چه چیزی در "تونل" یک سیاهچاله وجود دارد، به کجا منتهی می شود؟ سیاهچاله های کیهانی به کجا منتهی می شوند در سیاهچاله ها چه اتفاقی می افتد؟

به عنوان بخشی از ماتریوشکای کیهانی، جهان ما ممکن است درون یک سیاهچاله قرار داشته باشد که خود بخشی از جهان بزرگتر است. همه سیاه‌چاله‌هایی که در جهان ما یافت می‌شوند - از میکروسکوپی گرفته تا ابرپرجرم - ممکن است درهایی به واقعیت‌های متناوب باشند.

یکی از آخرین تئوری های "توهم زا" می گوید که سیاهچاله تونلی است بین جهان ها - چیزی شبیه کرم چاله. سیاهچاله همانطور که انتظار می رود در یک نقطه فرو نمی ریزد، بلکه به یک "سفیدچاله" در انتهای دیگر سیاهچاله می رود.

نیکودم پوپلوسکی، فیزیکدان دانشگاه ایندیانا، در مقاله ای که در مجله Physics Letters B منتشر شد، یک مدل ریاضی جدید برای حرکت مارپیچی ماده در حال سقوط در سیاهچاله ارائه کرد. معادلات او نشان می‌دهد که چنین کرم‌چاله‌هایی جایگزین‌های مناسبی برای تکینگی‌های فضا-زمانی هستند که آلبرت انیشتین پیشنهاد کرد در مرکز سیاه‌چاله‌ها قرار دارند.

بر اساس معادلات نسبیت عام انیشتین، تکینگی ها زمانی ایجاد می شوند که ماده در یک منطقه بسیار متراکم شود، مانند قلب فوق متراکم یک سیاهچاله.

نظریه انیشتین نشان می‌دهد که تکینگی‌ها فضا را اشغال نمی‌کنند، بی‌نهایت متراکم و بی‌نهایت داغ هستند - که در اصل، شواهد غیرواقعی متعددی تأیید می‌شود، اما هنوز برای بسیاری از دانشمندان درک آن دشوار است.

اگر پوپلوسکی درست می‌گوید، شاید نیازی به درک آن نباشد.

مطابق با معادلات جدید، ماده ای که سیاهچاله جذب می کند و ظاهراً آن را از بین می برد، در واقعیتی دیگر به ماده ساختمانی کهکشان ها، ستاره ها و سیارات تبدیل می شود.

آیا کرمچاله ها می توانند معمای انفجار بزرگ را حل کنند؟

پوپلوسکی می گوید درک سیاهچاله ها به عنوان کرم چاله می تواند اسرار خاصی را در کیهان شناسی مدرن توضیح دهد. به عنوان مثال، نظریه انفجار بزرگ ادعا می کند که جهان با یک تکینگی آغاز شده است. اما دانشمندان از توضیح چگونگی شکل گیری چنین تکینگی در وهله اول راضی نیستند. اگر جهان ما از یک سفیدچاله متولد شده باشد و نه از یک تکینگی، "این مشکل تکینگی سیاهچاله ها و تکینگی انفجار بزرگ را حل می کند."

کرم‌چاله‌ها همچنین می‌توانند انفجارهای پرتو گاما را توضیح دهند، دومین انفجار قوی در جهان پس از انفجار بزرگ. انفجار پرتو گاما در حاشیه جهان شناخته شده رخ می دهد. آنها با ابرنواخترها یا مرگ ستارگان در کهکشان های دور مرتبط شده اند، اما منشا دقیق آنها یک راز است. پوپلوسکی پیشنهاد می کند که این انفجارها ممکن است پرتاب ماده از جهان های متناوب باشد. ماده از طریق سیاهچاله های کلان پرجرم - کرم چاله ها - در قلب کهکشان ها وارد جهان ما می شود، اگرچه مشخص نیست که چگونه این امکان وجود دارد.

دانشمند می گوید: "این ایده دیوانه کننده است، اما چه کسی می داند؟"
حداقل یک راه برای آزمایش نظریه پوپلوسکی وجود دارد. برخی از سیاهچاله های جهان ما می چرخند، و اگر جهان ما در داخل همان سیاهچاله چرخان متولد شده باشد، باید چرخش جسم والد را به ارث ببرد. اگر آزمایش‌های آینده نشان دهد که جهان ما در جهت مورد نظر در حال چرخش است، این می‌تواند شواهد غیرمستقیم برای نظریه کرم‌چاله باشد.

آیا کرمچاله ها می توانند "ماده عجیب و غریب" تولید کنند؟

به گفته فیزیکدانان، نظریه کرم چاله ممکن است توضیح دهد که چرا برخی از ویژگی های جهان ما از آنچه این نظریه پیش بینی می کند منحرف می شود. بر اساس مدل استاندارد فیزیک، پس از انفجار بزرگ، انحنای جهان باید با گذشت زمان افزایش یابد، بنابراین 13.7 میلیارد سال بعد، یعنی امروز، ما باید روی سطح یک جهان کروی بسته بنشینیم.

با این حال، مشاهدات نشان می دهد که جهان در همه جهات صاف است. علاوه بر این، داده های نوری از کیهان اولیه نشان می دهد که دما پس از انفجار بزرگ تقریباً در همه جا یکسان بوده است. این بدان معنی است که دورترین اجسامی که در انتهای مخالف جهان می بینیم به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک بوده و در تعادل بودند، مانند مولکول های گاز در یک محفظه مهر و موم شده.

باز هم، مشاهدات با پیش بینی ها مطابقت ندارند، زیرا اجرام مقابل در جهان شناخته شده آنقدر از هم فاصله دارند که زمان سفر بین آنها با سرعت نور بیشتر از سن جهان است.

برای توضیح این اختلافات، اخترشناسان نظریه تورم را توسعه دادند.

تورم نشان می دهد که اندکی پس از ایجاد کیهان، جهش رشد سریعی را تجربه کرد که طی آن فضا با سرعتی بیشتر از نور منبسط شد. جهان از اندازه یک اتم تا نسبت های نجومی در کسری از ثانیه امتداد داشت.

بنابراین جهان مسطح به نظر می رسد زیرا ما روی کره ای قرار داریم که از نظر ما بسیار بزرگ است. پس زمین برای کسی که در صحرا می ایستد صاف می نماید.

تورم همچنین توضیح می دهد که چگونه اجسامی که از هم دور هستند می توانند زمانی به اندازه کافی نزدیک باشند تا بتوانند برهم کنش داشته باشند. اما حتی با فرض واقعی بودن تورم، اخترشناسان در تلاش برای توضیح علت آن هستند. و اینجاست که نظریه کرم چاله جدید به کمک می آید.

به گفته پوپلوسکی، برخی از نظریه های تورمی می گویند که این رویداد توسط «ماده عجیب و غریب» ایجاد شده است، یک ماده نظری که تا حدی با ماده معمولی متفاوت است، زیرا به جای جذب توسط گرانش، دفع می شود. بر اساس این معادلات، پوپلوسکی به این نتیجه رسید که چنین ماده عجیب و غریبی ممکن است زمانی به وجود آمده باشد که برخی از اولین ستارگان پرجرم فرو ریختند و به کرم چاله تبدیل شدند.

او می‌گوید: «ممکن است بین ماده عجیب و غریبی که کرم‌چاله‌ها را تشکیل می‌دهد و ماده عجیب‌وغریبی که باعث تورم شده است، تعاملی وجود داشته باشد.
معادلات کرم چاله - "راه حل خوب"

مدل جدید اولین مدلی نبود که نشان داد جهان های دیگری در داخل سیاهچاله ها وجود دارند. دیمین ایسون، فیزیکدان نظری در دانشگاه آریزونا، قبلاً این را پیشنهاد کرده بود.

"چه خبر؟ ایسون که در تحقیقات Poplavsky شرکت نکرده است، می گوید که راه حل کرم چاله ها در نسبیت عام، انتقالی از بیرون یک سیاهچاله به درون یک جهان جدید است. - "ما فقط فرض کردیم که چنین راه حلی می تواند باشد، اما پوپلوسکی آن را پیدا کرد."
با این حال، این ایده از نظر ایسون بسیار بحث برانگیز به نظر می رسد.

"آیا امکان دارد؟ آره. آیا چنین سناریویی محتمل است؟ حتی نمی دانم. اما قطعا جالب است."
کار آینده در گرانش کوانتومی - مطالعه گرانش در سطح زیراتمی - معادلات را اصلاح می کند و به طور بالقوه نظریه پوپلاوسکی را تایید یا رد می کند.

در نظریه کرم چاله ها هیچ چیز شگفت انگیزی وجود ندارد

آندریاس آلبرشت، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، که او نیز در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید، در مجموع، نظریه کرم‌چاله جالب است، اما راهگشا نیست، و منشأ جهان را روشن نمی‌کند.

با این ادعا که جهان ما از قطعه ای ماده از جهان مادر ایجاد شده است، این نظریه به سادگی رویداد ایجاد هر چیزی را که وجود دارد به یک واقعیت جایگزین تغییر می دهد. به عبارت دیگر، توضیح نمی دهد که جهان والد چگونه به وجود آمده است یا چرا جهان ما آن ویژگی ها را دارد - علاوه بر این، ویژگی ها باید به ارث برده شوند، به این معنی که جهان والد یکسان خواهد بود.

او با اشاره به تحقیقات پوپلوسکی می‌گوید: «چندین مشکل مبرم وجود دارد که ما در تلاش برای حل آن‌ها هستیم و مشخص نیست که همه اینها به کجا منتهی خواهد شد.
با این حال، آلبرشت ایده کرم‌چاله‌ها را که جهان‌ها را به هم پیوند می‌دهند «عجیب‌تر» از ایده تکینگی‌ها در سیاه‌چاله‌ها نمی‌داند، و او نمی‌خواهد از یک نظریه جدید صرفاً به این دلیل که کمی دور از ذهن به نظر می‌رسد، دست بکشد.

او می گوید: «هر کاری که مردم در این زمینه انجام می دهند بسیار عجیب است. "شما حق ندارید بگویید که ایده کمتر عجیب و غریب برنده خواهد شد، زیرا تحت هیچ شرایطی برنده نخواهد شد."

در فیلم علمی تخیلی پرهیجان بین ستاره ای، داستان حول یک "سیاهچاله" عظیم می چرخد. وجود این اجرام کیهانی در واقع یکی از جذاب ترین اسرار جهان است. و شاید با فهمیدن نحوه چیدمان آنها، بشریت به دنیاهایی دسترسی پیدا کند که حتی هنوز از آنها اطلاعی ندارد.

مرگ یک ستاره

کشف "سیاهچاله" ارتباط مستقیمی با دیدگاه جدید ساختار فیزیکی جهان دارد که توسط آلبرت انیشتین در سال 1915 ارائه شد و نشان می دهد که اجسام عظیم زمان و مکان را خم می کنند. متعاقباً، نظریه او تأییدهای تجربی متعددی دریافت کرد. توضیح اینکه چنین انحنای چگونه به نظر می رسد آسان نیست، بنابراین فیزیکدانان به قیاسی متوسل می شوند که فضا را به عنوان نوعی سطح لاستیکی نشان می دهد که توپ های فلزی روی آن فشرده می شوند. علاوه بر این، هرچه توپ بزرگتر باشد، فرورفتگی زیر آن بزرگتر است. در فضای چهاربعدی واقعی، "دررفتگی" رو به بعد پنجم است که حضور آن را فقط به طور غیرمستقیم تعیین می کنیم - با اعوجاج پرتو یا تاخیر سیگنال رادیویی در عبور از نزدیکی خورشید یا ستاره ها.

واضح است که فرورفتگی ایجاد شده توسط خورشید نسبتاً کوچک است (شعاع آن فقط 50 کیلومتر از شعاع ستاره ما بزرگتر است)، اما تقریباً بلافاصله پس از اینکه انیشتین فرضیه های نظریه انقلابی خود را تدوین کرد، اخترفیزیکدان آلمانی کارل شوارتزشیلد از نظر ریاضی. ثابت کرد که در جایی در کیهان ممکن است اجسامی با جرمی وجود داشته باشند که فضا را چنان خم کنند که حتی نور نیز نتواند از آن فرار کند. چنین اجسامی در نهایت با دست سبک جان ویلر آمریکایی شروع به "سیاهچاله" نامیدند.

