"."."نجوم و فیزیک"."."

یکشنبه پانزدهم اردیبهشت 1387

بمب نوترونی و کربنی

نگاه اجمالی
در سال 1919 رادرفورد نشان داده بود که با استفاده از ذرات آلفا که از عنصر رادیوم به صورت خود به خود صادر می‌شوند، که می تواند هسته نیتروژن را بشکافد، یک هسته هیدروژن از آن خارج شده، و نیتروژن به اکسیژن تبدیل می‌شود. آنچه را که کیمیاگران قرون وسطی ، به قیمت شکنجه شدن یا قرار گرفتن در معرض خطر سوزانده شدن ، بدان اعتقاد داشتند، رادرفورد به اثبات رسانیده بود و بنابراین او کیمیاگری نوین را پایه‌گذاری کرده بود.

شتابدهنده کاک کرافت والتون
در سال 1982 کاک ، کرافت و والتون شتابگری با ولتاژ زیاد را اختراع کرده بودند که با حدود 750000 ولت بر یک پروتون وارد آمد و سپس این پروتون به عنوان پرتابه برخورد با هدف لیتیوم مورد استفاده واقع شد. پروتون اتم لیتیوم را می‌شکافد، و به این ترتیب انرژی معادل 15 میلیون الکترون ولت از آن آزاد می‌کند. این کار یک امتیاز نسبت به کار رادرفورد به نظر می‌رسید. رادرفورد با بی اعتنایی آن را منبع بالقوه‌ای از انرژی مفید تلقی کرد. او خاطرنشان ساخت که از هر 10 میلیون پروتون پرتابی فقط یکی به هدف اصابت می‌کند. رادرفورد گفت : «مثل این است که بخواهیم پشه ای را در یک شب تاریک با استفاده از 10 میلیون گلوله و شانسی در تالار آلبرت (لندن) شکار کنیم».

سیکلوترون
ارنست لارنس (E.Lawrence) در ایالات متحده با اختراع شتابدهنده حلقوی (سیکلوترون) ، اتم شکن را تکامل بخشید. در شتابدهنده حلقوی ذرات به کمک میدان مغناطیسی به یک دایره بی‌انتها هدایت کردند که می‌توانست سرعتهای بالا و بالاتری به وجود آورد و بنابراین به همین نسبت انرژیهای بیشتر تولید کنند. اما هنوز شکار پشه در شب تاریک به قوت خود باقی بود همه این قضایا در طی دو سال بعد از مرگ رادرفورد تغییر یافت.

تعبیر شکافت
اولین بار فردریک کرولیوت کوری و ایرن ژولیوت کوری ، اورانیوم را در معرض بمباران نوترونی قرار داده و به نتایج شگفت انگیزی رسیدند. اتوهان ، شیمیدان جوان آلمانی ، که در دانشگاه مک گیل کار می‌کرد و شاگرد رادرفورد بود، به کمک همکارش فریتس اشتراسمان Fritz strassmann ، توانست با تاباندن نوترون بر اورانیوم سبب استحاله آن به دو عنصر شد. این کار نشان داد که اورانیوم بر اثر مداخله نوترون شکافته می‌شود.

لیزامایتنر (Lise Meitner) ، فیزیکدان اتریشی ‌تبار و پسر عمویش اوتوفریش (Otto Frisch) ، برای این موضوع تعبیر شایسته شکافت را به کار بردند. واژه شکافت اصطلاحی است که در زیست شناسی برای تقسیم یاخته به کار می‌رود، لذا از زیست شناسی به عاریت گرفته شده بود.

واکنش زنجیره‌ای
واقعیت مهم دیگر در مورد شکافت اورانیوم توسط بمباران نوترونی این است که این نوترون می‌تواند سایر اتمهای اورانیوم را نیز بشکافد و این کار می‌تواند زنجیروار ادامه پیدا کند. مفهوم روشن واکنش زنجیره‌ای این است که هر رویداد ، رویداد دیگری به وجود می‌آورد و این عمل تا آخر به همین ترتیب ادامه پیدا می‌کند.

اگر یک واکنش زنجیره‌ای بتواند به صورت مستمر ادامه پیدا کند، نوترونهای ناشی از یک اتم اورانیوم را بتوان به وسیله هسته اتم اورانیوم دیگر گیر انداخت، شکافتن دیگری و رهایی نوترونهای بیشتری به وجو د خواهد آمد. انرژی بیشتری نیز آزاد خواهد شد. اگر تعداد معینی از اتمها (جرم بحرانی) در لحظه‌ای از زمان ، فرآیند یاد شده استمرار یابد، منجر به انفجار خواهد شد.

تولید پلوتونیوم
ذره موثر در واکنش بمباران اورانیوم ، ذره‌ای که خود به خود نوترونها را آزاد می‌کرد، اورانیوم 235 بود که در اورانیوم طبیعی به نسبت 140/1 اتمهای اورانیوم 238 ظاهر می‌شود. اگر بتوان به اندازه کافی U235 جدا کرد، انفجار مقدور است. اما به طوری که فرمی در پیل اتمی در دانشگاه شیکاگو نشان داد، می‌توان فرایند به نحوی تنظیم کرد که نوترونهای سریع U235 به اندازه کافی کند شده و به تسخیر اتمهای U238 در آیند. این قضیه منجر به تولید عنصر دست ساز انسان موسوم به پلوتونیم شد که ناپایدار بوده و در صورتی که تعداد آن به حد معینی برسد، به انفجار می‌انجامد.

بمب هیدروژنی
بمب هیدروژنی بر پایه فرآیند هسته گرمایی استوار است، که همان ابزار تولید انرژی در خورشید است. فرآیند یاد شده نه تنها به شکافتن اتمها ، بلکه به همجوشی آنها نیز ارتباط پیدا می‌کند. هسته اتم هیدروژن از یک ذره تشکیل یافته است. اگر گرما کافی باشد (مثلا در حد 2x104 ) چها اتم هیدروژن با یکدیگر گداخته شده و به هلیوم تبدیل می‌شوند. مازاد انرژی در این فرآیند میلیونها بار بیشتر از انرژی شیمیایی و هزاران مرتبه بیشتر از انرژی شکافت می‌باشد.

به چنین دماهایی در روی زمین در لحظه انفجار بمب اتمی می‌توان دست یافت. بنابراین ، شگرد کار در این بود که این دیگ زودپز برای تولید بمب هیدروژنی به کار گرفته شد. بنابراین غول دیگری ، نیرومندتر از غول فرآیند شکافت، بیدار شد و سریعا تلاش برای رام کردن آن آغاز شد.

تولد پلاسما
کاربرد صلح آمیز انرژی همجوشی هسته‌ای به سهولت بهره برداری صلح آمیز از انرژی شکافت هسته‌ای نبود. بنابراین ، دانشمندان پی‌بردند که اطلاعات کمی درباره رفتار ذرات وجود دارد و برای جبران این نقص بازهم علم جدیدی پا به میدان گذاشت که فیزیک پلاسما نام گرفت. این مورد مثال جالبی از چگونگی تحریف کلمات در کاربرد علمی بود.

+ نوشته شده در 6:43 توسط بهناز.

چهارشنبه چهارم اردیبهشت 1387

فيزيك كوانتوم در هفت گام

نيلز بور (1962-1885)، از بنيانگذاران فيزيك كوانتوم، در مورد چيزي كه بنيان گذارده است، جمله اي دارد به اين مضمون كه اگر كسي بگويد فيزيك كوانتوم را فهميده، پس چيزي نفهميده است. من هم در اينجا مي خواهم چيزي را برايتان توضيح دهم كه قرار است نفهميد!

گام اول: تقسيم ماده

بياييد از يك رشته‌ي دراز ماكارونيِ پخته شروع كنيم. اگر اين رشته‌ي ماكاروني را نصف كنيم، بعد نصف آن را هم نصف كنيم، بعد نصفِ نصف آن را هم نصف كنيم و... شايد آخر سر به چيزي برسيم ــ البته اگر چيزي بماند! ــ كه به آن مولكولِ ماكاروني مي‌توان گفت؛ يعني كوچكترين جزئي كه هنوز ماكاروني است. حال اگر تقسيم كردن را باز هم ادامه بدهيم، حاصل كار خواص ماكاروني را نخواهد داشت، بلكه ممكن است در اثر ادامه‌ي تقسيم، به مولكول‌هاي كربن يا هيدروژن يا... بربخوريم. اين وسط، چيزي كه به درد ما مي خورد ــ يعني به دردِ نفهميدنِ كوانتوم! ــ اين است كه دست آخر، به اجزاي گسسته اي به نام مولكول يا اتم مي رسيم.

اين پرسش از ساختار ماده كه «آجرك ساختماني ماده چيست؟»، پرسشي قديمي و البته بنيادي است. ما به آن، به كمك فيزيك كلاسيك، چنين پاسخ گفته ايم: ساختار ماده، ذره اي و گسسته است؛ اين يعني نظريه‌ي مولكولي.

