائيل " - وهو عالم كندي ولد في برلين – بين أن الثقوب السوداء غير دوارة ، وفقا للنسبية العامة لابد أن تكون بسيطة جدا فهي كروية تماما . ولا يتوافق حجمها إلا على كتلتها و أي ثقبين سوداوين ، بكتلة متساوية هما متساويان بالحجم. وقد أمكن وضعهما عن طريق حل خاص لمعادلات " آينشتاين " قبل النسبية العامة بقليل كان من المعتقد به أن الثقب الأسود لا يتكون إلا عن انسحاق جسم كروي تماما . وأن النجوم ليست كروية تماما ، لا يمكن بالتالي أن يسحق إلا بشكل متفردا عاريا ، لكن هتاك تفسيرات مختلفة لنتيجة " إزرائيل " تبناها " روجربيزور " و " جون ويلر " فقد أبديا أن الحركات السريعة في انسحاق النجم يعني أن موجات الجاذبية المنبعثة منه تجعله أكثر كروية إلى أن يستقر في وضع ثابت ويصبح كرويا بشكل دقيق ، وعلى حسب هذه النظرية أي نجم دوار يصبح كرويا مهما كان شكله وبنيته الداخلية معقدتين و سوف ينتهي بعد انسحاقه بالجاذبية إلى ثقب أسود كروي تماما يتوقف حجمه على كتلته . في عام 1963 وجد "دوي كير " مجموعة من الحلولالمعادلات النسبية العامة تصف الثقوب السوداء الدوارة التي أغفلها "إزرائيل " . فإذا كانت الدورات صفر يكون الثقب الأسود كروي تماما ويصبح الحل مماثلاً لحل "شفارزشيلد" . أما إذا كان الدوران غير صفر ينتفخ الثقب الأسود نحو الخارج قرب مستوى خط استوائه تماما مثل الأرض منبعجة من تأثير دورانها. لقد افترض إزرائيل أن أي جسم ينسحق ليكون ثقبا أسود سوف ينتهي إلى وضع مستقر كما يصف حل كير .
حجم الثقوب السوداء و أدلة وجودها 
في عام 1970 بين "براندون كارتر " أن حجم وشكل أي ثقب أسود ثابت الدوران يتوقف فقط على كتلة ومعدل دورانه بشرط يكون له محور تناظر ، وبعد فترة أثبت "ستيفن هوكنغ "أن أي ثقب أسود ذى دوران ثابت سوف يكون له محور تناظر . واستخدم "رو بنسون " هذه النتائج ليثبت أنه بعد انسحاق الجاذبية بان الثقب الأسود من الاستقرار على وضع يكون دوارا ولكن ليس نابضا،وأيضا حجمه وشكله يتوقفان على كتلته ومعدل دورانه دون الجسم الذي انسحق ليكونه .
الثقوب السوداء لا دليل عليها سوى حسابات مبنية على النسبية لذلك كان هناك من لم يصدق بها. وفي عام 1963 رصد "مارتن سميدت " وهو عالم فلكي أمريكا الإنزياح نحو الأحمر في طيف جسم باهت يشبه النجم في اتجاه مصدر موجات الراديو فوجد أنة أكبر من كونه ناتج عن حقل جاذبية فلو كان انزياح بالجاذبية نحو الأحمر لكان الجسم كبير الكتلة وقريبا منا بحيث تنزاح مدرات الكواكب في نظام شمسي . وهذا الانزياح نحو الأحمر ناتج توسع الكون وهذا يعني بدوره أن الجسم بعيدا جدا عنا و لكي يرى على هذه المسافة الكبيرة لابد وأنه يبث مقدار هائلاً من الطاقة والتفسير الوحيد لهذا ناتج انسحاق بالجاذبية ليس لنجم واحد بل لمنطقة مركزية من إحدى المجرات بكاملها وتسمى الكوازر وتعني شبيه النجوم.
الكوازرات
في عام 1967 اكتشفت "جوسلين بل" أجسام في الفضاء تبث نبضات منتظمة من موجات الراديو وكانت تعتقد بأنها اتصلت مع الحضارات غريبة في المجرة ولكنها توصلت إلى أن هذه النبضات ناتجة عن نجوم نابضة كانت في الواقع نجوم نيترونية دوارة تبث هذه النبضات هي بسبب تداخل معقد بين حقولها الجاذبية وبين المادة المحيطة بها وهذه النبضات هي الدليل الأول على وجود الثقوب السوداء ولكن كيف يمكن لنا اكتشاف أو استشعار الثقب الأسود مع أنه لا يبعث ضوء؟ ذلك عن طريق دراسة القوة التي يمارسها الثقب الأسود على الأجسام المجاورة فقد شاهدوا نجما يدور حول آخر غير مرئي ولكن ليس هذا شرطً أن يكون النجم غير المرئي ثقبا أسود فقد يكون النجم الباهت .