برای مدت طولانی، "سیاه چاله ها" در نظر دانشمندان یک فرضیه زیبا باقی مانده است. در سال 1939، فیزیکدان جوان رابرت اوپنهایمر، "پدر" آینده بمب اتمی آمریکا، نشان داد که تحت شرایط خاص، یک ستاره می تواند به یک "سیاه چاله" واقعی تبدیل شود. در واقع، اخترشناسان به زودی دریافتند که در پایان "زندگی" آنها ستارگان رفتار متفاوتی دارند. به عنوان مثال، خورشید که به تدریج در حال سوختن است، شروع به انبساط می کند و سپس به یک کوتوله سفید به اندازه زمین تبدیل می شود که طی میلیاردها سال سرد می شود و به یک لخته متراکم تاریک از ماده تبدیل می شود. آن ستارگان بسیار بزرگتر از خورشید سوخت خود را بسیار سریعتر می سوزانند و سپس فرو می ریزند (فرو می ریزند) تا یک ستاره نوترونی یا "سیاه چاله" تشکیل دهند. ستارگان نوترونی تقریباً به طور کامل از هسته های اتمی تشکیل شده اند، در حالی که "سیاهچاله ها" از فضای منحنی و زمان منحنی تشکیل شده اند. اگرچه "سیاه چاله" حاوی ماده نیست، اما سطحی دارد - به آن "افق رویداد" می گویند که هیچ چیز نمی تواند از آن فرار کند.

با گذشت زمان، "سیاهچاله ها" یاد گرفته اند که تاثیری که بر فضای اطراف می گذارند را تشخیص دهند. حدود هزار مورد از این قبیل کشف شده است، اما ستاره شناسان می گویند صدها میلیون وجود دارد. معلوم شد که در مراکز کهکشان ها "سیاهچاله" غول پیکر نیز وجود دارد که ممکن است در نتیجه فروپاشی ابرهای گازی عظیم ظاهر شده باشند.

کشف هاوکینگ

بسیاری از فیزیکدانان تلاش کرده اند تا بفهمند "سیاهچاله ها" چگونه کار می کنند. بزرگترین موفقیت در این زمینه توسط استیون هاوکینگ انگلیسی به دست آمد. در سال 1975، او نه تنها موفق شد وجود «سیاهچاله‌ها» را با مکانیک کوانتومی مد روز پیوند دهد، بلکه نشان داد که چگونه باید با دنیای خارج تعامل داشته باشد.

قبل از هاوکینگ، اعتقاد بر این بود که "سیاهچاله" فقط ماده را جذب می کند و در ازای آن چیزی نمی دهد. هاوکینگ با مطالعه رفتار میدان‌های کوانتومی در نزدیکی یک «سیاه‌چاله» پیشنهاد کرد که لزوماً ذرات را به فضای بیرونی می‌تاباند و در نتیجه جرم خود را از دست می‌دهد. این اثر اکنون "تابش هاوکینگ" (یا "تبخیر هاوکینگ") نامیده می شود. هاوکینگ محاسبه کرد که چنین تشعشعی دارای طیف حرارتی است - بر این اساس، در دمای معینی قابل تشخیص است. با این حال، این دما به قدری پایین است که ستاره شناسان نمی توانند آن را برای "سیاهچاله های" مشاهده شده ثابت کنند، بنابراین فرضیه هاوکینگ توسط مشاهدات تایید نمی شود.

نظریه "سیاهچاله" که توسط استیون هاوکینگ ایجاد شده است، توسط تعدادی از دانشمندان مورد مناقشه است. واقعیت این است که در دیدگاه کلاسیک، یک "سیاهچاله" فقط می تواند رشد کند و توده های بیشتری از ماده را جذب کند. از این نتیجه می شود که اطلاعات به عنوان یکی از ویژگی های ماده در داخل یک «سیاه چاله» از بین نمی رود، بلکه برای همیشه ذخیره می شود یا از کیهان ما به جهان دیگری منتقل می شود. هاوکینگ، از سوی دیگر، ادعا می کند که "حفره" همیشه در حالت اولیه خود باقی می ماند، اطلاعات را از بین می برد و جرم اضافی را به شکل تشعشع می ریزد. بنابراین، این دو مدل با هم تضاد پیدا می‌کنند و ساخت مدل گرانش کوانتومی بستگی به این دارد که چه کسی درست می‌گوید، که مستقیماً منجر به ایجاد «نظریه همه چیز» بدنام می‌شود، که روزی ایده‌های ما را در مورد کیهان وارونه

در سال 2004، استیون هاوکینگ ادعا کرد که تناقض بین مدل ها را حل کرده است. کشف جدید او بر این واقعیت استوار است که در فرآیندهای واقعی شکل گیری و تبخیر "سیاهچاله ها" اطلاعات هنوز از بین نمی روند. این به این دلیل اتفاق می افتد که آن "حفره" هایی که در چارچوب نظریه های متعدد توصیف شده اند، به سادگی در طبیعت وجود ندارند. آنچه ستاره شناسان در مراکز کهکشان ها مشاهده می کنند «سیاهچاله های ظاهری» است، یعنی اجرامی که از بسیاری جهات شبیه مدل های اختراع شده توسط فیزیکدانان هستند، اما «افق رویداد» واقعی ندارند. به طور کلی، طبق نظریه قدیمی (که "مفهوم دیوار آتش" نیز نامیده می شود)، فضانوردی که در یک "سیاه چاله" سقوط می کند، فوراً در "افق رویداد" تبخیر می شود و طبق نظریه جدید، او نفوذ می کند. در داخل، اما برخی از خواص فیزیکی خاص به دست خواهد آورد.

با این حال، کشف جدید همچنین باعث انتقاد شدید همکاران شد. به نظر می رسد که هاوکینگ تعدادی از مفروضات را بدیهی می پذیرد که خود هنوز نیاز به اثبات دارند، بنابراین زود است که بگوییم این موضوع بالاخره بسته شده است.

دری به دنیایی دیگر

فیلم علمی تخیلی تحسین شده کریستوفر نولان بین ستاره ای نشان می دهد که نفوذ به یک «سیاه چاله» و مطالعه ویژگی های درونی آن چگونه بر فیزیک مدرن تأثیر می گذارد. در واقع، ما در مورد فن آوری های کنترل گرانش و پروازهای ابر نور صحبت می کنیم. علاوه بر این، فیلم حتی افراد آینده را نشان می دهد - موجوداتی که بر فضایی با ابعاد بیشتر از فضای ما تسلط یافته اند.

همه این ایده ها توسط فیزیکدان معروف کیپ تورن به فیلم آورده شد (به هر حال، او یکی از کسانی است که توانسته امکان نظری ساخت یک "ماشین زمان" را اثبات کند). در سال 1991، او با استیون هاوکینگ در مورد وجود "تکینگی های برهنه" شرط بندی کرد، یعنی اجسامی که تمام ویژگی های مرکز یک "سیاه چاله" را دارند، اما "افق رویداد" ندارند. علاوه بر این، تورن استدلال کرد که چنین اشیایی می توانند در واقعیت باشند، در حالی که هاوکینگ آنها را خیالی می دانست. و فقط پنج سال بعد، اختلاف به نفع تورن حل شد: متیو چوپتیوک تگزاسی، با استفاده از مدل‌سازی ریاضی، ثابت کرد که وقتی یک موج گرانشی فرو می‌ریزد، زمانی که چیزی شبیه به جوشش فضا و زمان اتفاق می‌افتد، می‌توان به چنین حالتی دست یافت. امواج گرانشی جدیدی تولید می کند تا در نهایت یک «تکینگی برهنه» بی نهایت کوچک شکل بگیرد.

کیپ تورن توضیح می دهد که هیچ "تکینگی خالی" در طبیعت وجود ندارد: قوانین فیزیک وقوع خود به خودی آنها را ممنوع می کند. با این حال، برخی از تمدن‌های قدرتمند که «سیاه‌چاله‌ها» را مطالعه کرده‌اند و موفق به ساخت فناوری تولید امواج گرانشی شده‌اند، ممکن است یک «تکینگی برهنه» مصنوعی ایجاد کنند. و آنگاه چنین تمدنی نه تنها می‌تواند سریع‌تر از سرعت نور در جهان ما حرکت کند، بلکه به جهان‌های دیگر نیز نفوذ خواهد کرد. ترون بیشتر می‌گوید شاید چنین تمدنی در حال حاضر در فضای ما فعالیت می‌کند، ما را زیر نظر دارد و آماده است اگر مشکلی برای ما پیش آمد مداخله کند. ایده او مانند یک فریب به نظر می رسد، اما چه کسی با اطمینان می داند؟

آنتون پرووشین

آیا کرمچاله ها می توانند "ماده عجیب و غریب" تولید کنند؟

به گفته فیزیکدانان، نظریه کرم چاله ممکن است توضیح دهد که چرا برخی از ویژگی های جهان ما از آنچه این نظریه پیش بینی می کند منحرف می شود. بر اساس مدل استاندارد فیزیک، پس از انفجار بزرگ، انحنای جهان باید با گذشت زمان افزایش یابد، بنابراین 13.7 میلیارد سال بعد، یعنی امروز، ما باید روی سطح یک جهان کروی بسته بنشینیم.

با این حال، مشاهدات نشان می دهد که جهان در همه جهات صاف است. علاوه بر این، داده های نوری از کیهان اولیه نشان می دهد که دما پس از انفجار بزرگ تقریباً در همه جا یکسان بوده است. این بدان معنی است که دورترین اجسامی که در انتهای مخالف جهان می بینیم به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک بوده و در تعادل بودند، مانند مولکول های گاز در یک محفظه مهر و موم شده.

باز هم، مشاهدات با پیش بینی ها مطابقت ندارند، زیرا اجرام مقابل در جهان شناخته شده آنقدر از هم فاصله دارند که زمان سفر بین آنها با سرعت نور بیشتر از سن جهان است.

برای توضیح این اختلافات، اخترشناسان نظریه تورم را توسعه دادند.

تورم نشان می دهد که اندکی پس از ایجاد کیهان، جهش رشد سریعی را تجربه کرد که طی آن فضا با سرعتی بیشتر از نور منبسط شد. جهان از اندازه یک اتم تا نسبت های نجومی در کسری از ثانیه امتداد داشت.

بنابراین جهان مسطح به نظر می رسد زیرا ما روی کره ای قرار داریم که از نظر ما بسیار بزرگ است. پس زمین برای کسی که در صحرا می ایستد صاف می نماید.

تورم همچنین توضیح می دهد که چگونه اجسامی که از هم دور هستند می توانند زمانی به اندازه کافی نزدیک باشند تا بتوانند برهم کنش داشته باشند. اما حتی با فرض واقعی بودن تورم، اخترشناسان در تلاش برای توضیح علت آن هستند. و اینجاست که نظریه کرم چاله جدید به کمک می آید.

به گفته پوپلوسکی، برخی از نظریه های تورمی می گویند که این رویداد توسط «ماده عجیب و غریب» ایجاد شده است، یک ماده نظری که تا حدی با ماده معمولی متفاوت است، زیرا به جای جذب توسط گرانش، دفع می شود. بر اساس این معادلات، پوپلوسکی به این نتیجه رسید که چنین ماده عجیب و غریبی ممکن است زمانی به وجود آمده باشد که برخی از اولین ستارگان پرجرم فرو ریختند و به کرم چاله تبدیل شدند.

او می‌گوید: «ممکن است بین ماده عجیب و غریبی که کرم‌چاله‌ها را تشکیل می‌دهد و ماده عجیب‌وغریبی که باعث تورم شده است، تعاملی وجود داشته باشد.

معادلات کرم چاله - "راه حل خوب"

مدل جدید اولین مدلی نبود که نشان داد جهان های دیگری در داخل سیاهچاله ها وجود دارند. دیمین ایسون، فیزیکدان نظری در دانشگاه آریزونا، قبلاً این را پیشنهاد کرده بود.

"چه خبر؟ ایسون که در تحقیقات Poplavsky شرکت نکرده است، می گوید که راه حل کرم چاله ها در نسبیت عام، انتقالی از بیرون یک سیاهچاله به درون یک جهان جدید است. - "ما فقط فرض کردیم که چنین راه حلی می تواند باشد، اما پوپلوسکی آن را پیدا کرد."