گام دوم: تقسيم انرژي

بياييد ايده‌ي تقيسم كردن را در مورد چيزهاي عجيب تري به كار ببريم، يا فكر كنيم كه مي توان به كار برد يا نه. مثلاً در مورد صدا. البته منظورم اين نيست كه داخل يك قوطي جيغ بكشيم و در آن را ببنديم و سعي كنيم جيغ خود را نصف ـ نصف بيرون بدهيم. صوت يك موج مكانيكي است كه مي تواند در جامدات، مايعات و گازها منتشر شود. چشمه هاي صوت معمولاً سيستم هاي مرتعش هستند. ساده ترين اين سيستم ها، تار مرتعش است ــ كه در حنجره‌ي انسان هم از آن استفاده شده است. به‌راحتي(!) و بر اساس مكانيك كلاسيك مي توان نشان داد كه بسياري از كمّيت هاي مربوط به يك تار كشيده‌ي مرتعش، از جمله فركانس، انرژي، توان و... گسسته (كوانتيده) هستند. گسسته بودن در مكانيك موجي پديده اي آشنا و طبيعي است (براي مطالعه‌ي بيشتر مي توانيد به فصل‌هاي 19 و 20 «فيزيك هاليدي» مراجعه كنيد). امواج صوتي هم مثال ديگري از كمّيت هاي گسسته (كوانتيده) در فيزيك كلاسيك هستند. مفهوم موج در مكانيك كوانتومي و فيزيك مدرن جايگاه بسيار ويژه و مهمي دارد كه جلوتر به آن مي رسيم و يكي از مفاهيم كليدي در مكانيك كوانتوم است.

پس گسسته بودن يك مفهوم كوانتومي نيست. اين تصور كه فيزيك كوانتومي مساوي است با گسسته شدن كمّيت هاي فيزيكي، همه‌ي مفهوم كوانتوم را در بر ندارد؛ كمّيت هاي گسسته در فيزيك كلاسيك هم وجود دارند. بنابراين، هنوز با ايده‌ي تقسيم كردن و سعي براي تقسيم كردن چيزها مي‌توانيم لذت ببريم!

گام سوم: مولكول نور

خوب! تا اينجا داشتم سعي مي كردم توضيح دهم كه مكانيك كوانتومي چه چيزي نيست. حالا مي رسيم به شروع ماجرا:

فرض كنيد به جاي رشته‌ي ماكاروني، بخواهيم يك باريكه‌ي نور را به طور مداوم تقسيم كنيم. آيا فكر مي كنيد كه دست آخر به چيزي مثل «مولكول نور» (يا آنچه امروز فوتون مي‌ناميم) برسيم؟ چشمه هاي نور معمولاً از جنس ماده هستند. يعني تقريباً همه‌ي نورهايي كه دور و بر ما هستند از ماده تابش مي‌كنند. ماده هم كه ساختار ذره اي ـ اتمي دارد. بنابراين، بايد ببينيم اتم ها چگونه تابش مي كنند يا مي توانند تابش كنند؟

گام چهارم: تابش الكترون

در سال 1911، رادرفورد (947-1871) نشان داد كه اتم ها، مثل ميوه‌ها، داراي هسته‌ي مركزي هستند. هسته بار مثبت دارد و الكترون‌ها به دور هسته مي چرخند. اما الكترون هاي در حال چرخش، شتاب دارند و بر مبناي اصول الكترومغناطيس، «ذره‌ي بادارِ شتابدار بايد تابش كند» و در نتيجه انرژي از دست بدهد و در يك مدار مارپيچي به سمت هسته سقوط كند. اين سرنوشتي بود كه مكانيك كلاسيك براي تمام الكترون ها /c1/پيش‌بيني و توصيه(!)

طيف تابشي اتم‌ها، بر خلاف فرضيات فيزيك كلاسيك گسسته است. به عبارت ديگر، نوارهايي روشن و تاريك در طيف تابشي ديده مي‌شوند.

در اين تصوير، طيف تابشي كربن را مي‌بينيد.

مي كرد و اگر الكترون ها به اين توصيه عمل مي كردند، همه‌ي‌ مواد ــ از جمله ما انسان‌ها ــ بايد از خود اشعه تابش مي كردند (و همان‌طور كه مي‌دانيد اشعه براي سلامتي بسيار خطرناك است)! ولي مي‌بينيم از تابشي كه بايد با حركت مارپيچي الكترون به دور هسته حاصل شود اثري نيست و طيف نوريِ تابش‌شده از اتم ها به جاي اينكه در اثر حركت مارپيچي و سقوط الكترون پيوسته باشد، يك طيف خطي گسسته است؛ مثل برچسب هاي رمزينه‌اي (barcode) كه روي اجناس فروشگاه ها مي زنند. يعني يك اتم خاص، نه تنها در اثر تابش فرو نمي‌ريزد، بلكه نوري هم كه از خود تابش مي‌كند، رنگ ها ــ يا فركانس هاي ــ گسسته و معيني دارد. گسسته بودن طيف تابشي اتم ها از جمله علامت سؤال هاي ناجور در مقابل فيزيك كلاسيك و فيزيكدانان دهه‌‌ي 1890 بود.

گام پنجم: فاجعه‌ي فرابنفش

برگرديم سر تقسيم كردن نور.

ماكسول (1879-1831) نور را به صورت يك موج الكترومغناطيس در نظر گرفته بود. از اين رو، همه فكر مي كردند نور يك پديده‌ي موجي است و ايده‌ي «مولكولِ نور»، در اواخر قرن نوزدهم، يك لطيفه‌ي اينترنتي يا SMS كاملاً بامزه و خلاقانه محسوب مي شد. به هر حال، دست سرنوشت يك علامت سؤال ناجور هم براي ماهيت موجي نور در آستين داشت كه به «فاجعه‌ي فرابنفش» مشهور شد:

يك محفظه‌ي بسته و تخليه‌شده را كه روزنه‌ي كوچكي در ديواره‌ي آن وجود دارد، در كوره اي با دماي يكنواخت قرار دهيد و آن‌قدر صبر كنيد تا آنكه تمام اجزا به دماي يكسان (تعادل گرمايي) برسند.

در دماي به اندازه‌ي كافي بالا، نور مرئي از روزنه‌ي محفظه خارج مي‌شود ــ مثل سرخ و سفيد شدن آهن گداخته در آتش آهنگري.

نمودار انرژي تابشي در واحد حجم محفظه، برحسب رابطه رايلي- جينز در فيزيك كلاسيك و رابطه پيشنهادي پلانك

در تعادل گرمايي، اين محفظه داراي انرژي تابشي‌اي است كه آن را در تعادل تابشي ـ گرمايي با ديواره ها نگه مي‌دارد. به چنين محفظه‌اي «جسم سياه» مي‌گوييم. يعني اگر روزنه به اندازه‌ي كافي كوچك باشد و پرتو نوري وارد محفظه شود، گير مي‌افتد و نمي‌تواند بيرون بيايد.

فرض كنيد ميزان انرژي تابشي در واحد حجمِ محفظه (يا چگالي انرژي تابشي) در هر لحظه U باشد. سؤال: چه كسري از اين انرژي تابشي كه به شكل امواج نوري است، طول موجي بين 546 (طول موج نور زرد) تا 578 نانومتر (طول موج نور سبز) دارند. جوابِ فيزيك كلاسيك به اين سؤال براي بعضي از طول موج‌ها بسيار بزرگ است! يعني در يك محفظه‌ي روزنه دار كه حتماً انرژي محدودي وجود دارد، مقدار انرژي در برخي طول موج‌ها به سمت بي نهايت مي‌رود. اين حالت براي طول موج‌هاي فرابنفش شديدتر هم مي‌شود. (نمودار شكل 4 را ببينيد.)

گام ششم: رفتار موجي ـ ذره‌اي

در سال 1901 ماكس پلانك (Max Planck: 1947-1858) اولين گام را به سوي مولكول نور برداشت و با استفاده از ايده‌ي تقسيم نور، جواب جانانه‌اي به اين سؤال داد. او فرض كرد كه انرژي تابشي در هر بسامدِ ? ــ بخوانيد نُو ــ به صورت مضرب صحيحي از ?h است كه در آن h يك ثابت طبيعي ــ معروف به «ثابت پلانك» ــ است. يعني فرض كرد كه انرژي تابشي در بسامد ? از «بسته هاي كوچكي با انرژي ?h» تشكيل شده است. يعني اينكه انرژي نوراني، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است. البته گسسته بودن انرژي به‌تنهايي در فيزيك كلاسيك حرفِ ناجوري نبود‌ (همان‌طور كه قبل‌تر در مورد امواج صوتي ديديم)، بلكه آنچه گيج‌كننده بود و آشفتگي را بيشتر مي‌كرد، ماهيتِ «موجي ـ ذره‌اي» نور بود. اين تصور كه چيزي ــ مثلاً همين نور ــ هم بتواند رفتاري مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاري مثل «ذره»، به طرز تفكر جديدي در علم محتاج بود.

ماكس پلانك، از بنيانگذاران فيزيك كوانتوم

ذره چيست؟ ذره عبارت است از جرم (يا انرژيِ) متمركز با مكان و سرعتِ معلوم. موج چيست؟ موج يعني انرژي گسترده‌شده با بسامد و طول موج. ذرات مختلف مي‌توانند با هم برخورد كنند، اما امواج با هم برخورد نمي‌كنند، بلكه تداخل مي‌كنند (شكل 6). نور قرار است هم موج باشد هم ذره! يعني دو چيز كاملاً متفاوت.

تداخل امواج آب

گام هفتم!

و اين داستان ادامه دارد ...

+ نوشته شده در 6:17 توسط بهناز.

یکشنبه یکم اردیبهشت 1387

جهان های موازی

سلام به همگی بالاخره آپ کردم.این مقاله خیلی جالبه حتما بخونید.

با یه شعر ازتون خداحافظی میکنم.

عشق یعنی گم شدن در کوی دوست... هر جه در دل آرزوست...