مع هذه الجاذبية العالية والطاقة الهائلة التي يبثها الثقب الأسود فإنه قد يتولد جسيمات ذات طاقة عالية جدا قرب الثقب الأسود ويكون الحقل المغناطيسي شديدا بحيث تتجمع الجسيمات في نوافير تنطلق خارجا على طول محور الدوران ونشاهد مثل هذه الجسيمات في عدد من الكوازر .
إشعاع الثقب الاسود
من فكرة تعريف الثقب الأسود كمجموعه من الأحداث التي لا يمكن الإفلات منها بعيدا ويعني أن الثقب الأسود أي أفق الحدث مكون من مسارات أشعة الضوء في الزمكان وبالتالي لا يستطيع الضوء الابتعاد عن الثقب الأسود بل يحوم عند أطرافه إلى الأبد. أن هذه المسارات لا يمكن أن تقترب من بعضها البعض فإذا اقتربت فلابد أن تندمج لتصبح واحدة وفي هذه الحالة تقع في ثقب أسود، ولكن إذا ابتلع الثقب الأسود هذه ألاشعة فهذا يعني أنها لم تكن على حدوده ،وهذا يعني أنه يجب أن تكون الأشعة متوازية أو متباعدة وإذا كانت الأشعة التي يتألف منها أفق الحدث لا يمكنها أن تتقارب فإن مساحة أفق الحدث تبقى كما هي أو تتسع مع الزمان,وفي الواقع تتسع المساحة كلما وقع في الثقب الأسود مادة أو إشعاع وإذا تصادم ثقبان أسودان واندمجهما معا في ثقب واحد فإن مساحة أفق حدث الثقب الجديد تساوي مجموع مساحتي الثقبين الأوليين أو أكبر وبناءً على هذا التعريف وهذه الفكرة فسوف تكون حدود الثقب الأسود هي هي للثقب الأسود وأيضا المساحة بشرط أن يكون الثقب الأسود صار إلى وضع مستقر لا يتغير مع الزمن كان هذا السلوك لمساحة الثقب الأسود مستوحى إلى حد بعيد من سلوك مقدار مادي يدعى "أنتروبيا"-وهو مقياس درجة الخلل أو اضطراب نظام ما ويعرف تقدير أو وصف هذه الفكرة الدقيقة بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية فهو ينص على إن "الأنتروبيا" لنظام معزول تتزايد باطراد وعندما يندمج نظامين معا, تكون "أنتروبيا" النظام الموحد ،أكبر من مجموع الاثنين في كل منهما ، اقترح طالب أبحاث اسمه "جاكوب بكنشتاين" إن مساحة أفق الحدث هي مقياس أنتروبيا لثقب الأسود ؛ فكلما سقطت فيه مادة تحمل أنتروبيا كلما اتسعت مساحة أفق الحدث ’بحيث أن مجموع أنتروبيا المادة خارج الثقوب السوداء ومساحة الآفاق لا تنقص أبدا ، فإذا كان للثقب الأسود أنتروبيا فلابد أن تكون له حرارة كذلك كل جسم ذي حرارة معينة لابد أن يبث إشعاع بمعدل ما وهذا الإشعاع ضروري لتفادي خرق القانون الثاني للديناميكا . أي أنه يجب أن تبث الثقوب السوداء إشعاعا ولكن الثقوب السوداء بحكم تعريفها بالذات أجسام يفترض أن لا تبث شيئا.
و في الحقيقة الثقوب السوداء الدوارة تبث جسيمات ولكن عندما أجرى ستيفن هوكنغ حساباته ظهرت له نتيجة مزعجة وهى أنه حتى الثقوب السوداء غير الدوارة تبث جسيمات وهذه النتيجة كان يعتقد ستيفن أنها ناتجة عن اعتماده تقديرا خاطئا وأخيرا أكد له طيف هذه الجسيمات هو بالضبط ما قد يصدر عن جسم حار.