با این حال، این ایده از نظر ایسون بسیار بحث برانگیز به نظر می رسد.

"آیا امکان دارد؟ آره. آیا چنین سناریویی محتمل است؟ حتی نمی دانم. اما قطعا جالب است."

کار آینده در گرانش کوانتومی - مطالعه گرانش در سطح زیراتمی - معادلات را اصلاح می کند و به طور بالقوه نظریه پوپلاوسکی را تایید یا رد می کند.

در نظریه کرم چاله ها هیچ چیز شگفت انگیزی وجود ندارد

آندریاس آلبرشت، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، که او نیز در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید، در مجموع، نظریه کرم‌چاله جالب است، اما راهگشا نیست، و منشأ جهان را روشن نمی‌کند.

با این ادعا که جهان ما از قطعه ای ماده از جهان مادر ایجاد شده است، این نظریه به سادگی رویداد ایجاد هر چیزی را که وجود دارد به یک واقعیت جایگزین تغییر می دهد. به عبارت دیگر، توضیح نمی دهد که جهان والد چگونه به وجود آمده است یا چرا جهان ما آن ویژگی ها را دارد - علاوه بر این، ویژگی ها باید به ارث برده شوند، به این معنی که جهان والد یکسان خواهد بود.

او با اشاره به تحقیقات پوپلوسکی می‌گوید: «چندین مشکل مبرم وجود دارد که ما در تلاش برای حل آن‌ها هستیم و مشخص نیست که همه اینها به کجا منتهی خواهد شد.

با این حال، آلبرشت اتصال جهان‌ها را «عجیب‌تر» از ایده تکینگی‌ها در سیاه‌چاله‌ها نمی‌داند، و او نمی‌خواهد از یک نظریه جدید صرفاً به این دلیل که کمی دور از ذهن به نظر می‌رسد، دست بکشد.

او می گوید: «هر کاری که مردم در این زمینه انجام می دهند بسیار عجیب است. "شما حق ندارید بگویید که ایده کمتر عجیب و غریب برنده خواهد شد، زیرا تحت هیچ شرایطی برنده نخواهد شد."

با توجه به افزایش نسبتاً اخیر علاقه به ساخت فیلم های علمی عامه پسند درباره اکتشاف فضا، بیننده مدرن در مورد پدیده هایی مانند تکینگی یا سیاهچاله چیزهای زیادی شنیده است. با این حال، بدیهی است که فیلم‌ها ماهیت کامل این پدیده‌ها را آشکار نمی‌کنند، و حتی گاهی اوقات نظریه‌های علمی ساخته‌شده را برای تأثیر بیشتر تحریف می‌کنند. به همین دلیل، تصور بسیاری از افراد مدرن در مورد این پدیده ها یا کاملا سطحی یا کاملاً اشتباه است. یکی از راه حل های مشکل پیش آمده این مقاله است که در آن سعی می کنیم به نتایج تحقیقات موجود پی ببریم و به این سوال پاسخ دهیم که سیاهچاله چیست؟

در سال 1784، جان میشل، کشیش انگلیسی و طبیعت‌شناس، برای اولین بار در نامه‌ای به انجمن سلطنتی از جسم عظیم فرضی‌ای نام برد که دارای جاذبه گرانشی بسیار قوی است که دومین سرعت کیهانی برای آن از سرعت نور فراتر می‌رود. دومین سرعت کیهانی سرعتی است که یک جسم نسبتاً کوچک برای غلبه بر جاذبه گرانشی یک جرم آسمانی و خروج از مدار بسته اطراف این جرم به آن نیاز دارد. بر اساس محاسبات وی، جسمی با چگالی خورشید و شعاع 500 شعاع خورشیدی در سطح خود دارای دومین سرعت کیهانی برابر با سرعت نور خواهد بود. در این صورت، حتی نور از سطح چنین جسمی خارج نمی شود و بنابراین این جسم فقط نور ورودی را جذب می کند و برای ناظر نامرئی می ماند - نوعی لکه سیاه در پس زمینه فضای تاریک.

با این حال، مفهوم یک جسم فوق العاده که توسط میشل پیشنهاد شد، تا زمان کار انیشتین مورد توجه قرار نگرفت. به یاد بیاورید که دومی سرعت نور را به عنوان سرعت محدود کننده انتقال اطلاعات تعریف کرد. علاوه بر این، انیشتین نظریه گرانش را برای سرعت های نزدیک به سرعت نور گسترش داد (). در نتیجه، دیگر کاربرد نظریه نیوتنی در مورد سیاهچاله ها مهم نبود.

معادله انیشتین

در نتیجه اعمال نسبیت عام برای سیاهچاله ها و حل معادلات انیشتین، پارامترهای اصلی سیاهچاله آشکار شد که تنها سه مورد از آنها وجود دارد: جرم، بار الکتریکی و تکانه زاویه ای. باید به سهم قابل توجه اخترفیزیکدان هندی، سوبرامانیان چاندراسهکار، که یک تک نگاری بنیادی ایجاد کرد، اشاره کرد: "نظریه ریاضی سیاهچاله ها".

بنابراین، حل معادلات اینشتین با چهار گزینه برای چهار نوع احتمالی سیاهچاله نشان داده می شود:

• سیاهچاله بدون چرخش و بدون بار راه حل شوارتزشیلد است. یکی از اولین توصیفات سیاهچاله (1916) با استفاده از معادلات اینشتین، اما بدون در نظر گرفتن دو پارامتر از سه پارامتر جسم. راه حل فیزیکدان آلمانی کارل شوارتزشیلد به شما امکان می دهد میدان گرانشی خارجی یک جسم عظیم کروی را محاسبه کنید. یکی از ویژگی های مفهوم دانشمند آلمانی از سیاهچاله ها وجود یک افق رویداد و افق پشت آن است. شوارتزشیلد همچنین برای اولین بار شعاع گرانشی را محاسبه کرد که نام او را دریافت کرد، که شعاع کره ای را که افق رویداد در آن قرار دارد برای جسمی با جرم معین تعیین می کند.
• سیاهچاله بدون چرخش با بار، راه حل Reisner-Nordström است. راه حلی که در سال های 1916-1918 با در نظر گرفتن بار الکتریکی احتمالی یک سیاهچاله ارائه شد. این بار نمی تواند خودسرانه زیاد باشد و به دلیل دافعه الکتریکی حاصل محدود می شود. دومی باید با جاذبه گرانشی جبران شود.
• یک سیاهچاله با چرخش و بدون بار - راه حل کر (1963). سیاهچاله چرخان کر با وجود به اصطلاح ارگوسفر با سیاهچاله ایستا متفاوت است (در مورد این و سایر اجزای سیاهچاله بیشتر بخوانید).
• BH با چرخش و شارژ - محلول Kerr-Newman. این راه حل در سال 1965 محاسبه شد و در حال حاضر کامل ترین راه حل است، زیرا هر سه پارامتر BH را در نظر می گیرد. با این حال، هنوز فرض بر این است که سیاه‌چاله‌ها در طبیعت بار ناچیزی دارند.

تشکیل یک سیاهچاله

نظریه های متعددی در مورد چگونگی شکل گیری و پیدایش سیاهچاله وجود دارد که معروف ترین آنها ظهور ستاره ای با جرم کافی در نتیجه فروپاشی گرانشی است. چنین فشرده‌سازی می‌تواند به تکامل ستاره‌هایی با جرم بیش از سه جرم خورشید پایان دهد. پس از اتمام واکنش‌های گرما هسته‌ای در چنین ستارگانی، آن‌ها به سرعت شروع به کوچک شدن و تبدیل شدن به یک واکنش فوق‌چگال می‌کنند. اگر فشار گاز یک ستاره نوترونی نتواند نیروهای گرانشی را جبران کند، یعنی جرم ستاره به اصطلاح بر آن غلبه می کند. حد Oppenheimer-Volkov، سپس فروپاشی ادامه می یابد و باعث می شود که ماده به یک سیاهچاله کوچک شود.

سناریوی دوم که تولد یک سیاهچاله را توصیف می کند، فشرده سازی گاز پیش کهکشانی است، یعنی گاز بین ستاره ای که در مرحله تبدیل شدن به یک کهکشان یا نوعی خوشه است. در صورت فشار داخلی ناکافی برای جبران نیروهای گرانشی یکسان، یک سیاهچاله ممکن است ایجاد شود.

دو سناریو دیگر همچنان فرضی است:

• وقوع یک سیاهچاله در نتیجه - به اصطلاح. سیاهچاله های اولیه
• وقوع در نتیجه واکنش های هسته ای در انرژی های بالا. نمونه ای از این واکنش ها آزمایش بر روی برخورددهنده ها است.

ساختار و فیزیک سیاهچاله ها

ساختار سیاهچاله طبق گفته شوارتزشیلد تنها شامل دو عنصر است که قبلاً ذکر شد: تکینگی و افق رویداد یک سیاهچاله. به طور خلاصه در مورد تکینگی می توان به این نکته اشاره کرد که ترسیم یک خط مستقیم از طریق آن غیرممکن است و همچنین اکثر تئوری های فیزیکی موجود در داخل آن کار نمی کنند. بنابراین، فیزیک تکینگی امروزه برای دانشمندان یک راز باقی مانده است. یک سیاهچاله یک مرز مشخص است که از آن عبور می کند، یک جسم فیزیکی توانایی بازگشت به خارج از محدوده خود را از دست می دهد و بدون ابهام در تکینگی یک سیاهچاله می افتد.

ساختار یک سیاهچاله در مورد راه حل کر، یعنی در حضور چرخش BH، تا حدودی پیچیده تر می شود. راه حل کر نشان می دهد که سوراخ دارای ارگوسفر است. ارگوسفر - ناحیه خاصی در خارج از افق رویداد قرار دارد که در داخل آن همه اجسام در جهت چرخش سیاهچاله حرکت می کنند. این منطقه هنوز هیجان انگیز نیست و بر خلاف افق رویداد امکان ترک آن وجود دارد. ارگوسفر احتمالاً نوعی آنالوگ از یک دیسک برافزایشی است که نشان دهنده یک ماده در حال چرخش در اطراف اجسام عظیم است. اگر سیاهچاله ایستا شوارتزشیلد به صورت یک کره سیاه نشان داده شود، سیاهچاله کری، به دلیل وجود ارگوسفر، به شکل یک بیضوی مایل است، که به شکل آن اغلب سیاهچاله ها را در نقاشی های قدیم می دیدیم. فیلم یا بازی های ویدیویی