یک تبسم یک نگاه... تکیه گاه و جان پناه... یک تیمم یک نماز.

******************

جهان های موازی

آيا نسخه دومي از شما ، يك رونوشت از خود شما وجوددارد كه همين الان مشغول خواندن اين مقاله باشد؟

آيا شخصي ديگر با اينكه شما نيست، روي سياره اي به نام زمين با كوه هاي مه گرفته ، مزارع حاصل خيز و شهرهاي بي در و پيكر در منظومه خورشيدي كه هشت سياره ديگر نيز دارد، زندگي مي كند؟

آيا زندگي اين شخص از هر لحاظ درست عين زندگي شما بوده است؟

اگر جوابتان مثبت است ، شايد در اين لحظه او تصميم بگيرد اين مقاله را تا همين جا رها كند در حالي كه شما به خواندن مقاله تا انتها ادامه خواهيد داد

نظريه جهان هاي موازي

انديشه وجود يك خود ديگر نظير آنچه كه در بالا شرح آن رفت عجيب و غير معقول به نظر مي رسد، اما آنگونه كه از قرائن بر مي آيد انگار مجبوريم آن را بپذيريم. زيرا مشاهدات نجومي از اين انديشه غير مادي پشتيباني مي كنند. بنابر اين پيش بيني ساده ترين و پر طرافدار ترين الگوي كيهان شناسي كه امروزه وجود دارد، اين است كه هر يك از ما يك جفت (همزاد) داريم كه در كهكشاني كه حدود 10²⁸⁰ متر دورتر از زمين قراردارد، زندگي مي كنند

اين مسافت آنچنان زياد است كه بطور كامل خارج از هر گونه امكان بررسي هاي نجومي است اما اين امر واقعيت وجود نسخه دوم ما را كمرنگ نمي كند. اين مسافت بر اساس نظريه احتمالات مقدماتي برآورده شده و حتي فرضيات خيالپردازانه فيزيك نوين را نيز در بر نگرفته است

فضاي بيكران

اينكه فضا بيكران است و تقريبا بطور يكنواخت از ماده انباشته شده است، چيزي كه مشاهدات هم آن را تأييد مي كنند. در فضاي بي كران حتي غير محتمل ترين رويدادها نيز بالاخره در جايي ، اتفاق خواهند افتاد.

در اين فضا ، بينهايت سياره مسكوني ديگر وجود دارد، كه نه تنها يكي بلكه تعداد بيشماري از آنها مردماني دارند كه شكل ظاهري ، نام و خاطرات آنها دقيقا همان هاست كه ما داريم. به ساكناني كه تمامي حالت هاي ممكن ار گزينه هاي موجود در زندگي ما را تجربه مي كنند. من و شما احتمالا هرگز "خود" هاي ديگران را نخواهيم ديد

وسعت عالم

دورترين فاصله اي كه ما قادر به ديدن آن هستيم، مسافتي است كه نور در مدت 14 ميليارد سال كه از انفجار بزرگ و آغاز انبساط عالم سپري شده است، طي مي كند. دورترين اجرام مرئي هم اكنون حدود 4x10²⁶ متر دور تر از زمين قرار دارند. اين فاصله كه عالم قابل مشاهده توسط ما را تعريف مي كند.

به طور مشابه ، عالم هاي خود هاي ديگر ما كراتي هستند به همين اندازه ، كه مركزشان روي سياره محل سكونت آنهاست. چنين تركيبي ساده ترين و سر راست ترين نمونه از جهان هاي موازي است. هر جهان تنها بخشي كوچك از "جهان چند گانه" بزرگتر است.

جدال فيزيك و متا فيزيك

با اين تعريف از جهان ممكن است شما تصور كنيد كه مفهوم جهان چند گانه تا ابد در محدوده قلمرو متا فيزيك باقي خواهد ماند. اما بايد توجه داشت كه مرز ميان فيزيك و متا فيزيك را اين مسأله كه يك نظريه از لحاظ تجربه قابل آزمون است، يا خير تعيين مي كند نه اين موضوع كه فلان نظريه شامل انديشه هاي غريب و ماهيت هاي غير قابل مشاهده است

مرز هاي فيزيك به تدريج با گذر زمان فراتر رفته و اكنون مفاهيمي است بسيار انتزاعي تر نظير زمين كروي ، ميدان الكترو مغناطيسي نامرئي ، كند شدن گذر زمان در شرعتهاي بالا ، برهم نهي كوانتومي ، فضاي خميده و سياهچاله ها را در بر گرفته است. طي چند سال گذشته مفهوم جهان چند گانه نيز به اين فهرست اضافه شده است

پايه اين انديشه بر نظرياتي است كه امتحان خو را به خوبي پس داده اند. نظرياتي همچون نسبيت و نظريه مكانيك كوانتومي ، افزون بر آن به دو قاعده اساسي علوم تجربي نيز وفادار است. كه پيش بيني مي كنند و مي توانند آن را دستكاري نمايند

انواع جهان هاي موازي

دانشمندان تاكنون چهار نوع جهان موازي متفاوت را تشريح كرده اند. هم اكنون پرسش كليدي وجود يا عدم جهان چند گانه نيست ، بلكه سوال بر سر تعداد سطوحي است كه چنين جهان مي توان داشته باشد

يكي از نتايج متعدد مشاهدات كيهان شناسي اخير اين بوده است كه جهان هاي موازي ديگر مفهومي خيالپردازانه و انتزاعي صرف نيست. به نظر مي رسد كه اندازه فضا بينهايت است. اگر اين گونه باشد، بالاخره در جايي از اين فضا هر چيزي كه امكان پذير باشد واقعيت خواهد يافت. اصلاً مهم نيست كه امكان پذيري آن تا چه حد نامتحمل است

فراسوي محدوده ديد تلسكوپ هاي ما ، نواحي ديگري از فضا كاملا شبيه آنچه كه پيرامون ماست وجود دارند آن نواحي يكي از انواع جهان هاي موازي هستند. دانشمندان حتي مي توانند محاسبه كنند كه اين جهان ها بطور متوسط چقدر با ما فاصله دارند و مهم تر از همه اينكه تمامي اينها فيزيك حقيقي و واقعي است

زماني كه كيهان شناسان با نظرياتي روبرو مي شوند كه از استحكام لازم برخوردار نيستند، نتيجه مي گيرند كه جهان هاي ديگر مي توانند ويژگيها و قوانين فيزيكي كاملا متفاوتي داشته باشند. وجود اين جهان ها بسياري از جنبه هاي پرسش بنيادي در خصوص ماهيت زمان و قابل درك بودن جهان فيزيكي را پاسخ داد

+ نوشته شده در 14:8 توسط بهناز.

پنجشنبه پانزدهم فروردین 1387

حل معمای جاذبه، هدف نهایی علم فیزیک

ایزاک نیوتن نظریه جاذبه را در سال 1689 نوشت، و معادلات او تا همین امروز برای پرتاب کاوشگرها به کرانه های دوردست منظومه شمسی به کار گرفته می شود. پس درک ما از جاذبه ممکن است دچار چه اشکالی باشد؟

ایزاک نیوتن

نظریه نیوتن اشکالاتی دارد. این نظریه مدار عطارد، نزدیک ترین سیاره به خورشید، را درست توضیح نمی دهد و همانطور که نیوتن به خوبی می دانست این نظریه چیزی درباره اینکه نیروی جاذبه چیست به ما نمی گوید. 200 سال طول کشید تا نابغه دیگری به نام آلبرت اینشتین با نظریه ای عمیق تر ظاهر شود. نظریه نسبیت عام اینشتین نیروهایی که ما به صورت قوه جاذبه می بینیم را ناشی از انحنای فضا و زمان (یا دقیقتر بگوییم "فضا-زمان") در اثر اجرام سنگین مانند زمین و خورشید می داند. (یعنی مفهوم نیرو را از گرانش حذف کرد.)

آلبرت آینشتاین

نظریه پیشرفته تر:

این مفهومی عجیب است، اما بسیاری از ما هر روز وقتی در اتومبیل می نشینیم و سیستم موقعیت یاب ماهواره ای (GPS) را روشن می کنیم درحال استفاده از نظریه اینشتین هستیم. حیرت انگیز است که باید این واقعیت که زمین، زمان را خم می کند در محاسبات وارد شود، وگرنه ماهواره های موقعیت یاب هر روز 11 کیلومتر از سر جای خود سُر خواهند خورد. نظریه اینشتین به زیبایی مدار عطارد و پدیده های خیلی پیچیده تر در کیهان را پیش بینی می کند.

رصدخانه لیگو به دنبال مشاهده آثار امواج جاذبه:

شاید سخت ترین آزمون برای نظریه اینشتین در قالب تپ اخترهای (پالسار) دوقلو ظاهر شود: دو ستاره با جرمی معادل خورشید اما فشرده شده در ابعاد یک شهر که هر ثانیه هزاران بار دور یکدیگر می گردند.

نظریه نسبیت پیش بینی می کند که این ستاره های عجیب همزمان با آزاد کردن انرژی به شکل امواج گرانشی، باید در حرکتی مارپیچی به سوی یکدیگر بچرخند.

تغییرات مشاهده شده در رقص شدید تپ اخترهای دوقلو دقیقاً همانقدر است که اینشتین با نظریه اش پیش بینی می کند، اما امواج گرانشی هنوز دیده نشده است. یافتن امواج گرانشی وظیفه ای است که به رصدخانه های "لیگو" (Ligo) در نزدیکی شهرهای سیاتل و نیواورلئان سپرده شده است. امواج گرانشی آنچنان که توسط اینشتین پیش بینی شده یکی از عجیب ترین پدیده های طبیعت است.