كيف يبدو أن الثقب الأسود يمكنه بث جسيمات مادمنا نعرف أن لا شي يمكنه الإفلات من أفق الحدث؟ الجواب كما تفيد نظرية الكم هو إن الجسيمات لا تصدر من داخل الثقب الأسود بل من (الفراغ) الفضاء الفارغ خارج أفق الحدث للثقب الأسود مباشرة؛ وكي تتضح الصورة لابد من إعادة فكرة إن ما نخاله فضاء فارغا لا يمكن أن يكون فراغا تماما لان ذلك يعني إن جميع الحقول من الجاذبية وكهرومغنطيسية سوف تكون صفرا بالضبط إلا إن قيمة الحقل ومعدل تغيره مع الزمن يشبهان موقع وسرعة الجسم: فمبدأ الارتياب يحتم أنه كلما عرفنا بالضبط واحدة من هاتين الكميتين تناقصت الدقة في الأخرى وهكذا ففي فضاء فارغ لا يمكن تحديد الحقل صفرا بدقة لأنه تكون له قيمة صفر ومعدل تغير صفر إذا لابد أن تكون هناك جسيمات في الفضاء تظهر نارة وتختفي تارة وتلغي بعضها تارة (من هنا ظهرت فكرة طاقة الصفر حاول البحث عن أعمال وحياة العالم نيكول تسلى).
لا يمكن رؤية هذه الجسيمات أو اكتشافها بالكشافّات لان تأثيراتها غير مباشرة ويتنبأ مبدأ الارتياب بوجود أزواج افتراضية متشابهة من جسيمات المادة بحيث يكون أحد الزوجين من المادة والأخر من المادة المضادة.وتخيل هذه الجسيمات على حدود الثقب الأسود أي على حدود أفق الحدث من الممكن جدا أن يسقط الجسم الافتراضي الذي يحمل الطاقة السالبة وينجو الجسم ذو الطاقة الموجبة
بالنسبة لراصد من بعيد يبدو وكان الجسيم صادر عن الثقب الأسود ومع دفق الطاقة السالبة إلى داخل الثقب الأسود سوف تنخفض كتلة الثقب الأسود ولفقد الثقب الأسود لبعض كتلته تتضاءل مساحة أفق حدثه فكلما صغرت كتلة الثقب الأسود ارتفعت درجة الحرارة ومع ارتفاع درجة الحرارة يزداد معدل بثه الإشعاع فيتسارع نقصان كتلة أكثر فأكثر ولكن لا أحد يعلم ماذا يحدث للثقب الأسود إذا تضاءلت كتلته إلى درجه كبيرة ولكن الاعتقاد الأقرب أنه سوف ينتهي ويختفي في انفجار نهائي هائل من الإشعاع يعادل انفجار ملايين من القنابل الهيدورجينية. فالثقب الأسود الأولى ذو الكتلة البدائية من ألف مليون طن يكون عمره مقاربا لعمر الكون . أما الثقوب السوداء البدائية ذات الكتلة دون هذه الأرقام فتكون قد تبخرت كليا . وتلك التي لها كتله أكبر بقليل تستمر في بث إشعاعات على شكل أشعة سينية أشعة غاما وهذه الإشعاعات من سينيه وغاما تشبه الموجات الضوئية ولكن بطول موجي أقصر وتكاد هذه الثقوب لا تستحق صفة سوداء فهي حارة في الواقع إلى درجة(الاحمرار- ابيض) وتبث طاقة بمعدل يقارب عشرة آلاف ميغا الواط.
رصد الثقب الأسود 
قد نفتش عن أشعة غاما التي تبثها الثقوب السوداء الأولية طوال حياتها ومع إن إشعاعات معظمها سوف تكون ضعيفة بسبب بعدها عنا فإن اكتشافها يكون ممكنا. ومن خلال النظر إلي خلفية أشعة غاما لا نجد أي دليل على ثقوب سوداء أولية ولكنها تفيد بأنه لا يمكن تواجد اكثر من 300 منها في كل سنه ضوئية مكعبة من الكون . فلو كان تواجدها مثلا أكثر بمليون مرة من هذا العدد فإن أقرب ثقب أسود إلينا على بعد ألف مليون كيلومتر ، وكي نشاهد ثقبا أسود أوليا علينا أن نكشف عدة كمات من أشعة غاما صادرة في اتجاه واحد خلال مدى معقول من الزمن كأسبوع مثلا ولكن نحتاج إلى جهاز استشعار كبير لأشعة غاما وأيضا يجب أن يكون في الفضاء الخارجي لأن أشعة غاما لا يمكنها اختراق الغلاف الجوى. إن أكبر مكشاف أشعة غاما الذي يمكنه التقاطها وتحديد نقطة الثقوب السوداء ألا وليه هو الطبقة الهوائية للأرض بكاملها فعندما يصطدم كم عالي من الطاقة من أشعة غاما بذرات جو الأرض يولد أزواجا من الإلكترونات والبوزيترونات (الإليكترونات المضادة ) ونحصل على وابلا من الإلكترونات على شكل ضوء يدعى أشعة "شيرنكوف". إن فكرة الإشعاع من الثقوب السوداء هي أول مثال من التنبؤ المتوقف على أساس على النظريتين الكبريتن لهذا القرن :النسبية العامة وميكانيكا الكم . وهذه أول إشارة إلى إن ميكانيكا الكم قادرة على حل التفردات التي تنبأت بها النسبية العامة.