• وزن یک سیاهچاله چقدر است؟ - بزرگترین ماده نظری در مورد ظاهر سیاهچاله برای سناریوی ظهور آن در نتیجه فروپاشی یک ستاره در دسترس است. در این حالت، حداکثر جرم یک ستاره نوترونی و حداقل جرم یک سیاهچاله توسط حد Oppenheimer - Volkov تعیین می شود که بر اساس آن حد پایین جرم BH 2.5 - 3 جرم خورشیدی است. سنگین ترین سیاهچاله ای که تاکنون کشف شده است (در کهکشان NGC 4889) جرمی برابر با 21 میلیارد خورشید دارد. با این حال، نباید سیاهچاله‌ها را فراموش کرد، که به طور فرضی ناشی از واکنش‌های هسته‌ای در انرژی‌های بالا، مانند واکنش‌های برخوردکننده‌ها هستند. جرم چنین سیاه‌چاله‌های کوانتومی، به عبارت دیگر «سیاهچاله‌های پلانک» در حد 2 10-5 گرم است.
• اندازه سیاهچاله حداقل شعاع BH را می توان از حداقل جرم (2.5 - 3 جرم خورشیدی) محاسبه کرد. اگر شعاع گرانشی خورشید، یعنی منطقه ای که افق رویداد در آن قرار دارد، حدود 2.95 کیلومتر باشد، حداقل شعاع BH با جرم 3 خورشیدی حدود نه کیلومتر خواهد بود. وقتی صحبت از اجسام عظیمی می شود که همه چیز اطراف را به خود جذب می کنند، چنین اندازه های نسبتاً کوچکی در سر جای نمی گیرند. با این حال، برای سیاهچاله های کوانتومی، شعاع 35-10- متر است.
• چگالی متوسط ​​یک سیاهچاله به دو پارامتر بستگی دارد: جرم و شعاع. چگالی یک سیاهچاله با جرم تقریباً سه جرم خورشیدی حدود 6 10 26 کیلوگرم بر متر مکعب است، در حالی که چگالی آب 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است. با این حال، چنین سیاهچاله های کوچکی توسط دانشمندان پیدا نشده است. بیشتر BH های کشف شده دارای جرمی بیش از 105 جرم خورشیدی هستند. یک الگوی جالب وجود دارد که بر اساس آن هرچه جرم سیاهچاله بیشتر باشد، چگالی آن کمتر است. در این حالت، تغییر جرم با 11 مرتبه بزرگی مستلزم تغییر در چگالی به اندازه 22 مرتبه قدر است. بنابراین، یک سیاهچاله با جرم 1 · 10 9 جرم خورشیدی دارای چگالی 18.5 کیلوگرم بر متر مکعب است که یک چگالی کمتر از چگالی طلا است. و سیاهچاله هایی با جرم بیش از 10 10 جرم خورشیدی می توانند چگالی متوسط ​​کمتر از چگالی هوا داشته باشند. بر اساس این محاسبات، منطقی است که فرض کنیم تشکیل سیاهچاله نه به دلیل فشردگی ماده، بلکه در نتیجه انباشته شدن مقدار زیادی ماده در حجم معینی رخ می دهد. در مورد سیاهچاله های کوانتومی، چگالی آنها می تواند حدود 1094 کیلوگرم بر متر مکعب باشد.
• دمای یک سیاهچاله نیز با جرم آن نسبت معکوس دارد. این دما رابطه مستقیمی با . طیف این تابش با طیف یک جسم کاملا سیاه، یعنی جسمی که تمام تشعشعات فرودی را جذب می کند، منطبق است. طیف تابش یک جسم سیاه فقط به دمای آن بستگی دارد، سپس دمای سیاهچاله را می توان از طیف تابش هاوکینگ تعیین کرد. همانطور که در بالا ذکر شد، این تابش هر چه قوی تر باشد، سیاهچاله کوچکتر است. در عین حال، تابش هاوکینگ فرضی باقی می ماند، زیرا هنوز توسط ستاره شناسان مشاهده نشده است. از این نتیجه می شود که اگر تابش هاوکینگ وجود داشته باشد، دمای BH های مشاهده شده به قدری پایین است که به شخص اجازه نمی دهد تابش مشخص شده را تشخیص دهد. بر اساس محاسبات، حتی دمای یک سوراخ با جرمی برابر جرم خورشید بسیار ناچیز است (110-7 کلوین یا -272 درجه سانتیگراد). دمای سیاهچاله های کوانتومی می تواند به حدود 10 12 کلوین برسد و با تبخیر سریع آنها (حدود 1.5 دقیقه)، چنین سیاهچاله هایی می توانند انرژی در حد ده میلیون بمب اتمی ساطع کنند. اما خوشبختانه، ایجاد چنین اجسام فرضی به انرژی 10 14 برابر بیشتر از آنچه امروز در برخورد دهنده بزرگ هادرون به دست می آید، نیاز دارد. علاوه بر این، چنین پدیده هایی هرگز توسط ستاره شناسان مشاهده نشده است.

CHD از چه چیزی ساخته شده است؟

سوال دیگری هم دانشمندان و هم کسانی را که به سادگی به اخترفیزیک علاقه دارند نگران می کند - سیاهچاله از چه چیزی تشکیل شده است؟ هیچ پاسخ واحدی برای این سوال وجود ندارد، زیرا نمی توان به فراتر از افق رویداد اطراف هر سیاهچاله نگاه کرد. علاوه بر این، همانطور که قبلا ذکر شد، مدل های نظری یک سیاهچاله تنها 3 جزء آن را ارائه می دهند: ارگوسفر، افق رویداد، و تکینگی. منطقی است که فرض کنیم در ارگوسفر فقط آن دسته از اجرام وجود دارند که توسط سیاهچاله جذب شده اند و اکنون به دور آن می چرخند - انواع مختلف اجسام کیهانی و گازهای کیهانی. افق رویداد فقط یک مرز ضمنی نازک است، زمانی که فراتر از آن، همان اجرام کیهانی به‌طور برگشت‌ناپذیری به سمت آخرین جزء اصلی سیاه‌چاله - تکینگی - جذب می‌شوند. ماهیت تکینگی امروزه مورد مطالعه قرار نگرفته است و هنوز زود است که درباره ترکیب آن صحبت کنیم.

بر اساس برخی فرضیات، یک سیاهچاله ممکن است از نوترون تشکیل شده باشد. اگر سناریوی وقوع سیاهچاله را در نتیجه فشردگی یک ستاره به یک ستاره نوترونی با فشردگی بعدی آن دنبال کنیم، احتمالاً قسمت اصلی سیاهچاله از نوترون ها تشکیل شده است که ستاره نوترونی از آن جمله است. خود را تشکیل می دهد. به عبارت ساده: هنگامی که یک ستاره فرو می ریزد، اتم های آن به گونه ای فشرده می شوند که الکترون ها با پروتون ها ترکیب می شوند و در نتیجه نوترون تشکیل می دهند. چنین واکنشی واقعاً در طبیعت رخ می دهد، با تشکیل یک نوترون، انتشار نوترینو رخ می دهد. با این حال، اینها فقط حدس و گمان هستند.

اگر در سیاهچاله بیفتید چه اتفاقی می افتد؟

افتادن در یک سیاهچاله اخترفیزیکی منجر به کشیدگی بدن می شود. یک فضانورد فرضی خودکشی را در نظر بگیرید که در حال رفتن به سیاهچاله است و چیزی جز لباس فضایی به تن ندارد، ابتدا پاها. با عبور از افق رویداد، فضانورد با وجود اینکه دیگر فرصتی برای بازگشت ندارد، متوجه هیچ تغییری نخواهد شد. در یک نقطه، فضانورد به نقطه ای می رسد (کمی در پشت افق رویداد) که در آن تغییر شکل بدن او شروع می شود. از آنجایی که میدان گرانشی یک سیاهچاله غیریکنواخت است و با شیب نیرویی که به سمت مرکز افزایش می‌یابد نشان داده می‌شود، پاهای فضانورد تحت تأثیر گرانشی به‌طور چشمگیری بیشتر از مثلاً سر قرار می‌گیرد. سپس، به دلیل گرانش، یا بهتر بگوییم، نیروهای جزر و مدی، پاها سریعتر "سقوط" می کنند. بنابراین، بدن شروع به کشش تدریجی در طول می کند. برای توصیف این پدیده، اخترفیزیکدانان اصطلاح نسبتاً خلاقانه ای را ارائه کرده اند - اسپاگت کردن. کشش بیشتر بدن احتمالاً آن را به اتم تجزیه می کند که دیر یا زود به یک تکینگی می رسد. فقط می توان حدس زد که در این شرایط چه احساسی در فرد خواهد داشت. شایان ذکر است که اثر کشش بدن با جرم سیاهچاله نسبت معکوس دارد. به این معنا که اگر یک BH با جرم سه خورشید فوراً بدن را بکشد/شکست دهد، آنگاه سیاهچاله عظیم نیروی جزر و مدی کمتری خواهد داشت و پیشنهاداتی وجود دارد که برخی از مواد فیزیکی می‌توانند چنین تغییر شکلی را بدون از دست دادن ساختار خود "تحمل کنند".

همانطور که می دانید، در نزدیکی اجسام عظیم، زمان کندتر جریان دارد، به این معنی که زمان برای یک فضانورد انتحاری بسیار کندتر از زمینیان جریان دارد. در این صورت، شاید او نه تنها از دوستان خود، بلکه خود زمین نیز زنده بماند. محاسبات برای تعیین اینکه چقدر زمان برای یک فضانورد کاهش می یابد مورد نیاز است، با این حال، با توجه به موارد فوق، می توان فرض کرد که فضانورد بسیار آهسته وارد سیاهچاله می شود و ممکن است به سادگی برای دیدن لحظه ای که بدنش شروع می شود زنده نماند. تغییر شکل دادن

قابل توجه است که برای یک ناظر در خارج، تمام اجسامی که به سمت افق رویداد پرواز کرده اند تا زمانی که تصویر آنها ناپدید شود، در لبه این افق باقی می مانند. دلیل این پدیده انتقال گرانشی به قرمز است. تا حدودی ساده تر، می توان گفت که نوری که بر روی بدن یک فضانورد انتحاری "یخ زده" در افق رویداد می افتد، به دلیل کاهش زمان، فرکانس خود را تغییر می دهد. هر چه زمان کندتر می گذرد، فرکانس نور کاهش می یابد و طول موج افزایش می یابد. در نتیجه این پدیده، در خروجی، یعنی برای یک ناظر خارجی، نور به تدریج به سمت فرکانس پایین - قرمز تغییر می کند. یک جابجایی نور در طول طیف رخ خواهد داد، زیرا فضانورد انتحاری بیشتر و بیشتر از ناظر دور می‌شود، البته تقریباً نامحسوس، و زمان او بیشتر و آهسته‌تر می‌گذرد. بنابراین، نور منعکس شده توسط بدن او به زودی از طیف مرئی فراتر می رود (تصویر ناپدید می شود) و در آینده بدن فضانورد را می توان فقط در ناحیه مادون قرمز، بعداً در فرکانس رادیویی و در نتیجه، تشعشع کاملاً گریزان خواهد بود.

علیرغم آنچه در بالا نوشته شد، فرض بر این است که در سیاهچاله های بسیار بزرگ، نیروهای جزر و مد با فاصله زیاد تغییر نمی کنند و تقریباً به طور یکنواخت روی جسم در حال سقوط عمل می کنند. در چنین حالتی، فضاپیمای در حال سقوط ساختار خود را حفظ خواهد کرد. یک سوال منطقی مطرح می شود - سیاهچاله به کجا منتهی می شود؟ این سوال را می توان با کار برخی از دانشمندان پاسخ داد و دو پدیده مانند کرمچاله ها و سیاهچاله ها را به هم مرتبط کردند.

در سال 1935، آلبرت انیشتین و ناتان روزن، با در نظر گرفتن فرضیه ای در مورد وجود به اصطلاح کرم چاله ها، دو نقطه فضا-زمان را از طریق راه در مکان های انحنای قابل توجه دومی - پل انیشتین-روزن - به هم وصل کردند. یا کرمچاله برای چنین انحنای قدرتمندی از فضا، اجسامی با جرم غول پیکر مورد نیاز است که سیاهچاله ها با این نقش کاملاً کنار می آیند.

پل انیشتین-رزن به دلیل کوچک و ناپایدار بودن آن به عنوان یک کرم چاله غیرقابل نفوذ در نظر گرفته می شود.

یک کرم چاله قابل عبور در تئوری سیاه و سفید چاله ها امکان پذیر است. جایی که سفیدچاله خروجی اطلاعاتی است که در سیاهچاله افتاده است. سفیدچاله در چارچوب نسبیت عام توصیف شده است، اما امروزه به صورت فرضی باقی مانده و کشف نشده است. مدل دیگری از کرم چاله توسط دانشمندان آمریکایی کیپ تورن و دانشجوی فارغ التحصیلش مایک موریس پیشنهاد شد که قابل عبور است. با این حال، مانند کرم‌چاله موریس-تورن و همچنین در مورد سیاه‌چاله‌ها، امکان سفر مستلزم وجود ماده‌ای به اصطلاح عجیب و غریب است که انرژی منفی دارد و همچنین فرضی باقی می‌ماند.