امواج جاذبه اگر وجود داشته باشند همین حالا که دارید این گزارش را می خوانید درحال حرکت از میان بدن شما هستند، ساعتتان را سریع و کند می کنند، سرتان را کش می دهند یا فشرده می کنند، اما خوشبختانه به میزانی کمتر از یک ذره تشکیل دهنده اتم. به همین دلیل احساسشان نمی کنید، اما خارق العاده اینکه لیگو ممکن است تاثیر آنها را مشاهده کند. رصد امواج گرانشی موفقیت چشمگیر دیگری برای اینشتین خواهد بود، اما حتی این نیز فیزیکدان هایی مثل من را راضی نمی کند.

رصدخانه ی لیزری امواج گرانشی لیگو

به خاطر اینکه ما می دانیم مکان هایی در جهان هست که حتی نظریه اینشتین در آنها جواب نخواهد داد. در قلب سیاهچاله ها، یعنی خورشیدهای عظیمی که فروپاشیده اند و به نقطه ای با چگالی بی نهایت بدل شده اند، اینشتین ناکام خواهد ماند. و حتی حیاتی تر اینکه، در آغاز زمان یعنی هنگام انفجار بزرگ (Big Bang) تصویر اینشتین از فضا و زمان دیگر کفایت نمی کند. بنابراین ما فیزیکدان ها با یک مشکل عمیق روبرو هستیم. اگر واقعا بخواهیم درک کنیم که جهان چگونه و حتی چرا شروع شد، آنوقت باید بدانیم که فضا و زمان در آن لحظه آغازین چگونه بود.

چنین نظریه ای اگر وجود داشته باشد آنچیزی خواهد بود که به نظریه کوانتوم جاذبه معروف است. نظریه ای که از اینشتین پیشی می گیرد و نه تنها در عالم سیارات، ستاره ها و کهکشان ها جواب می دهد، بلکه همچنین در جهان اتمی سیاهچاله ها و در لحظه آغاز جهان نیز کار می کند. و این هدف نهایی علم فیزیک در قرن 21 خواهد بود.

منبع:

http://www.parssky.com/

+ نوشته شده در 14:50 توسط بهناز.

پنجشنبه پانزدهم فروردین 1387

تاريخچه نظريه سياه چاله و بيگ بنگ

اصطلاح ( سياهچال ) در همين اواخر قدم به صحنه علم گذاشته است و آنرا در سال 1969 دانشمندي آمريكايي بنام جان ويلر بعنوان نموداري از نظريه اي برگزيد كه دستكم به ديست سال پيش بر مي گشت ، يعني زماني كه براي نور دو نظريه وجود داشت يكي نيوتوني كه آن را مركب از ذرات مي دانست و ديگري نظريه اي كه نور را ساخته و پرداخته امواج مي شناخت و ما اكنون به صحت هر دو نظريه وقوفي واقعي داريم. بر طبق دوگانگي موجي/ ذره اي در مكانيك كوانتوم ، نور مي تواند هر دو خصيصه را داشته باشد يعني همسان يك موجو و همراز يك ذره. نظريه ذره اي بودن نور چگونگي پاسخ بخ نيروي جاذبه را روشن نكرده بود و نظريه بودن آنهم انتظار پيروانش را در متاثر شدن نور از نيروي جاذبه به همان طريق كه گلوله هاي توپ ، راكتها و سيارات از آن برخوردار مي شدند بر نياورده بود. در آغار مردم گمان مي كردند كه ذرات نور با سرعتي جنان نامتناهي سير وسفر مي كنند كه نيرو جاذه به گردشان هم نمي رسد تا از سرعت آنها بكاهد ، ليكن اكتشافات رومر مشعر بر متناهي بودن سرعت نور معنايش اين بود كه نيروي گرانش بايد واجد اثري مهم باشد.

بر پايه اين فرض ، يك غضو برجسته كمبريج بنام جان ميچل در سال 1783 در مكتوبي مندرج در خلاصه مذاكرات مجمع سلطنتي لندن خاطر نشان ساخته بود كه اگر ستاره اي بقدر كفايت سنگين و متراكم باشد ميدان جاذبه آن بقدري توامند است كه نور در آن به تله افتاده و راهي براي رهايي ندارد يعني : هر نوري كه از سطح آن ستاره ساطع شود پيش از آنكه خيلي از آن دور شود در دام جاذبه گرانشي آن ستاره افتاد و به پايين كشيده مي شود . جان ميچل بر اين باور بود كه بايد ستاره هاي بسياري نظير اين ستاره وجود داشته باشند. باوجودي كه چون نور اين ستاره به ما نمي رسند كا قادر بديدن آنها نيستيم اما جاذبه گرانشي آنها را حس مي كنيم . چنين اعجوبه هاييي همانها هستند كه ما اكنون آنها را سياهچال مي ناميم و اين اسمي است با مسمي يعني خلوتگاه هاي سياه در فضاي بي انتها. چند سال بعد اظهار عقيده اي مشابه و ظاهرا مستقل از جان ميچل از طرف ماركي دولاپلاس عنوان شد. جالب توجه اين است كه لاپلاس اين موضوع را فقط در چاپ اول و دوم كتاب خود موسوم به منظومه جهاني درج كرد و در چاپ هاي بعدي از آن صرف نظر كرد. شايد به دليل اين كه او بر سست بودن اين نظريه فتوي داده بود.( همچنين نظريه ذره اي بودن نور هم در طول مدت سده نوردهم از چشم افتاده وبه نظر مي رسيد كه هر چيز را مي توان با نظريه موجي بودن نور توجيه كرد و به هيچ وجه معلوم نبود كه نور از نيروي گرانش متاثر باشد.)

در حقيقت رفتاري همانند آنچه كه در مورد گلوله توپ در نطريه گرانشي نيوتن انجام مي گرفت با مزاج نور سازگاري نداشت زيرا سرعت نور ثابت بود در صورتي كه پرتاب يك گلوله توپ به سمت بالا سرعت گلوله در اثر نيرو جاذبه متدرجا كاستي گرفته و سرانجام آن گلوله متوقف و به زمين بر مي گردد و حال آنكه يك فوتون با سرعتي ثابت همواره به حركت خود به سم بالا ادامه مي دهد ( پس جاذبه نيوتوني چگونه مي تواند بر نوذ موثر باشد؟) از آن به بعد نظريه اي سازگار مشعر بر چگونگي اثر نيروي جاذبه بر نور ارائه نشد تا اينكه در سال 1915 انيشتين نظريه نسبيت را مطرح ساخت و حتي پس از آن هم مدت ها طول كشيد تا اشارات اين نظريه در مورد ستارگان جسيم به تفهيم در آمد.

براي استنباط اينكه چگونه ممكن است يك سياهچال شگل گرفته باشد نخست نيازمند آنيم كه بدانيم سر گذشت دوران زندگي يك ستاره ، از تولد تا مرگ چه مي باشد. ستاره وقتي شكل مي گيرد كه مقدار عظيمي گاز ( كه اساسا ئيدروژن است ) در اثز جاذبه گرانشي درهم فرونشيند. با آغاز اين همفرونشيني و تراكم گاز ، اتمهاي آن بيشتر و بيشتر و با سرعت هاي زيادتر و زيادتر بهم برخورد كرده و باين ترتيب گرماي گاز افزايش مي يابد و سرانجام ، گاز به حدي داغ مي شود كه وقتي اتمهاي ئيدروژن به يكديگر بر مي خورند نه تنها ديگر واپرشي انجام نمي دهند بلكه در همديگر فرورفته و به هليم تبديل مي شوند. گرمائي كه دراين واكنش آزاد مي شود همانند حرارت كنترل شده يك بمب ئيد روژني است و اين همان حرارتي است كه موجب فروزش آن ستاره مي شود اين حرارت اضافي همچون فشار گاز تا حد هم ترازي با جاذبه گرانش افزايش داده و سبب توقف انقباض گاز مي شود اين تا اندازه كمي شبيه به عمل بالني است كه فشار هواي درون آن كه مي كوشد تا بالن را متسع ساز با تلاش كششي لاستيك بدنه بالن كه سعي دارد آن را در حجم كوچك تري نگه دارد تعادل بر قرار ميكند ، ستاره ها هم به همين نحو با بهره مندي از حرارت حاصله از فعل و انفعالات هسته اي با جاذه گرانشي كه متعادل مي شود مدتي مديد پايدار باقي مي مانند. با اين همه ، ستاره سرانجام از ئيدروژن و ديگر مواد سوختي خود خالي مي شود. نكته اي كه ظاهرا متناقض جلوه مي كند اين است كه هر چه مقدار سوختي كه ستاره با آن آغاز به تشكل مي كند بيشتر باشد ستاره زود تر به خاموشي مي گرايد. اين براي آن است كه هر چه ستاره جسيم تر باشد براي تعادل با جاذبه گرانشي به گرماي خيلي بيشتري نيازمند است و هر چه حرارت زيادتري داشته باشد زود تر سوخت خود را به مصرف مي رساند شايد سوخت خورشيد ما براي يك پنچ هزار ميليون سال ديگر يا چيري در اين حدود كافي باشد ولي بيشتر ستارگان تنومند ممكن است سوخت خود را در كمتر از يكصد ميليون سال به مصرف برسانند يعني در مدت زمان خيلي كمتر از عمر مجموعه كيهان. هنگامي كه سوخت ستاره اي ته مي كشد آن ستاره آغاز به سرد شدن كرده و منقبض مي شود حال آنچه كه بر سر اين چنين ستاره اي در مي آيد چيزي است كه فقط براي نخستين بار دردهه 1920 استنباط گردد و داستان آن از اين قرار است: در سال 1928 يك دانشجوي فارق التحصيل هندي به نام سوبر همنيان چندرا سخار براي تلمذ در محضر منجمي انگليسي موسوم به سر ارترادينكتن كه از خبرگان نظريه نسبيت عام بود با كشتي عازم انگلستان و ورانه كمبريج شد.( بر طبق رواياتي چند ، روزنامه نگاري در اوايل دهه 1920 نظر ادينگتن رفت و به او گفت : من شنيده ام كه در جهان فقط سه نفر هستند كه از نظريه نسبيت عام سر در مي آورند ، ادينگتن درنگي كرد و سپس پاسخ داد كه – دارم مي انديشم كه نفر سوم كيست ؟ - ).چندراسخار در طول مدت سفرش از هند به انگلستان در اين فكر بود كه اندازه ستاره اي كه با وجود به پايان رسيدن سوختش هنوز هم قادر به تحمل نيروي جاذبه خويش است چه مقدار بايد باشد. مبسوط اين نظر چنين بود: وقتي كه ستاره كوچك مي شود ،ذرات ماده آن خيلي به هم ديگر نزديك ترمي شود و آن گاه به موجب اصل نا همانندي پاولي چنين ذراتي بايد داراي سرعت هاي خيلي متفاوتي بشوند. اين اختلافات سرعت موجب دور شدن آن ذرات از يكديگر و در نتيجه سبب انبساط آن ستاره مي شود. در اين انبساط شعاع كره ستاره تا آن حد افزايش مي يابد كه بين نيروي جاذبه و نيرو دافعه ناشي از اصل ناهمانندي پاولي تعادلي بر قرار شده و شعاع كره ستاره در اين حد تثبيت شود يعني به عينه شبيه همان وقايع دوران زندگي ستاره كه نيرو جاذبه اش با حرارت حاصله در آن متعادل مي شد.