من المعروف أن قوانين الفيزياء مبنية على التناظرات وعلى هذا الأساس بما أنه توجد أجسام تسمى ثقوب سوداء يمكن للأشياء السقوط فيها بلا عودة فإنه يجب أن تكون هناك أجسام تخرج منها الأشياء تسمى الثقوب البيضاء هنا يمكن للمرء افتراض إمكانية القفز في ثقب أسود في مكان ما ليخرج من ثقب أبيض في مكان آخر.فهذا النوع من السفر الفضائي ممكنا، فهناك حلول لنظرية النسبية العامة يمكن فيها السقوط في ثقب أسود ومن ثم الخروج من ثقب أبيض أيضا لكن الأعمال التالية بينت أن هذه الحلول جميعها غير مستقرة :فالاضطراب الضئيل قد يدمر أخدود الدودة أو المعبر الذي يصل بين الثقب الأسود والثقب الأبيض (أو بين كوننا وكون موازي له) إن كل هذا الكلام الذي ذكر يستند إلي حسابات باستخدام النظرية النسبية العامة لأينشتاين ولا يمكن اعتبار هذه القياسات صحيحة تماما لأنها لا تاخذ مبدأ الارتياب بالحسبان . يفقد الثقب السود كتلته بإصدار الجسيمات والإشعاع حتى تصبح كتلته صفر ويختفي كليا لو افترضنا انه كانت مركبة فضاء قفزت إلى هذا الثقب ماذا يحدث يقول ستيف هوكنج بناءً على عمل أخير له إن المركبة سوف تذهب إلى كون طفل صغير خاص بها كون صغير مكتف ذاتيا يتفرع عن منطقتنا من الكون (الكون الطفل يمكن توضيحه وذلك بأن تتخيل كمية من الزيت في حوض ماء وهي متجمعة حرك هذه الكمية بقلم سوف تنفصل كرة صغيرة من الزيت عن الكرة الكبيرة هذه الكرة الصغيرة هي الكون الطفل والكرة الكبيرة هي عبارة عن كوننا ولاحظ أن الكرة الصغيرة قد ترجع وتتصل مع الكرة الكبيرة) وقد يعود هذا الكون الطفل إلى الانضمام ثانية إلى منطقتنا من الزمكان فأن فعل سيبدو لنا كثقب أسود آخر قد تشكل ثم تبخر والجسيمات التي سقطت في ثقب أسود تبدو كجسيمات مشعة من ثقب آخر. يبدو هذا وكأنه المطلوب للسماح بالسفر الفضائي عبر الثقوب السوداء لكن هناك عيوب في هذا المخطط لهذا السفر الكوني أولها أنك لن تستطيع تحديد مكان توجهك أي لا تعلم إلى أين سوف تذهب وأيضا الأكوان الطفلة التي تأخذ الجسيمات التي وقعت في الثقب الأسود تحصل فيما يدعى بالزمن التخيلي يصل رجل الفضاء الذي سقط في الثقب الأسود إلى نهاية بغيضة مؤلمة فهو يتمزق بسبب الفرق بين القوى المطبقة على رأسه وقدميه حتى الجسيمات التي يتكون منها جسمه سوف تنسحق تواريخها في الزمن الحقيقي وستنتهي في متفرد ولكن تواريخها في الزمن التخيلي سوف تستمر حيث تعبر إلى كون طفل ثم تعود للظهور كجسيمات تشعها ثقب اسود أتخر ،إن على من يسقط في ثقب أسود أن يتخذ الشعار : فكر تخيليا. وما نعنيه هو إن الذهاب عبر ثقب أسود ليس مرشحا ليكون طريقة مرضية وموثوق بها للسفر الكوني.
شكرا
موضوع: الثقوب السوداء حقيقة أم خيال؟ 
الخميس 30 أغسطس 2007 - 15:07