سیاهچاله ها در کیهان

وجود سیاهچاله ها نسبتاً اخیراً تأیید شد (سپتامبر 2015)، اما قبل از آن زمان، مطالب نظری زیادی در مورد ماهیت سیاهچاله ها و همچنین بسیاری از اجرام کاندید برای نقش سیاهچاله وجود داشت. اول از همه، باید ابعاد سیاهچاله را در نظر گرفت، زیرا ماهیت این پدیده به آنها بستگی دارد:

• سیاهچاله جرم ستاره ای. چنین اجرامی در نتیجه فروپاشی یک ستاره به وجود می آیند. همانطور که قبلا ذکر شد، حداقل جرم جسمی که قادر به تشکیل چنین سیاهچاله ای است 2.5 تا 3 جرم خورشید است.
• سیاهچاله های با جرم متوسط. نوعی سیاهچاله میانی شرطی که به دلیل جذب اجرام مجاور، مانند تجمع گاز، ستاره همسایه (در سیستم های دو ستاره) و سایر اجرام کیهانی افزایش یافته است.
• سیاهچاله کلان جرم. اجرام فشرده با جرم 10 5 -10 10 خورشیدی. ویژگی های متمایز چنین BH ها چگالی کم و همچنین نیروهای جزر و مدی ضعیف است که قبلاً مورد بحث قرار گرفت. این سیاهچاله عظیم در مرکز کهکشان راه شیری ما (Sagittarius A*, Sgr A*) و همچنین اکثر کهکشان های دیگر است.

نامزدهای CHD

نزدیکترین سیاهچاله، یا بهتر است بگوییم کاندیدای نقش سیاهچاله، یک جرم (V616 Unicorn) است که در فاصله 3000 سال نوری از خورشید (در کهکشان ما) قرار دارد. از دو جزء تشکیل شده است: یک ستاره با جرم نیمی از جرم خورشید و همچنین یک جسم کوچک نامرئی که جرم آن 3-5 جرم خورشید است. اگر معلوم شود که این جرم یک سیاهچاله کوچک با جرم ستاره ای است، آنگاه نزدیکترین سیاهچاله خواهد بود.

به دنبال این شی، دومین سیاهچاله نزدیک Cyg X-1 (Cyg X-1) است که اولین نامزد برای نقش سیاهچاله بود. فاصله تا آن تقریبا 6070 سال نوری است. کاملاً خوب مطالعه شده است: جرم آن 14.8 جرم خورشیدی و شعاع افق رویداد حدود 26 کیلومتر است.

بر اساس برخی منابع، یکی دیگر از نزدیکترین نامزدها برای نقش سیاهچاله ممکن است جسمی در منظومه ستاره ای V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) باشد که بر اساس برآوردهای سال 1999، در فاصله 1600 سال نوری قرار داشت. با این حال، مطالعات بعدی این فاصله را حداقل 15 برابر افزایش داد.

چند سیاهچاله در کهکشان ما وجود دارد؟

هیچ پاسخ دقیقی برای این سوال وجود ندارد، زیرا مشاهده آنها نسبتاً دشوار است و در طول کل مطالعه آسمان، دانشمندان موفق به کشف حدود دوازده سیاهچاله در کهکشان راه شیری شدند. بدون افراط در محاسبات، متوجه می‌شویم که در کهکشان ما حدود 100 تا 400 میلیارد ستاره وجود دارد و تقریباً هر هزارمین ستاره دارای جرم کافی برای تشکیل یک سیاه‌چاله است. این احتمال وجود دارد که میلیون ها سیاهچاله در طول وجود کهکشان راه شیری شکل گرفته باشند. از آنجایی که ثبت سیاهچاله های عظیم آسان تر است، منطقی است که فرض کنیم بیشتر BH های کهکشان ما فوق جرم نیستند. شایان ذکر است که تحقیقات ناسا در سال 2005 حاکی از وجود یک دسته کامل سیاهچاله (10-20 هزار) است که به دور مرکز کهکشان می چرخند. علاوه بر این، در سال 2016، اخترفیزیکدانان ژاپنی یک ماهواره عظیم را در نزدیکی جسم * کشف کردند - یک سیاهچاله، هسته راه شیری. با توجه به شعاع کوچک (0.15 سال نوری) این جسم و همچنین جرم عظیم آن (100000 جرم خورشید)، دانشمندان پیشنهاد می کنند که این جرم نیز یک سیاهچاله بسیار پرجرم است.

هسته کهکشان ما، سیاهچاله کهکشان راه شیری (کمان A *، Sgr A * یا کمان A *) بسیار پرجرم است و دارای جرم 4.31 10 6 خورشیدی، و شعاع 0.00071 سال نوری (6.25 ساعت نوری) است. یا 6.75 میلیارد کیلومتر). دمای Sagittarius A* همراه با خوشه اطراف آن حدود 1 10 7 K است.

بزرگترین سیاهچاله

بزرگ‌ترین سیاه‌چاله‌ای که دانشمندان توانسته‌اند کشف کنند، سیاه‌چاله‌ای بسیار پرجرم به نام FSRQ blazar است که در مرکز کهکشان S5 0014+81، در فاصله 1.2·10 10 سال نوری از زمین قرار دارد. طبق نتایج اولیه رصد، با استفاده از رصدخانه فضایی سویفت، جرم سیاهچاله 40 میلیارد (40 10 9) جرم خورشیدی و شعاع شوارتزشیلد چنین چاله ای 118.35 میلیارد کیلومتر (0.013 سال نوری) بود. علاوه بر این، طبق محاسبات، 12.1 میلیارد سال پیش (1.6 میلیارد سال پس از انفجار بزرگ) به وجود آمد. اگر این سیاهچاله غول پیکر مواد اطراف خود را جذب نکند، پس از آن زندگی خواهد کرد تا دوران سیاهچاله ها را ببیند - یکی از دوره هایی در توسعه کیهان، که طی آن سیاهچاله ها در آن تسلط خواهند داشت. اگر هسته کهکشان S5 0014+81 به رشد خود ادامه دهد، آنگاه به یکی از آخرین سیاهچاله هایی تبدیل خواهد شد که در کیهان وجود خواهد داشت.

دو سیاهچاله شناخته شده دیگر، اگرچه نامی از آنها برده نشده است، اما بیشترین اهمیت را برای مطالعه سیاهچاله ها دارند، زیرا وجود آنها را به طور تجربی تأیید کردند و همچنین نتایج مهمی برای مطالعه گرانش به دست آوردند. ما در مورد رویداد GW150914 صحبت می کنیم که به آن برخورد دو سیاهچاله به یکی می گویند. این رویداد اجازه ثبت نام را داد.

تشخیص سیاهچاله ها

قبل از در نظر گرفتن روش هایی برای تشخیص سیاهچاله ها، باید به این سوال پاسخ داد که چرا سیاهچاله سیاه است؟ - پاسخ به آن نیازی به دانش عمیق در اخترفیزیک و کیهان شناسی ندارد. واقعیت این است که یک سیاهچاله تمام تشعشعاتی را که روی آن فرو می ریزد جذب می کند و اگر فرضی را در نظر نگیرید، اصلا تشعشع نمی کند. اگر این پدیده را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم، می‌توان فرض کرد که هیچ فرآیندی در داخل سیاه‌چاله‌ها وجود ندارد که منجر به آزاد شدن انرژی به شکل تابش الکترومغناطیسی شود. سپس اگر سیاهچاله تابش کند، آنگاه در طیف هاوکینگ قرار دارد (که با طیف یک جسم گرم شده و مطلقا سیاه منطبق است). با این حال، همانطور که قبلا ذکر شد، این تشعشع شناسایی نشد، که نشان دهنده دمای کاملاً پایین سیاهچاله ها است.

یکی دیگر از نظریه های پذیرفته شده دیگر می گوید که تابش الکترومغناطیسی به هیچ وجه قادر به خروج از افق رویداد نیست. به احتمال زیاد فوتون ها (ذرات نور) توسط اجسام عظیم جذب نمی شوند، زیرا طبق نظریه، آنها خودشان جرم ندارند. با این حال، سیاهچاله همچنان فوتون های نور را از طریق اعوجاج فضا-زمان «جذب» می کند. اگر سیاهچاله در فضا را نوعی فرورفتگی در سطح صاف فضا-زمان تصور کنیم، در این صورت فاصله مشخصی از مرکز سیاهچاله وجود دارد که نور دیگر قادر به دور شدن از آن نخواهد بود. یعنی به طور تقریبی، نور شروع به "افتادن" در "گودالی" می کند که حتی یک "پایین" هم ندارد.

علاوه بر این، با توجه به اثر انتقال گرانشی به سرخ، ممکن است نور در سیاهچاله فرکانس خود را از دست بدهد و در طول طیف به ناحیه تابش امواج بلند فرکانس پایین منتقل شود تا زمانی که به طور کلی انرژی خود را از دست بدهد.

بنابراین، سیاهچاله سیاه است و بنابراین تشخیص آن در فضا دشوار است.

روش های تشخیص

روش هایی را که اخترشناسان برای تشخیص سیاهچاله استفاده می کنند در نظر بگیرید:

علاوه بر روش های ذکر شده در بالا، دانشمندان اغلب اجسامی مانند سیاهچاله ها و. کوازارها خوشه‌هایی از اجسام و گازهای کیهانی هستند که از درخشان‌ترین اجرام نجومی در جهان هستند. از آنجایی که آنها در اندازه های نسبتاً کوچک درخشندگی بالایی دارند، دلیلی وجود دارد که باور کنیم مرکز این اجرام یک سیاهچاله بسیار پرجرم است که ماده اطراف را به سمت خود جذب می کند. به دلیل چنین جاذبه گرانشی قدرتمندی، ماده جذب شده چنان گرم می شود که به شدت تابش می کند. تشخیص چنین اجسامی معمولاً با تشخیص سیاهچاله مقایسه می شود. گاهی اوقات اختروش ها می توانند جت های پلاسمای گرم شده را در دو جهت ساطع کنند - جت های نسبیتی. دلایل پیدایش چنین جت‌هایی (جت) کاملاً مشخص نیست، اما احتمالاً ناشی از برهمکنش میدان‌های مغناطیسی BH و قرص برافزایش هستند و توسط یک سیاه‌چاله مستقیم ساطع نمی‌شوند.

برخورد یک جت در کهکشان M87 از مرکز یک سیاهچاله

با جمع بندی موارد فوق، می توان از نزدیک تصور کرد: این یک جسم سیاه کروی است که ماده به شدت گرم شده به دور آن می چرخد ​​و یک قرص برافزایشی درخشان را تشکیل می دهد.

ادغام و برخورد سیاهچاله ها

یکی از جالب‌ترین پدیده‌های اخترفیزیک، برخورد سیاهچاله‌ها است که تشخیص چنین اجرام نجومی عظیمی را نیز ممکن می‌سازد. چنین فرآیندهایی نه تنها مورد توجه اخترفیزیکدانان است، زیرا منجر به پدیده هایی می شود که توسط فیزیکدانان مطالعه ضعیفی دارند. واضح‌ترین مثال، رویدادی است که قبلاً ذکر شد به نام GW150914، زمانی که دو سیاه‌چاله به قدری نزدیک شدند که در نتیجه جاذبه گرانشی متقابل، در یکی شدند. پیامد مهم این برخورد، ظهور امواج گرانشی بود.

طبق تعریف امواج گرانشی، اینها تغییرات میدان گرانشی هستند که به صورت موج مانند از اجسام متحرک عظیم منتشر می شوند. هنگامی که دو چنین جسمی به یکدیگر نزدیک می شوند، شروع به چرخش در اطراف یک مرکز ثقل مشترک می کنند. با نزدیک شدن به یکدیگر، چرخش آنها حول محور خود افزایش می یابد. چنین نوسانات متغیر میدان گرانشی در نقطه ای می تواند یک موج گرانشی قدرتمند را تشکیل دهد که می تواند میلیون ها سال نوری در فضا منتشر شود. بنابراین، در فاصله 1.3 میلیارد سال نوری، برخورد دو سیاهچاله رخ داد که یک موج گرانشی قدرتمند را تشکیل داد که در 14 سپتامبر 2015 به زمین رسید و توسط آشکارسازهای LIGO و VIRGO ثبت شد.