بهر حال چاندراسخار به اين نتيجه رسيد كه در نيرو هاي دافعه اي كه اصل ناهمانندي مبين آنست حد وحصري برقرار است. نظريه نسبيت عام بيشترين اختلاف بين سرعتهاي ذرام مادب موجود در ستاره را به سرعت نور محدود كرده است، اين به معناي آن است كه وقتي ستاره به اندازه كافي چگال شد ، نيروي دافعه ناشي از اصل ناهمانندي ، كمتر از نيروي جاذبه خواهد شد . چاندراسخار حساب كرده بود كه ستاره سردي كه جرمش تقريبا از يك و نيم برابر خورشيد بيشتر باشد نمي تواند متحمل جرم خود باشد ( اين جرم اكنون به حد چاندراسخار معروف است ) تقريبا در همين اوقات نظير چنين اكتشافي توسط دانشمند روسي بنام لف داويدوويچ لانداو بعمل آمد ، اين اكتشاف اشارات ضمني جدي در رابطه با سرنوشت نهايي ستارگان تنومند در برداشت. اگر جرم ستاره اي كمتر از حد چاندراسخار باشد ، آن ستاره سرانجام مي تواند به انقباض خود پايان داده و نهايتا در حالت ممكنه اي همانند ستاره – كوتوله سفيد – باشد كه با شعاعي در حدود چند هزار كيلومتر و چگالي ويژه اي برابر چند صد تن در سانتيمتر مكعب در خود فرو نشيند. ستاره كوتوله هاي سفيد با نيروي دافعه اي كه از اصل ناهمانندي بين الكترون هاي موجود در ماده خودش ناشي مي شود پايدار و برقرار مي ماند. ما شاهد بسياري از اين كوتوله هاي سفيد هستيم و نخستين ستاره اي كه از اين نوع كشف شد ستاره اي است كه در حول شعراي يماني كه درخشان ترين ستاره در آسمان شبانه است گردش مي كند.

لانداو خاطر نشان ساخت كه امكان وجود حالت نهايي ديگري هم براي ستاره هست كه در آن جرم ستاره تقريبا در حدود يك با دو برابر خورشيد است ولي حجم آن خيلي كوچكتر از حجم يك ستاره كوتوله سفيد است اين ستاره ها از طريق نيروي دافعه ناشي از اصل ناهمانندي كه بين فوتون ها و پروتون ها بيشتر به وجود مِي آيد تا بين الكترون ها ، خود را حفظ و نگهداري مي كنند و به همين دليل هم آنها را ستاره هاي نوتروني مي نامند. شعاع كره اين نوع ستاره ها فقط در حدود هفده كيلومتر و چگالي ويژه اي قريب به صد ها ميليون تن در هر سانتيمتر مكعب دارند ، در نخستين بار كه وجود چنين ستارگاني پيش بيني شد راهي براي مشاهده ستارگان نوتروني وجود نداشت و عملا تا اين اواخر به شناسايي در نيامده بودند.

از سوي ديگر ستارگاني كه جرم آنها بالاتر از حد چاندراسخار باشد وقتي كه سوختشان به پايان برسد مواجه با مشكل بزرگي مي شوند . در پاره اي از موارد ممكن است تمام شدن سوخت با انفجار آنها بيانجامد و يا آنقدر ماده از خود به بيرون پرتاب كنند تا جرمشان به زير اين حد كاهش يابد و به اين ترتيب از وقوع در همفرونشيني جاذبه اي فاجعه آميزي دوري گزينند ، ليكن اعتقاد به اينكه چنين امري بي توجه به اندازه جرم ستاره هميشه حتمي الوقوع مي باشد مشكل است. حال بايد ديد ستاره چگونه بفهمد كه بايد وزن خود را كاهش دهد؟ وحتي اگر ستاره اي براي اجتناب از در همفرونشيني بقدر كافي از عهده كاهش وزن خود بر مي آمد چه حادثه اي رخ ميداد؟ اگر شما بقدري جرم يك ستاره كوتوله سفيد را افزايش مي داديد تا از حد مذكورپا فراتر گذارد آيا اين ستاره ها الي غير النهايه در هم فرو مي نشستند ؟ ادينگتن از اين اشاره ضمني يكه خورد و از اعتقاد به دستاورد چاندراسخار سر باز زد. ادينگتن فكر مي كرد كه در همفرونشيني يك ستاره تا حد رسيدن به يك نقطه با سادگي امكان پذير نيست. بيشتر دانشمندان نيز چنين نظري داشتند: حتي انيشتين شخصا رساله اي نوشت كه در آن مدعي شده بود ستارگان تاحد صفر منقبض نخواهند شد.

دشمني دانشمند ديگر ، بويژه عداوت و حسادت ادينگتن كه مرجعي پيشرو در ساختار ستارگان و معلم سابق چاندراسخار بود او را ترغيب و وادار كرد تا تعقيب كار در اين خط دست بردارد و به جاي آن به مسايل ستاره شناسي مانند حركت خوشه هاي ستاره اي بپردازد. با اينهمه ، وقتي كه به او جايزه نوبل سال 1983 اعطا شد دستكم جزيي از موجباتش بخاطر كار پيشين او در تحديد جرم ستارگان سرد بود.

چاندراسخارا نشان داده بود كه اصل ناهمانندي پاولي نتوانست در همفرونشيني ستاره اي را كه جرمش از حد چاندراسخار بيشتر باشد تحمل كند اما مسئله استنباط اينكه، بر طبق نظريه نسبيت عام ، بر سر چنين ستاره اي چه خواهد آمد نخستين بار در سال 1939 بوسيله جواني آمريكايي به نام رابرت اوپنهايمر حل شد. با وجود اين ، دستاورد او مشعر بر اين بود كه هيچ گونه پيامدي مشاهداتي وجود ندارد كه بتواند از طريق تلسكوپ هاي امروزي آشكار شود. در همين اوان جنگ جهاني دوم پيش آمد و اوپنهايمر خودش در طرح ساخت بمب اتمي گرفتار شد . پس از پايان جنگ مسئله در همفرونشيني جاذبه اي تا حد زيادي به دست فراموشي سپرده شده زيرا بيشتر دانشمندان به رويدادهايي در مقياس اتم و هسته اش روي آورده بودند. با اين وصف ، در اوايل دهه 1960 با افزايش چشمگيري كه در تعداد و حيطه مشاهدات ستاره شناسي با بهره گيري از تكنولوژي نوين حاصل شد توجه به مسايل بلند مقياس نجومي قوت گرفت و علم هييت و دانش كيهاني رونقي تازه يافت و به دنبال آن دوباره كار اوپنهايمر بوسيله تعدادي از علاقمندان طرف توجه قرار گرفت و در طريق گسترش افتاد.