سیاهچاله ها چگونه می میرند؟

بدیهی است که برای اینکه یک سیاهچاله دیگر وجود نداشته باشد، باید تمام جرم خود را از دست بدهد. با این حال، طبق تعریف او، اگر سیاهچاله از افق رویداد خود عبور کرده باشد، هیچ چیز نمی تواند آن را ترک کند. مشخص است که برای اولین بار فیزیکدان نظری شوروی، ولادیمیر گریبوف، در گفتگو با دانشمند شوروی دیگر، یاکوف زلدوویچ، احتمال انتشار ذرات توسط یک سیاهچاله را ذکر کرد. او استدلال کرد که از نقطه نظر مکانیک کوانتومی، یک سیاهچاله قادر است ذرات را از طریق یک اثر تونلی ساطع کند. او بعداً با کمک مکانیک کوانتومی، نظریه خود را که تا حدودی متفاوت بود، فیزیکدان نظری انگلیسی استیون هاوکینگ ساخت. می توانید در مورد این پدیده بیشتر بخوانید. به طور خلاصه، ذرات به اصطلاح مجازی در خلاء وجود دارند که دائماً به صورت جفت متولد می شوند و یکدیگر را نابود می کنند، در حالی که با دنیای خارج تعامل ندارند. اما اگر چنین جفت هایی در افق رویداد سیاهچاله به وجود بیایند، گرانش قوی به طور فرضی قادر است آنها را جدا کند، به طوری که یک ذره در سیاهچاله می افتد و دیگری از سیاهچاله دور می شود. و از آنجایی که ذره ای که از یک سوراخ دور شده قابل مشاهده است و بنابراین دارای انرژی مثبت است، ذره ای که در سوراخ افتاده است باید دارای انرژی منفی باشد. بنابراین، سیاهچاله انرژی خود را از دست می دهد و اثری به نام تبخیر سیاهچاله ایجاد می شود.

با توجه به مدل های موجود یک سیاهچاله، همانطور که قبلا ذکر شد، با کاهش جرم آن، تشعشعات آن شدیدتر می شود. سپس در مرحله نهایی وجود یک سیاهچاله، زمانی که ممکن است به اندازه یک سیاهچاله کوانتومی کاهش یابد، مقدار زیادی انرژی به شکل تابش آزاد می کند که می تواند معادل هزاران یا حتی باشد. میلیون ها بمب اتمی این رویداد تا حدودی یادآور انفجار یک سیاهچاله مانند همان بمب است. طبق محاسبات، سیاه‌چاله‌های اولیه می‌توانستند در نتیجه انفجار بزرگ متولد شوند و سیاهچاله‌هایی که جرم آن‌ها حدود 1012 کیلوگرم است، باید در زمان ما تبخیر و منفجر می‌شدند. به هر حال، چنین انفجارهایی هرگز توسط ستاره شناسان دیده نشده است.

علیرغم مکانیسمی که هاوکینگ برای نابودی سیاهچاله ها پیشنهاد کرده است، خواص تابش هاوکینگ باعث ایجاد پارادوکس در چارچوب مکانیک کوانتومی می شود. اگر سیاهچاله مقداری جسم را جذب کند و سپس جرم حاصل از جذب این جسم را از دست بدهد، بدون توجه به ماهیت جسم، سیاهچاله با آنچه قبل از جذب جسم بوده تفاوتی نخواهد داشت. در این صورت اطلاعات مربوط به بدن برای همیشه از بین می رود. از نقطه نظر محاسبات نظری، تبدیل حالت خالص اولیه به حالت مخلوط حاصل ("حرارتی") با نظریه فعلی مکانیک کوانتومی مطابقت ندارد. این پارادوکس گاهی اوقات ناپدید شدن اطلاعات در سیاهچاله نامیده می شود. راه حل واقعی برای این پارادوکس هرگز پیدا نشده است. گزینه های شناخته شده برای حل پارادوکس:

• ناهماهنگی نظریه هاوکینگ. این امر مستلزم عدم امکان نابودی سیاهچاله و رشد مداوم آن است.
• وجود سفیدچاله ها در این حالت، اطلاعات جذب شده ناپدید نمی شوند، بلکه به سادگی به جهان دیگری پرتاب می شوند.
• ناسازگاری نظریه عمومی پذیرفته شده مکانیک کوانتومی.

مشکل حل نشده فیزیک سیاهچاله

با قضاوت بر اساس هر آنچه قبلاً توضیح داده شد، سیاهچاله ها، اگرچه برای مدت نسبتا طولانی مورد مطالعه قرار گرفته اند، هنوز دارای ویژگی های بسیاری هستند که مکانیسم های آنها هنوز برای دانشمندان شناخته شده نیست.

• در سال 1970، یک دانشمند انگلیسی به اصطلاح فرموله کرد. "اصل سانسور کیهانی" - "طبیعت از تکینگی خالی متنفر است." این به این معنی است که تکینگی فقط در مکان‌هایی که از دید پنهان هستند، مانند مرکز یک سیاه‌چاله شکل می‌گیرد. با این حال، این اصل هنوز ثابت نشده است. همچنین محاسبات نظری وجود دارد که بر اساس آن یک تکینگی "برهنه" می تواند رخ دهد.
• «قضیه بدون مو» که بر اساس آن سیاهچاله ها فقط سه پارامتر دارند نیز ثابت نشده است.
• نظریه کاملی درباره مگنتوسفر سیاهچاله ایجاد نشده است.
• ماهیت و فیزیک تکینگی گرانشی مورد مطالعه قرار نگرفته است.
• به طور قطع مشخص نیست که در مرحله نهایی وجود سیاهچاله چه اتفاقی می افتد و پس از فروپاشی کوانتومی آن چه چیزی باقی می ماند.

حقایق جالب در مورد سیاهچاله ها

با جمع بندی موارد فوق، می توانیم چندین ویژگی جالب و غیرعادی ماهیت سیاهچاله ها را برجسته کنیم:

• سیاهچاله ها فقط سه پارامتر دارند: جرم، بار الکتریکی و تکانه زاویه ای. در نتیجه تعداد کمی از ویژگی های این جسم، قضیه ای که این را بیان می کند «قضیه بدون مو» نامیده می شود. همچنین عبارت "سیاهچاله بدون مو" از اینجا آمده است، به این معنی که دو سیاهچاله کاملاً یکسان هستند، سه پارامتر ذکر شده آنها یکسان است.
• چگالی سیاهچاله ها می تواند کمتر از چگالی هوا باشد و دما نزدیک به صفر مطلق است. از این رو می توان فرض کرد که تشکیل سیاهچاله نه به دلیل فشرده شدن ماده، بلکه در نتیجه انباشته شدن مقدار زیادی ماده در حجم معینی اتفاق می افتد.
• زمان جذب اجسام توسط سیاهچاله ها بسیار کندتر از یک ناظر خارجی است. علاوه بر این، اجسام جذب شده به طور قابل توجهی در داخل سیاهچاله کشیده می شوند که توسط دانشمندان به آن اسپاگت سازی می گویند.
• ممکن است حدود یک میلیون سیاهچاله در کهکشان ما وجود داشته باشد.
• احتمالاً در مرکز هر کهکشانی یک سیاهچاله کلان جرم وجود دارد.
• در آینده، طبق مدل نظری، جهان به اصطلاح به دوران سیاهچاله ها می رسد، زمانی که سیاهچاله ها به اجسام غالب در جهان تبدیل می شوند.

به عنوان بخشی از ماتریوشکای کیهانی، جهان ما ممکن است درون یک سیاهچاله قرار داشته باشد که خود بخشی از جهان بزرگتر است. همه سیاهچاله‌های یافت شده در جهان ما - از میکروسکوپی گرفته تا ابرپرجرم - می‌توانند دروازه‌هایی به سوی واقعیت‌های متناوب باشند.

یکی از جدیدترین تئوری‌های "توهم زا" می‌گوید که سیاه‌چاله تونلی است بین جهان‌ها - چیزی شبیه کرم‌چاله. سیاهچاله همانطور که انتظار می رود در یک نقطه فرو نمی ریزد، بلکه به یک "سفیدچاله" در انتهای دیگر سیاهچاله می رود.

نیکودم پوپلوسکی، فیزیکدان دانشگاه ایندیانا، در مقاله ای که در مجله Physics Letters B منتشر شد، یک مدل ریاضی جدید برای حرکت مارپیچی ماده در حال سقوط در سیاهچاله ارائه کرد. معادلات او نشان می‌دهد که چنین کرم‌چاله‌هایی جایگزین‌های مناسبی برای تکینگی‌های فضا-زمانی هستند که آلبرت انیشتین پیشنهاد کرد در مرکز سیاه‌چاله‌ها قرار دارند.

بر اساس معادلات نسبیت عام انیشتین، تکینگی ها زمانی ایجاد می شوند که ماده در یک منطقه بسیار متراکم شود، مانند قلب فوق متراکم یک سیاهچاله.

نظریه انیشتین نشان می‌دهد که تکینگی‌ها فضا را اشغال نمی‌کنند، بی‌نهایت متراکم و بی‌نهایت داغ هستند - که در اصل، شواهد غیرواقعی متعددی تأیید می‌شود، اما هنوز برای بسیاری از دانشمندان درک آن دشوار است.

اگر پوپلوسکی درست می‌گوید، شاید نیازی به درک آن نباشد.

مطابق با معادلات جدید، ماده ای که سیاهچاله جذب می کند و ظاهراً آن را از بین می برد، در واقعیتی دیگر به ماده ساختمانی کهکشان ها، ستاره ها و سیارات تبدیل می شود.

آیا کرمچاله ها می توانند معمای انفجار بزرگ را حل کنند؟

پوپلوسکی می گوید درک سیاهچاله ها به عنوان کرم چاله می تواند اسرار خاصی را در کیهان شناسی مدرن توضیح دهد. به عنوان مثال، نظریه انفجار بزرگ ادعا می کند که جهان با یک تکینگی آغاز شده است. اما دانشمندان از توضیح چگونگی شکل گیری چنین تکینگی در وهله اول راضی نیستند. بنابراین، اگر جهان ما از یک سفیدچاله متولد شده باشد و نه از یک تکینگی، "مشکل تکینگی سیاهچاله ها و تکینگی انفجار بزرگ را حل می کند."

کرم‌چاله‌ها همچنین می‌توانند انفجارهای پرتو گاما را توضیح دهند، دومین انفجار قوی در جهان پس از انفجار بزرگ. انفجار پرتو گاما در حاشیه جهان شناخته شده رخ می دهد. آنها با ابرنواخترها یا مرگ ستارگان در کهکشان های دور مرتبط شده اند، اما منشا دقیق آنها یک راز است. پوپلوسکی پیشنهاد می کند که این انفجارها ممکن است پرتاب ماده از جهان های متناوب باشد. ماده از طریق سیاهچاله های کلان پرجرم - کرم چاله ها - در قلب کهکشان ها وارد جهان ما می شود، اگرچه مشخص نیست که چگونه این امکان وجود دارد.

دانشمند می گوید: "این ایده دیوانه کننده است، اما چه کسی می داند؟"

حداقل یک راه برای آزمایش نظریه پوپلوسکی وجود دارد. برخی از سیاهچاله های جهان ما می چرخند، و اگر جهان ما در داخل همان سیاهچاله چرخان متولد شده باشد، باید چرخش جسم والد را به ارث ببرد. بنابراین، اگر آزمایش‌های آینده نشان دهد که جهان ما در جهت مورد نظر در حال چرخش است، این می‌تواند شواهد غیرمستقیم برای نظریه کرم‌چاله باشد.

آیا کرمچاله ها می توانند "ماده عجیب و غریب" تولید کنند؟

به گفته فیزیکدانان، نظریه کرم چاله ممکن است توضیح دهد که چرا برخی از ویژگی های جهان ما از آنچه این نظریه پیش بینی می کند منحرف می شود. بر اساس مدل استاندارد فیزیک، پس از انفجار بزرگ، انحنای جهان باید با گذشت زمان افزایش یابد، بنابراین 13.7 میلیارد سال بعد، یعنی امروز، ما باید روی سطح یک جهان کروی بسته بنشینیم.

با این حال، مشاهدات نشان می دهد که جهان در همه جهات صاف است. علاوه بر این، داده های نوری از کیهان اولیه نشان می دهد که دما پس از انفجار بزرگ تقریباً در همه جا یکسان بوده است. این بدان معنی است که دورترین اجسامی که در انتهای مخالف جهان می بینیم به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک بوده و در تعادل بودند، مانند مولکول های گاز در یک محفظه مهر و موم شده.

باز هم، مشاهدات با پیش بینی ها مطابقت ندارند، زیرا اجرام مقابل در جهان شناخته شده آنقدر از هم فاصله دارند که زمان سفر بین آنها با سرعت نور بیشتر از سن جهان است.

برای توضیح این اختلافات، اخترشناسان نظریه تورم را توسعه دادند.

تورم نشان می دهد که اندکی پس از ایجاد کیهان، جهش رشد سریعی را تجربه کرد که طی آن فضا با سرعتی بیشتر از نور منبسط شد. جهان از اندازه یک اتم تا نسبت های نجومی در کسری از ثانیه امتداد داشت.

بنابراین جهان مسطح به نظر می رسد زیرا ما روی کره ای قرار داریم که از نظر ما بسیار بزرگ است. پس زمین برای کسی که در صحرا می ایستد صاف می نماید.

تورم همچنین توضیح می دهد که چگونه اجسامی که از هم دور هستند می توانند زمانی به اندازه کافی نزدیک باشند تا بتوانند برهم کنش داشته باشند. اما حتی با فرض واقعی بودن تورم، اخترشناسان در تلاش برای توضیح علت آن هستند. و اینجاست که نظریه جدید کرمچاله ها به کمک می آید.

به گفته پوپلوسکی، برخی از نظریه های تورمی می گویند که این رویداد توسط "ماده عجیب و غریب" ایجاد شده است، یک ماده نظری که تا حدی با ماده معمولی متفاوت است زیرا به جای جذب توسط گرانش، دفع می شود. بر اساس این معادلات، پوپلوسکی به این نتیجه رسید که چنین ماده عجیب و غریبی ممکن است زمانی به وجود آمده باشد که برخی از اولین ستارگان پرجرم فرو ریختند و به کرم چاله تبدیل شدند.

او می‌گوید: «ممکن است بین ماده عجیب و غریب که کرم‌چاله‌ها را تشکیل می‌دهد و ماده عجیب‌وغریبی که باعث تورم شده است، تعاملی وجود داشته باشد.

معادلات کرم چاله - "راه حل خوب".

مدل جدید اولین مدلی نبود که نشان داد جهان های دیگری در داخل سیاهچاله ها وجود دارند. دیمین ایسون، فیزیکدان نظری در دانشگاه آریزونا، قبلاً این را پیشنهاد کرده بود.

ایسون که در مطالعه پوپلوسکی دخالتی نداشت، می‌گوید: «چه چیز جدیدی وجود دارد؟ این که تفکیک کرم‌چاله‌ها در oto، انتقالی از بیرون یک سیاه‌چاله به درون یک جهان جدید است. - "ما فقط فرض کردیم که چنین راه حلی می تواند باشد، اما پوپلوسکی آن را پیدا کرد."

با این حال، این ایده برای ایسون بسیار بحث برانگیز به نظر می رسد.

"آیا ممکن است؟ بله. آیا چنین سناریویی محتمل است؟ من حتی نمی دانم. اما قطعا جالب است."

کار آینده در گرانش کوانتومی - مطالعه گرانش در سطح زیراتمی - معادلات را اصلاح می کند و به طور بالقوه نظریه پوپلاوسکی را تایید یا رد می کند.

هیچ چیز شگفت انگیزی در مورد نظریه کرم چاله وجود ندارد.

آندریاس آلبرشت، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، که او نیز در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: به طور کلی، نظریه کرم چاله جالب است، اما پیشگامانه نیست، و منشا جهان را روشن نمی کند.

با این ادعا که جهان ما از قطعه ای ماده از جهان مادر ایجاد شده است، این نظریه به سادگی رویداد ایجاد هر چیزی را که وجود دارد به یک واقعیت جایگزین تغییر می دهد. به عبارت دیگر، توضیح نمی دهد که جهان والد چگونه به وجود آمده است یا چرا جهان ما آن ویژگی ها را دارد - علاوه بر این، ویژگی ها باید به ارث برده شوند، به این معنی که جهان والد یکسان خواهد بود.

او با اشاره به تحقیقات پوپلاوسکی می‌گوید: «چند مشکل فوری وجود دارد که ما سعی می‌کنیم آنها را حل کنیم، و مشخص نیست که همه اینها به کجا منتهی می‌شود».

با این حال، آلبرشت ایده کرم‌چاله‌ها را که جهان‌ها را به هم پیوند می‌دهند، «عجیب‌تر» از ایده تکینگی‌ها در سیاه‌چاله‌ها نمی‌داند، و او نمی‌خواهد از یک نظریه جدید صرفاً به این دلیل که کمی دور از ذهن به نظر می‌رسد، دست بکشد.

او می گوید: «هر کاری که مردم در این منطقه انجام می دهند بسیار عجیب است. "شما حق ندارید بگویید که ایده کمتر عجیب برنده خواهد شد زیرا تحت هیچ شرایطی اتفاق نمی افتد." منبع: سلام - خبر.

در گذشته نه چندان دور (بر اساس استانداردهای علمی) جسمی به نام سیاهچاله کاملاً فرضی بود و فقط با محاسبات نظری سطحی توصیف می شد. اما پیشرفت فناوری ثابت نمی ماند و اکنون هیچ کس در وجود سیاهچاله ها شک نمی کند. در مورد سیاهچاله ها مطالب زیادی نوشته شده است، اما درک توصیفات آنها برای ناظر معمولی بسیار دشوار است. در این مقاله سعی می کنیم به این شی بسیار جالب بپردازیم.
یک سیاهچاله معمولاً به دلیل مرگ یک ستاره نوترونی تشکیل می شود. ستاره های نوترونی معمولاً بسیار پرجرم، درخشان و بسیار داغ هستند، در مقایسه با خورشید ما، مانند یک لامپ چراغ قوه و یک نور افکن غول پیکر با یک دسته مگاوات است که در فیلم ها استفاده می شود. ستاره‌های نوترونی بسیار غیراقتصادی هستند، آنها از ذخایر عظیم سوخت هسته‌ای برای دوره‌های زمانی نسبتاً کوتاه استفاده می‌کنند، در واقع مانند یک ماشین کوچک و نوعی هلیک، اگر دوباره با ستاره ما مقایسه شوند. با سوزاندن سوخت هسته ای، عناصر جدیدی در هسته تشکیل می شوند، عناصر سنگین تری، می توانید به جدول تناوبی نگاه کنید، هیدروژن به هلیوم، هلیوم به لیتیوم و غیره تبدیل می شود. محصولات تجزیه همجوشی هسته ای شبیه دود لوله اگزوز هستند، با این تفاوت که می توان از آنها مجددا استفاده کرد. و به همین ترتیب، ستاره در حال افزایش است، تا زمانی که به آهن برسد. تجمع آهن در هسته مانند سرطان است... از درون شروع به کشتن او می کند. به دلیل آهن، جرم هسته به سرعت در حال رشد است و در نهایت، نیروی گرانش از نیروهای فعل و انفعالات هسته ای بیشتر می شود و هسته به معنای واقعی کلمه سقوط می کند که منجر به انفجار می شود. در لحظه وقوع چنین انفجاری، انرژی عظیمی آزاد می شود و دو پرتو مستقیم تابش گاما ظاهر می شود، گویی یک تفنگ لیزری از دو طرف به جهان شلیک می کند، و هر چیزی که در مسیر چنین پرتوهایی قرار دارد، فاصله حدود 10 سال نوری توسط این تابش نفوذ می کند. طبیعتاً هیچ چیز زنده ای از چنین پرتوهایی زنده نمی ماند و آنچه نزدیکتر است کاملاً می سوزد. این تشعشع قوی ترین در کل جهان در نظر گرفته می شود، با این تفاوت که انرژی انفجار بزرگ انرژی بیشتری دارد. اما همه چیز آنقدر بد نیست، هر چیزی که در هسته بود به فضا منتشر می شود و متعاقبا برای ایجاد سیارات، ستاره ها و غیره استفاده می شود. فشار ناشی از نیروی انفجار ستاره را به اندازه کوچکی فشرده می کند، با توجه به اندازه قبلی آن، چگالی فوق العاده زیاد می شود. یک خرده همبرگر ساخته شده از چنین ماده ای بیشتر از سیاره ما وزن دارد. در نتیجه سیاه چاله ای به دست می آید که گرانش باورنکردنی دارد و به این دلیل سیاه نامیده می شود که حتی نور نیز نمی تواند از آن فرار کند.
قوانین فیزیک در کنار یک سیاهچاله دیگر آنطور که ما عادت کرده ایم کار نمی کنند. فضا-زمان منحنی است و همه رویدادها به روشی کاملاً متفاوت پیش می روند. مانند یک جاروبرقی، سیاهچاله هر چیزی را که در اطراف خود است جذب می کند: سیارات، سیارک ها، نور و غیره. قبلاً اعتقاد بر این بود که سیاهچاله چیزی از خود ساطع نمی کند، اما همانطور که استیون هاوکینگ ثابت کرد، سیاهچاله ضد ماده را تابش می کند. یعنی ماده را می خورد، ضد ماده آزاد می کند. به هر حال، اگر ماده و پادماده را با هم ترکیب کنیم، بمبی به دست می آید که انرژی E = mc2 را آزاد می کند، خوب، توبیش، قوی ترین سلاح روی این سیاره است. من معتقدم که برخورددهنده پس از آن ساخته شد تا سعی کند این را به دست آورد، زیرا زمانی که پروتون ها در داخل این دستگاه برخورد می کنند، سیاهچاله های مینیاتوری نیز ظاهر می شوند که به سرعت تبخیر می شوند، که برای ما خوب است، در غیر این صورت می تواند مانند فیلم های مربوط به پایان دوره باشد. جهان
قبلا تصور می شد که اگر فردی را به داخل سیاهچاله بیندازید، لوله ای او را به زیر اتم ها تبدیل می کند، اما همانطور که مشخص شد، طبق برخی معادلات، مسیرهای خاصی برای عبور از سیاهچاله وجود دارد تا احساس کنید. طبیعی است، اگرچه معلوم نیست بعد از آن چه اتفاقی خواهد افتاد، صلح دیگری یا هیچ چیز. منطقه اطراف سیاهچاله که جالب است، افق رویداد نامیده می شود. اگر بدون دانستن معادله جادویی به آنجا پرواز کنید، مطمئناً خیلی خوب نخواهد بود. ناظر می بیند که چگونه فضاپیما به افق رویداد پرواز می کند و سپس به آرامی دور می شود تا زمانی که در مرکز یخ بزند. برای خود فضانورد، همه چیز به شدت متفاوت خواهد بود، فضای منحنی شکل های مختلفی را از آن شکل می دهد، مانند پلاستیکین، تا زمانی که در نهایت همه چیز را به زیر اتم ها می شکند. اما برای یک ناظر بیرونی، فضانورد برای همیشه لبخند می‌زند و از سوراخ دریچه تکان می‌دهد، تصویری یخ زده.

سیاه چاله - توضیحی برای کودکان: توضیحات با عکس، نحوه پیدا کردن جهان در فضا، نحوه ظاهر شدن آنها، مرگ ستارگان، سیاهچاله های عظیم کهکشان ها.

برای کوچک‌ترین‌ها، والدین یا در مدرسه باید توضیح دهند که این اشتباه فاحشی است که سیاهچاله را به عنوان یک مکان خالی درک کنند. برعکس، مقدار باورنکردنی ماده در آن متمرکز شده است که در فضای کوچکی بسته شده است. برای اینکه توضیح برای کودکان رنگارنگ تر شود، فقط تصور کنید که ستاره ای به جرم 10 برابر خورشید را گرفته اید و سعی کرده اید آن را در ناحیه ای به اندازه نیویورک قرار دهید. در اثر چنین فشاری، میدان گرانشی آنقدر قوی می شود که هیچ کس، حتی یک پرتو نور، نمی تواند فرار کند. با توسعه فناوری، ناسا می تواند اطلاعات بیشتری در مورد این اجرام مرموز کسب کند.

شما می توانید توضیح دادن برای کودکان را با گفتن اینکه اصطلاح "سیاه چاله" تا سال 1967 وجود نداشت (که توسط جان ویلر معرفی شد) شروع کنید. اما قبل از آن چندین قرن به وجود اجسام عجیب و غریب اشاره می شد که به دلیل چگالی و انبوهی که دارند نوری از خود ساطع نمی کنند. آنها حتی توسط آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت عام پیش بینی شده بودند. او ثابت کرد که وقتی یک ستاره عظیم می میرد، یک هسته کوچک و متراکم باقی می ماند. اگر جرم ستاره سه برابر خورشید باشد، گرانش بر بقیه نیروها غلبه می کند و یک سیاهچاله می گیریم.