تصويري كه هم اكنون ما از كار اوپنهايمر داريم به شرح و تفسيري است كع مي خوانيد:

ميدان جاذبه اي ستاره مسير هاي اشعه نور را در فضا – زمان از امتداد اصلي خود يعني از امتدادي كه بي حضور آن ستاره ميبايد داشته باشد تغيير مي دهد.ميدان جاذبه اي ستاره مخروط هاي نوري را كه مسير هاي افشانه هاي نور صادره از رئوسشان در فضا – زمان تعيين مي كنند اندكي به سمت داخل سطح ستاره متمايل مي سازند ، اين عمل را مي توان به هنگام كسوف خورشيد عينا در خميدگي نور ساطعه از ستارگان دور دست مشاهده كرد. به محض اينكه ستاره منقبض مي شود ميدان جاذبه اي در سطح آن قوي تر شده و خمش مخروط نور به طرف آن بيشتر مي شود اين عمل رهايي نور را از آن ستاره دشوار تر ساخته و نور به نظر ناظري كه از فاصله دور آنرا مي نگرد تارتر و سرختر مي نمايد. سر انجام پس از اينكه شعاع كره ستاره در اثر انقباض آن تا رسيدن به مقداري بحراني كاهش يافت ميدان جاذبه در سطح آن بقدري قوي مي شود كه مخروط هاي نور را آنقدر به سمت سطح ستاره خم مي كند كه ديگر نور نمي تواند از آن بگريزد به موجب نظريه نسبيت عام هيچ چيز ديگري هم نخواهد توانست از چنگ آن رهايي يابد و هر چيزي با كمند ميدان جاذبه اي ستاره به پس كشيده شود.از اينرو در ناحيه اي از فضا – زمان مجموعه عوارضي وجود دارد كه خلاصي از آن براي رسيدن به ناظري دور مكان امكان پذير نيست. اين همان ناحيه اي است كه ما اكنون آنرا سياهچال مي ناميم و مرز آن با محيط پيرامونش را كه در حقيقت حريمي بي امنيت است – افق عارضه اي مي خوانيم كه بر پوشه مسير هاي اشعه نوري كه اكنون از نجات خود از اين سياهچال عاجزند منطبق است.

براي استدراك اينكه اگر شما ناظر بر در همفرونشيني ستاره اي درجريان تبديل آن به سياهچال بوديد چه مي ديديد بايد بياد بياوريد كه در نظريه نسبيت زمان مطلقي وجود ندارد و هر ناظري زمان را انطور كه اقتضاي او است مي سنجد. زمان براي كسي كه در ستاره اي مكان گرفته با زمان براي آنكه در فاصله دوري نسبت به او قرار گرفته فرق دارد. زيرا ميدان جاذبه اي آن ستاره در اين سنجش و اندازه موثر مي باشد. فرض كنيد فضانورد جسور و بي باكي بر سطح ستاره اي كه درحال همفرونشيني است ايستاده و به اتفاق آن به سوي درون مشغول در هم فرونشيني بوده و در سر هر ثانيه از روي ساعت خود علامتي به سفينه فضايي خود كه در حول آن ستاره مي گردد مخابره كند. اكنون فرض كنيد مثلا در ساعت 00/11 به ساعت او ستاره منقبض شده باشد كه شعاع كره آن به حد بحراني رسيده و ميدان جاذبه اي آن آنقدر قوي شده باشد كه هيچ چيز نتواند از آن بگريزد و علامتي هم ديگر به سفينه فضايي مخابره نشود. هنگامي كه ساعت به 00/11 نزديك مي شود همكاران اين فضانورد كه از سفينه فضايي مراقب او هستند متوجه مي شوند كه فاصله زماني بين علائم خبري متوالي كه از سوي فضانورد صادر مي شود طولاني تر و طولاني تر مي شود ولي آن اثر قبل از لحظه 5959/10 بسيار كوچك است و آنها بايد بين 5958/10و 5959/10 فقط تعداد بسيار اندكي بيشتر از يك ثانيه براي دريافت خبري از فضانورد صبر كنند اما براي دريافت علامتي در ساعت 00/11 بايد تا ابد صبر كنند از نظر ناظراني كه در سفينه فضايي قرار دارند امواج نوري كه از سطح ستاره به وسيله ساعت فضانورد بين لحظات 5959/10 و 00/11 فرستاده مي شوند در دوره اي نامتناهي از زمان به خارج انتشار مي يابد و فاصله زماني بين ورود امواج متواليه به سفينه فضايي طولاني و طولاني تر شده و نوري كه از ستاره ساطع مي شود سرخ تر و سرخ تر و تيره وتيره تر مي شود و سر انجام آن ستاره آنقدر تيره و تار خواهد شد كه ديگر از سفينه فضايي ديدار پذير نخواهد بود يعني : آنچه كه از آن باقي مي ماند سياهچالي است در فضا ، با اينهمه ستاره به اعمال همان نيروي جاذبه اي به سفينه فضايي ادامه مي دهد تا گردش آنرا درحول سياهچالي كه بدست خود ساخته است تداوم بخشد.

با اين اوصاف اين صحنه سازي به دليل مسئله زير كاملا واقع بينانه نيست : هر چه شما از ستاره دورتر باشيد اثر نيرو جاذبه آم بر شما ضعيف تر مي شود بنابراين نيروي جاذبه وارد بر پاهاي فضانورد جسور ما هميشه بيش از نيروي جاذبه وارد بر سر او خواهد بود اين اختلاف فشار فضانورد ما را پيش از انقباض ستاره تا شعاع بحراني خود و تشكيل افق عارضه همانند اسپاگتي كش داده و يا اورا از هم جر مي دهد! با وجود اين ما بر اين باوريم كه در اين عالم كبير اجسام بزرگتري نطير ناحيه مركزي كهكشان ها وجود دارند كه مي توانند انقباض جاذبه اي را تاحد سياهچال ها تحمل كنند و فضانوردي كه برروي يكي از اينها قرار گرفته باشد پيش از شكل گرفتن سياهچال از هم دريده نخواهد شد و در واقع در موقع حصول شعاع بحراني ، او چيز ويژه اي را احساس نخواهد كرد و مي تواند بي ديدن لحظه اي كه ديگر گريزي از آن محل برايش ميسر نيست آنرا از سر بگذراند. با اين وصف ، در ظرف فقط چند ساعتي كه از ادامه در همفرونشيني آن ناحيه گذشت آنگاه اختلاف بين نيرو هاي جاذبه وارد بر پاها و سر او آنقدر قوي خواهد شد كه باز هم او را خواهد دريد.

كاري كه راجر پن روز و ن بين سال هاي 1965 و 1970 انجام داديم نشان داد كه به موجب نظريه نسبيت عام بايستي در رابطه با نامتناهي بودن چگالي و بينهايت بودن خميدگي فضا – زمان ، درون يك سياهچال يك تكينگي وجود داشته باشد كه تا اندازه اي شبيه به حالت انفجار بزرگ در آغاز زمان است فقط با اين تفاوت كه اين تكينگي پاياني از زمان براي همفرونشيني ستاره و فضانورد مي باشد.در اين تكينگي قوانين علمي و توانايي ما براي پيشگويي آينده دستخوش از هم فروپاشي مي شود. با وجود اين هر ناظري كه در بيرون سياهچال باشد از نقيصه اي كه درقابليت پيشگويي ما پديد آمده است متاثر نخواهد شد زيرا نه نور و نه هيچ علامت خبري ديگري نمي تواند از اين تكينگي به او برسد. اين حقيقت شايان تامل و در خور توجه راجرپن روزا به آنجا رهنمون شد تا پيش فرض سانسور صفتي كيهاني را عرضه بدارد كه مي شود آنرا به اين گونه تاويل كرد : خداوند از تكينگي عريان و بي پرده متنفر و بيزار است. به ديگر سخن تكينگي هايي كه از طريق در همفرونشيني جاذبه اي بوجود مي آيند فقط در مكان هاي شبيه سياهچال ها بوقوع مي پيوندند كه درآنجا آنها بوسيله افق عارضه اي از چشمرس بيرون به نحو شايسته اي پنهان هستند. دقيقا اين همان چيزي است كه به پيش فرض سانسور صفتي بودن ضعف كيهاني شناخته شده است : اين خصيصه ناظراني را كه در بيرون سياهچال باقي مي مانند از عواقب لغو قابليت پيشگويي كه در موقع تكينگي رخ مي دهد حفظ و حراست مي كند ولي براي فضانورد بدبخت فلك زده كه در آن چاله افتاده به هيچ وجه كاري انجام نمي دهد.

براي معادلات نسبيت عام كه در آنها براي فضانورد ما امكان ديد يك تكينگي بي پوشش و عريان ميسر باشد راه حلهاي چندي وجود دارند تا : شايد او بتواند از برخورد با اين تكينگي دوري گزيند و بجاي آن با افتادن در يك راه مارپيچ در نقطه ديگري از كيهان سر بيرون آورد. اين امر امكاناتي بزرگي را براي مسافرت هاي فضا – زماني فراهم خواهدساخت اما بدبختانه چنين به نظر مي رسد كه تمام اين راه حلها ممكن است بسيار ناپايدار باشند و كمتر ين اختلالي مانند حضور يك فضانورد ممكن است طوري آنها را تغيير دهد كه فضانورد نتواند تكينگي را تاوقتي كه به آن برخورد نكرده مشاهده كند يعني وقتي كه كار از كارگذشته وزمان براي اوبه پايان رسيده است. به عبارت ديگر ، اين تكينگي هميشه در آينده او وجود خواهد داشت و هرگز در گذشته او موجود نبوده است . تاويل محكم و ميتن پيش فرض سانسور صفتي جهان هستي شارح آنست كه درراه حلي واقع بينانه ، تكينگي ها همواره يا كاملا در آينده قرار دارند ( مانند تكينگي هاي در همفرونشيني جاذبه اي ) و يا كاملا در گذشته وقوع يافته بوده اند ( مانند تكينگي انفجار بزرگ ) بايد اميد بسيار داشت كه برخي از تفسير هاي پيش فرض سانسور صفتي جهان هستي تحقق يابد زيرا شايد مسافرت به گذشته همدوش با تكينگي هاي آشكار و برهنه امكان پذير باشد. با اينكه چنين تفسيري براي نويسندگان افسانه هاي علمي- تخيلي ، نغز و زيبا است ولي معناي آن اين است كه زندگي هيچ كس هميشه ايمن نيست چرا كه : ممكن است كسي به درون گذشته برود و پيش از آنكه شما آگاه شويد پدر و مادرتان را به قتل برساند!

افق عارضه و يا مرز ناحيه اي از فضا – زمان كه گريز از آن امكان پذير نيست تا اندازه اي همانند سراپرده اي با راه يك طرفه در پيرامون سياهچال عمل مي كند يعني : در آن افتادن همان و تا ابد در آنجا ماندن همان ، چيزهايي مانند فضانورد بي تدبير مي توانند از طريق افق عارضه بدرون سياهچال فروروند ليكن هرگز چيزي نمي تواند از طريق افق عارضه از اين سياهچال به خارج فرار كند.( بياد داشته باشيد كه افق عارضه مسير نوري است در فضا – زمان كه در تلاش رهايي از سياهچال مي باشد و ضمنا هيچ چيز تندتر از نور حركت نمي كند . ) ممكن است كسي افق عارضه را باگفته دانته در مدخل جهنم هم مضمون بداند كه گفت : هر كس كه وارد اين جا شود همه اميدش را از دست مي دهد. هر چيز يا هر كسي كه از طريق افق عارضه در اين چاه ويل فرو افتاد بزودي به ناحيه اي خواهد رسيد كه در آن چگالي به بي نهايت و زمان به غايت رسيده است.

نظريه نسبيت عام پيشگويي مي كند كه اجسام سنگين و متحرك موجب انتشار امواج جاذبه اي و چين خوردگي هاي در خميدگي فضا مي شوند كه با سرعت نور حركت مي كنند. اينها هم مانند امواج نوراني هستند كه چين خوردگي هاي در ميدان الكترو مغناطيسي مي باشند. ولي آشكار ساختن آنها به مراتب مشكل تر است ، آنها هم مانند نور انرژي اجسام ناشر خودشان را به يغما مي برند. بنابراين ممكن است كسي انتظار اين را داشته باشد كه منظومه از اجسام جسيم سرانجام در هم فرو نشسته و به حالت سكون در آيد ، زيرا انرژي آنها به وسيله امواج جاذبه اي تاراج مي شود. ( اين تا اندازه اي شبيه سقوط چوب پنبه اي به درون آب است يعني : در ابتدا مدتي بر روي سطح آب پايين و بالا مي رود ولي سرانجام پس از اينكه چين خوردگي هاي سطح آب انرژي انرا چپاول كردند بي رمق وناتوان بر روي سطح آب ساكن مي شود ).مثلا حركت زمين در مدار خود به دور خورشيد مولد امواج جاذبه اي است و اثر از بين رفتن انرژي آن سبب تغيير مدار حركت زمين مي شود به قسمي كه اين مدار به تدريج به خورشيد نزديك تر و نزديك تر شده و سرانجام به آن تصادم كرده و به حالت سكون در مي آيد شدت افت انرژي براي خورشيد و زمين بسيار كم و به اندازه اي است كه براي كار اندازي يك نجاري برقي كافي باشد. اين به معني آن است كه تقريبا يك هزار ميليون ميليون ميليون ميليون سال به درازا مي كشد تا زمين در مسيري حلزوني به خورشيد به پيوندد. بنابراين موجبي آني براي نگراني موجود نيست. تغيير مدار زمين بسيار به كندي انجام مي گيرد و قابل مشاهده نيست ليكن همين اثر در چند سال گذشته در مورد منظومه اي موسوم به PSR1913+16 در حال وقوع بوده است. اين منظومه داراي دو ستاره نوتروني است كه هر يك به دور ديگري مي گردد و مقدار انرژي كه آنها از طريق انتشار امواج جاذبه اي از دست مي دهند موجب گردش آنها در مسير مارپيچي به سوي يكديگر مي شود.

در طول مدت در هم فرونشيني يك ستاره براي تشكيل يك سياهچال ، حركات بسيار تندي خواهند شد و به اين ترتيب شدت انرژي بر باد رفته خيلي بيشتر مي شود بنابراين زمان رسيدن آن ستاره به حالت سكون طولاني نخواهد بود. حال ببينيم اين مراحل پاياني شبيه چيست؟ ممكن است كسي تصور كند كه شباهت اين مرحله به همه كميت ها و كيفيت هاي پيچيده ستاره بستگي دارد كه در شكل گرفتن سياهچال دخالت داشته اند يعني نه تنها به جرم و سرعت دوران ستاره بلكه همچنين به چگالي هاي مختلف اجزاء گوناگون آن و حركت هاي پيچيده گازهاي درون ستاره وابسته مي باشد. و اگر سياهچال ها هم به گوناگوني همان اجسامي بودند كه با در همفرونشيني خود آنها را تشكيل داده اند آنگاه هر گونه پيشگويي درباره سياهچال ها به طور كلي شايد دشوار باشد.

با اينهمه در سال 1967 دانشمندي كانادايي بنام ورنراسرائيل در مطالعه و بررسي سياهچال ها انقلابي پديد آورد . او نشان داد كه بر طبق نظريه نسبيت عام سياهچالهاي غير دوار بايد خيلي ساده باشند. شكل اين نوع سياه چال ها بايد كاملا كره بوده و ابعادشان بستگي به جرمشان داشته و هر زوج از آنها كه جرمشان با هم برابر باشد يكسان مي باشند.در حقيقت مي توان اين سياه چالها را با راه حل ويژه اي از معادلات انيشتن كه از سال 1917 معروفيت يافته اند توجيه كرد. اين راه حل ، كوتاه زماني پس از عرضه نظريه نسبيت عام ، به وسيله كارل شوارتزشيلد كشف شد. در آغاز افراد بسياري از جمله خود اسرائيل معتقد بودند كه چون سياه چالها بايد كاملا كروي باشند پس سياه چالها فقط مي توانند از در همفرونشيني يك جسم كاملا كروي تشكيل شوند. بنابراين هر ستاره حقيقي كه هرگز نمي تواند كره كاملي باشد – تنها مي تواند درشكل يك تكينگي عريان در همفرونشيند.

با اينهمه ، تاويل متفارتي از دستاورد اسرائيل وجود داشت كه مورد حمايت راجرپنروز بويژه جان ويلر قرار گرفت. آنان بر اين باور بودند كه حركات سريعي كه مستلزم در همفرونشيني يك ستاره مي باشند به معناي اين است كه امواج جاذبه اي كه اين ستاره منتشر مي كند كرويت آنرا به طور مستمر افزايش مي دهند و زماني كه آن ستاره به حالت سكون برسد كرويتي كامل خواهد داشت. برطبق اين نظر هر ستاره غير دواري با وجود شكل پيچيده و ساختار دروني غامض خود پس از همفرونشيني جاذبه اي به سياهچال كاملا كروي تبديل مي شود كه اندازه اش تنها به جرمش بستگي دارد. محاسبات بعدي مويد اين نظر بودند و به طور كلي مورد پذيرش قرار گرفت.

دستاورد ورنر اسرائيل سياهچالهايي را در بر مي گرفت كه فقط از اجسام غير دوار شكل گرفته بودند.يكي از شهروندان زلاندنو به نام روي كرا در سلا 1963 موفق به كشف مجموعه اي از راه حلهاي معادلات نسبيت عام شد كه سياهچالهاي دوار را تشريح مي كردند. سياهچالهاي كري با سرعت ثابتي دوران مي كنند و اندازه و شكل آنها تنها به جرم و نر دوران آنها بستگي دارد. اگر اين نرخ صفر باشد آن سياهچال كاملا مدور بوده و راه حل مربوط به آن با راه حل شوارتز شيلد يكسان است. اگر دوران مخالف صفر باشد سياهچال از نزديك خط استوايش به بيرون شكم مي دهد ( عينا مانند شكم دادن خورشيد يا زمين در نتيجه دوران به دورخودشان ) و هر چه تندتر به چرخد بيشتر شكم مي دهد. به اين ترتيب براي تعميم دستاورد اسرائيل به اجسام دوار كمان بر اين است كه هر جسم دواري كه براي تشكيل سياهچالي درهم فرونشيند سرانجام به حالت سكوني كه راه حل ( كري ) آنرا تشريح كرده درمي آيد.