فرآیند تشکیل ستاره سیاه

البته باید به کودکان توضیح داد که محققان قادر به مشاهده مستقیم این ویژگی ها نیستند (تلسکوپ ها فقط نور، اشعه ایکس و سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی را پیدا می کنند)، بنابراین نیازی به منتظر ماندن برای عکس سیاهچاله نیست. . اما با توجه به تاثیری که بر اجسام اطراف می گذارند، می توانید مکان آنها را محاسبه کنید و حتی اندازه را تعیین کنید. به عنوان مثال، اگر از میان ابری از ماده بین ستاره ای عبور کند، در این فرآیند شروع به کشیدن ماده به داخل - برافزایش می کند. اگر ستاره ای از نزدیکی رد شود همین اتفاق می افتد. درست است، یک ستاره می تواند منفجر شود.

در لحظه جذب، این ماده گرم شده و شتاب می گیرد و اشعه ایکس را در فضا منتشر می کند. اکتشافات اخیر چندین انفجار قدرتمند از پرتوهای گاما را مشاهده کرده اند که نشان می دهد چگونه این سوراخ ستاره های همسایه را می بلعد. در این مرحله رشد برخی را تحریک و برخی دیگر را متوقف می کنند.

مرگ یک ستاره آغاز یک سیاهچاله است

بیشتر سیاهچاله ها از بقایای ستارگان بزرگ در حال مرگ (انفجارهای ابرنواختر) به وجود می آیند. ستارگان کوچکتر به ستاره های نوترونی متراکم تبدیل می شوند که فاقد جرمی برای نگه داشتن نور هستند. اگر جرم یک ستاره 3 برابر بیشتر از خورشید باشد، آنگاه کاندیدای سیاهچاله می شود. مهم است که یک مورد عجیب را برای کودکان توضیح دهیم. هنگامی که یک ستاره فرو می ریزد، سطح آن به یک سطح خیالی (افق رویداد) نزدیک می شود. زمان روی خود ستاره کندتر از ناظر می شود. هنگامی که سطح به افق رویداد برخورد می کند، زمان متوقف می شود و ستاره دیگر نمی تواند سقوط کند - یک جسم در حال فروریختن یخ زده.

سیاهچاله ها در مراکز ادغام کهکشان ها

سیاهچاله های بزرگتر می توانند پس از برخورد ستاره ها ظاهر شوند. پس از پرتاب در دسامبر 2004، تلسکوپ ناسا توانست فلش های زودگذر قوی پرتوهای گاما را تشخیص دهد. پس از آن، چاندرا و هابل اطلاعات مربوط به این رویداد را جمع آوری کردند و متوجه شدند که این فلاش ها می تواند نتیجه برخورد یک سیاهچاله و یک ستاره نوترونی باشد که باعث ایجاد یک سیاهچاله جدید می شود.

اگرچه در روند آموزش، فرزندان و والدین قبلاً آن را کشف کرده اند، یک لحظه یک راز باقی مانده است. به نظر می رسد سوراخ ها در دو مقیاس متفاوت وجود دارند. سیاهچاله های زیادی وجود دارد - بقایای ستارگان عظیم. به عنوان یک قاعده، جرم آنها 10-24 برابر خورشید است. دانشمندان دائماً آنها را می بینند اگر یک ستاره خارجی به شدت نزدیک شود. اما بیشتر سیاهچاله ها به صورت مجزا وجود دارند و به سادگی قابل مشاهده نیستند. با این حال، با قضاوت بر اساس تعداد ستارگانی که به اندازه کافی بزرگ هستند تا نامزد سیاهچاله شوند، باید ده ها میلیون میلیارد از این سیاهچاله ها در کهکشان راه شیری وجود داشته باشد.

سیاهچاله های بسیار پرجرم نیز وجود دارند که یک میلیون یا حتی یک میلیارد برابر بزرگتر از خورشید ما هستند. اعتقاد بر این است که چنین هیولاهایی در مراکز تقریباً همه کهکشان های بزرگ (از جمله کهکشان ما) زندگی می کنند.

برای کوچولوها جالب است بدانید که برای مدت طولانی دانشمندان معتقد بودند که اندازه متوسطی برای سیاهچاله ها وجود ندارد. اما داده‌های Chandra، XMM-Newton و Hubble نشان می‌دهند که چنین هستند.

شاید سیاهچاله های بسیار پرجرم به دلیل یک واکنش زنجیره ای ناشی از برخورد ستارگان در خوشه های فشرده ظاهر شوند. به همین دلیل، تعداد زیادی ستارگان پرجرم جمع می شوند که فرو می ریزند و سیاهچاله ها را ایجاد می کنند. این خوشه‌ها سپس مرکز کهکشانی را اشغال می‌کنند، جایی که سیاه‌چاله‌ها با هم ادغام می‌شوند و به نماینده‌ای بسیار پرجرم تبدیل می‌شوند.

شاید قبلاً متوجه شده باشید که نمی‌توانید سیاهچاله را با کیفیت بالا به صورت آنلاین تحسین کنید، زیرا این اجرام نور ساطع نمی‌کنند. اما مطالعه عکس ها و نمودارهای ایجاد شده بر اساس تماس سیاهچاله ها و ماده معمولی برای کودکان جالب خواهد بود.

توضیح لاکونیک این پدیده به نظر می رسد. سیاهچاله یک منطقه فضا-زمان است که جاذبه گرانشی آن چنان قوی است که هیچ جسمی، از جمله کوانتوم های نوری، نمی تواند از آن خارج شود.

یک سیاهچاله زمانی یک ستاره پرجرم بود. تا زمانی که واکنش های گرما هسته ای فشار بالایی را در روده های آن حفظ کنند، همه چیز عادی می ماند. اما با گذشت زمان، ذخایر انرژی تمام می شود و جرم آسمانی، تحت تأثیر گرانش خود، شروع به کوچک شدن می کند. مرحله نهایی این فرآیند فروپاشی هسته ستاره و تشکیل یک سیاهچاله است.

• 1. پرتاب جت سیاهچاله با سرعت بالا
• 2. یک قرص از ماده به سیاهچاله تبدیل می شود
• 3. سیاهچاله
• 4. طرح تفصیلی منطقه سیاهچاله
• 5. اندازه مشاهدات جدید یافت شده

رایج ترین نظریه می گوید که پدیده های مشابهی در هر کهکشانی از جمله در مرکز راه شیری ما وجود دارد. گرانش عظیم این سوراخ قادر است چندین کهکشان را در اطراف خود نگه دارد و از دور شدن آنها از یکدیگر جلوگیری کند. "منطقه پوشش" می تواند متفاوت باشد، همه اینها به جرم ستاره ای که به سیاهچاله تبدیل شده است بستگی دارد و می تواند هزاران سال نوری باشد.

فشار در سیاهچاله پاسخ ها

باب بی

ما هیچ فشاری نمی دانیم. در واقع، ما واقعا نمی دانیم که درون یک سیاهچاله (BH) چه چیزی وجود دارد.

راه حل های کلاسیک برای BH ها دارای یک افق (یا دو برای یک راه حل چرخشی BH Kerr) هستند که در آن ناحیه داخلی به طور علّی با ناحیه بیرونی مرتبط است. در ناحیه درونی، فضازمان خالی است، چیزی در آنجا نیست جز یک تکینگی که در آن انحنای فضازمان بی نهایت می شود.

علاوه بر این، شخصی (یا ذره ای) که به سمت افق می رود (و در چارچوب مختصات یکی از آنها یا در سیستم مختصات ذره، در یک بازه زمانی محدود این کار را انجام می دهد) اتفاق عجیبی در افق نمی بیند. (استثنای احتمالی بعداً در این پاسخ)، و به ناچار به تکینگی برخورد می کند، و این کار را نسبتاً سریع انجام می دهد. اثر گرانشی که ناظر در داخل افق تجربه می کند افزایش می یابد تا جایی که در راه حل های کلاسیک بی نهایت می شود.

استثنا یا اخطار در این داستان این است که گرانش کوانتومی را در نظر نمی گیرد. با نزدیک شدن به تکینگی، ما هنوز یک نظریه پذیرفته شده درباره گرانش کوانتومی نداریم (تئوری های فرضی مانند نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی حلقه ای داریم). نسبیت عام در حال بی اعتبار شدن است و ما هنوز نمی دانیم که در حال تسخیر آن است. در واقع ادعاهایی وجود دارد که چیزی به نام فایروال در افق وجود دارد و همه چیز در آنجا از بین می رود. برای حفظ اطلاعات فیزیکی در BH ها مشکلاتی وجود دارد و برخی فرضیه ها این است که اطلاعات در افق منجمد شده و در آنجا ذخیره می شود. کل این موضوع در تحقیقات فعال در حال انجام است.

شاید بتوان نیروهای جزر و مدی را نوعی فشار دانست. اگر ابتدا خود را در زیر پای سیاهچاله بیابید، نیروی جاذبه متفاوت در انتهای مختلف بدن شما باعث می شود مانند اسپاگتی کشیده و کشیده شوید. «اسپاگتی» را گوگل کنید.

Spaggettification نیروهای جزر و مدی است، این یک میدان گرانشی با گرادیان خواهد بود. فشار اینطور نیست، فقط هل دادن یا کشیدن است و مربوط به میدان یا ماده است.

فشار معمولاً با نیرو در هر سطح تعیین می شود. از آنجایی که هیچ بعد فیزیکی "داخل" BH وجود ندارد، و بنابراین هیچ سطحی وجود ندارد، هیچ راهی برای تعیین فشار وجود ندارد. در واقع، ما در داخل یک سیاهچاله چیزی نمی فهمیم.

ویدئو سیاهچاله چیست؟

سیاه‌چاله یک میدان گرانشی خودپایه است که در ناحیه بسیار خمیده فضا-زمان متمرکز شده است (تصویر از www.science.nasa.gov)

سیاهچاله نه ماده است و نه تشعشع. با کمی تجسم، می‌توان گفت که این یک میدان گرانشی خودپایه است که در ناحیه بسیار منحنی فضا-زمان متمرکز شده است. مرز بیرونی آن با یک سطح بسته یعنی افق رویداد مشخص می شود. اگر ستاره قبل از فروپاشی نمی چرخید، این سطح یک کره منظم است که شعاع آن با شعاع شوارتزشیلد منطبق است.

معنای فیزیکی افق بسیار واضح است. یک سیگنال نوری ارسال شده از همسایگی بیرونی آن می تواند مسافت بی نهایتی را طی کند. اما سیگنال های ارسال شده از ناحیه درونی، نه تنها از افق عبور نمی کنند، بلکه ناگزیر به درون تکینگی «سقوط» خواهند شد. افق یک مرز فضایی بین رویدادهایی است که می تواند برای منجمان زمینی (و سایر اخترشناسان) شناخته شود، و رویدادهایی که اطلاعاتی درباره آنها تحت هیچ شرایطی منتشر نمی شود.

همانطور که باید "به گفته شوارتزشیلد" باشد، دور از افق، جاذبه یک سوراخ با مربع فاصله نسبت معکوس دارد، بنابراین، برای یک ناظر دور، خود را به عنوان یک جسم سنگین معمولی نشان می دهد. سوراخ علاوه بر جرم، ممان اینرسی ستاره فروپاشیده و بار الکتریکی آن را به ارث می برد. و تمام خصوصیات دیگر ستاره سلف (ساختار، ترکیب، کلاس طیفی و غیره) به فراموشی سپرده می شود.

بیایید یک کاوشگر را با یک ایستگاه رادیویی به سوراخ بفرستیم که یک سیگنال در ثانیه مطابق با زمان سوار شدن بفرستد. برای یک ناظر دور، با نزدیک شدن کاوشگر به افق، فواصل زمانی بین سیگنال ها افزایش می یابد - در اصل، به طور نامحدود. به محض اینکه کشتی از افق نامرئی عبور کند، برای دنیای "روی سوراخ" کاملاً ساکت خواهد بود. با این حال، این ناپدید شدن بدون ردیابی نخواهد بود، زیرا کاوشگر جرم، بار و گشتاور آن را به سوراخ می دهد.