در سال 1970 يكي از دانشجويان و همكاران پژوهشي من در دانشگاه كمبريج بنام براندون كارتر نخستين گام را درراه ايقان و اثبات چنين گماني برداشت. او نشان دا به شرطي كه يك سياهچال دوار و ساكني داراي محور متقارني نظير محور يك فرفره چرخان باشد اندازه و شكلش فقط به جرم ونرخ دوارنش بستگي دارد. سپس در سال 1971 من ثابت كردم كه هر سياهچال دوار ساكني در واقع داراي چنين محور تقارني هست. سرانجام در سال 1973 ديويد رابينسون از دانشكده پادشاهي لندن از دستاورد هاي كارتر و من براي اثبات صحت آن گمان بهرمند شد: يك چنين سياهچالي در حقيقت بايد پيرو راه حل كري. از اين قرار يك سياهچال پس از در همفرونشيني جاذبه اي بايد به حالتي در آيد كه بتواند در آن دوران كند اما نه ضربان افزون براين شكل و اندازه آن وابسته به جرم و نرخ دورانش باشد نه به جنس جسمي كه با آن در هم فرونشيني خود را آغاز كرده است.اين نتيجه به اين قضيه معروف شد كه : سياهچال زلف ندارد. قضيه بي زلفي واجد اهميت عملي بزرگي است زيرا تنوع سياهچالها را به شدت محدود مي كند بنابراين امكان ساختن مدل هاي اجسامي كه ممكن است شامل سياهچال هاي باشند ميسر مي شود و مقايسه پيشگويي هاي اين مدل ها با مشاهدات انجام پذير ميشود. اين قضيه همچنين گويايي آن است كه هنگامي كه سياهچالي شكل گرفت بايد مقادير بسيار زيادي اطلاعات مربوط به جسمي را كه در همفرونشسته است از دست داده زيرا پس از آن تمام چيز هاي قابل اندازه گيري آن جسم شايد جرم و سرعت دوران آن باشد كه مراد از آن را در بخش بعدي كتاب خواهيم ديد.

سياهچالها در تاريخ علم يكي از موارد بسيار نادري هستند كه در آن يك نظريه اي همانند يك مدل رياضياتي پيش از وجود هر گونه و مدرك مشاهداتي كه دال بر صحت آن باشد با طول و تفسير زياد بسط و گسترش يافت. و در حقيقت همين به عنوان دليلي اصلي مورد استفاده مخالفان وجود سياهچالها قرار گرفت كه مي گفتند: چگونه ممكن است كسي به اجسامي معتقد باشد كه تنها سند وجودي آنها بر اساس محاسبات نظريه تردد آميز و پرسش بر انگيز نسبيت عام استوار باشد؟ با اين وصف ، مارتن اشميت ستاره شناس رصدخانه پالومر كاليفرنيا در سال 1963 سرخ گرايي يك جسم شبه ستاره تيره رنگ را در راستاي منبع انواج راديوي موسم به 3C273 اندازه گرفت. او كشف كرد كه اين سرخ گرايي از نوع گرانشي باشد آنگه آن شبه ستاره بايد به اندازه اي تنومند و بقدري به ما نزديك باشد كه موجب اختلال در مدارات سيارات منظومه شمسي گردد اما اين قضيه در عوض به ما چنين مي فهمانيد كه سبب اين سرخ گرايي انبساط عالم هستي است كه آن هم به نوبه خود اشاره بر اين داشت كه چنين جسمي بايد در فاصله بسيار دوري قرارداشته وبراي اين كه از اين فاصله بعيد قابل ديد باشد بايستي بسيار درخشان و فروزان بوده و به عبارت ديگر در حال انتشار مقدار عظيمي انرژي باشد. به نظر مي آمد كه تنها مكانيسمي كه مردم مي توانستند در مورد منبع و علت توليد چنين انرژي بزرگي به آن به انديشند نه فقط در هم فرونشيني يك ستاره بلكه در هم فرونشيني كل ناحيه مركزي كهكشان باشد. تعداد اجسام ديگر موسوم به كوازار كشف شدند كه همه آنها به مقدار زياد سرخ گرا بودند ليكن همگي به اندازه اي از ما دور هستند كه مشاهده آنها براي فراهم كردن مدركي قاطع از سياهچال ها بسيار دشوار است . دل گرمي ديگري كه براي يافتن اثر از سياهچال ها حاصل شد از طريق اكتشافي در اجرام آسماني بود كه ناشر ضربان هاي منظمي از امواج راديوي بودند و كاشف آن يك دانشجوي تحقيقاتي كمبريج بنام جاسليمبل بود كه در سال 1967 يافته خود را عرضه كرد. بل و سرپرست او به نام انتوني هيوايش در آغاز خيال مي كردند كه شايد با تمدني بيگانه در كهكشان تماس گرفته اند به ياد دارم كه در سميناري كه آنها يافته خود را اعلام كردند نام نخستين منابع چهار گانه اي راكه كشف كرده بودند ( LGH1_4 ) گذشته بودند ( مخفف آدم كوچولو هاي سبز مي باشد ) با اين وصف درپايان اين سمينار ، هم ايشان و هم ديگران به اين نتيجه كمتر خيالي رسيدند كه اين اجسام كه به آنها نام ستاره هاي طپنده داده شده بود در حقيقت ستاره هاي نوترني دواري هستند كه به دليل فعل و انفعالي پيچيده بين ميدان مغناطيسي خودشان و مواد پيرامونشان در حال انتشار امواج راديوي مي باشند.اين دستاورد براي نويسندگان وسترن هاي فضايي ، خبر بدي بود ولي براي تعداد اندكي از ما كه در آن زمان به سياهچال ها معتقد بوديم مژده اي اميدوار كننده بود يعني : آن نخستين شاهد مثبت از ستاره هاي نوتروني بود يك ستاره با شعاعي در حدود 16 كيلومتر است يعني فقط جند برابر شعاع بحراني كه به ازاء آن ستاره اي تبديل به يك سياهچال مي شود اگر ستاره اي بتواند تا به اين حد كوچكي درهم فرونشيند توقع اينكه ستارگان ديگري هم بتوانند حتي تا اندازه اي كوچكتري در هم فرو نشسته و به سياه چال تبديل شوند غير منطقي نخواهد بود.

ما چگونه مي توانيم به آشكار ساختن سياه چالي اميدوار باشيم كه همان گونه مه از نامش پيدا ست هيچ نوري از آن ساطع نمي شود؟ اين تا اندازه اي شبيه جستجوي گربه سياهي درذغالدوني است. اما راهي بر اي آن وجود دارد. همانطور كه جان ميچل در سال 1783 در رساله راهگشاي خود خاطر نشان ساخت يك سياه چال هنوز هم به اجسام مجاور خود يك نيرو جاذبه وارد مي كند. ستاره شناسان، منظومه هاي بسياري را مشاهده كرده اند كه در آنها دو ستاره به دور يكديگر گردش مي كنند و با نيروي جاذبه به سوري يكديگر كشيده مي شوند، آنان همچنين منظومه هاي را ديده اند كه در آنها تنها يك ستاره مرئي در حول يك همبازي نامرئي گردش مي كند. بديهي است كه كسي نمي تواند في الفور داوري كند كه آن همبازي يك سياه چال استزيرا شايد: آن صرفا ييك ستاره خيلي كم نوري باشد كه به ديده در نيايد. با اينهمه برخي از اين منظومه ها مانند منظومه معروف به صروت فلكي غرنوق نيز منيع سرشاري از اشعه ايكس هستند بهترين توضيح براي اين پديده اين است كه بگوييم ماده درون اين ستاره نامريي از سطح آن به بيزون فوران كرده است و هنگامي كه اين ماده بدنبال همبازي نامريي خود مي افتد حركتي مارپيچي پديدار كرده ( تا اندازه اي شبيه جهش آب از يك آبپاش يا فواره ) و بسيار داغ و سوزان شده و شروع به انتشار اشعه ايكس مي كند.براي اين كه چنين مكانيسمي به تحقق بپيوندد آن جسن نامريي بايد همانند يك كوازار يا شبه ستاره نوتروني يا يك سياهچال كوچك باشد.كمترين جرم اين جسم ناپيدا را مي توان به وسيله مدار مشهود آن ستاره مرئي تعيين كرد.اين جرم در مورد صورت فلكي غرنوق تقريبا 6 برابر خورشيد مي باشد كه بر طبق دستاورد چاندراسخار براي جسمي نامرئي كه به صورت كوازار باشد اين مقدار بسيار زياد به نظر مي رسد و نيز براي ستاره نوتذوني جرمي عظيمي به شمار مي رودبنابراين اين جسم پرده نشين بايد يك سياهچال باشد.

براي توضيح صورت فلكي غرنوق مدلهاي ديگري وجود دارند كه سياهچال ها را در بر نمي گيرند لكن همگي تا اندازه اي بلا تشبيه مي باشند ، به نظر مي رسد كه يك سياهچال بايد تنها توضيح طبيعي و راستين در اين مشاهدات باشد. با وجود اين من با انيسيتو تكنولوژي كيپ تورنه كاليفرنيا شرط بسته ام كه صورت فلكي غرنوق شامل سياهچالي نباشد! اين نوع خط مشس به منزله بيمه اي براي من است . من كارهاي بسياري بر روي سياهچال ها انجام داده ام كه اگر معلوم شود سياهچالي وجود ندارد همه زحمات من برباد خواهد رفت ولي در آن صورت تنها مايه دلداري من ارمغاني است كه از برنده شدن در اين شرط بندي عايدم مي شود يعني دريافت چهار سال مجله Private Eye . اما اگر وجود سياه چالي محقق شود سازمان كيپ برنده يكسال مجله Pent House خواهد شد. وقتي كه ما در سال 1975 اين شرط را مي بستيم تا هشتاد در صد يقين داشتيم كه صورت فلكي غرنوق يك سياه چال است و در حال حاضر بايد بگوييم كه يقين ما به نود و پنج درصد رسيده است ليكن آن شرط هنوز باقي و بر قرار است.

ما اكنون هم مداركي براي سياه چالهاي متعدد ي در منظومه هاي نظير صورت فلكي غرنوق داريم كه در كهكشان خودمان و در دو كهكشان همسايه ما ( ابر هاي ماژلان ) وجود دارند، با اين حال تعداد سياهچال ها تقريبا به طور يقين بايد خيلي بيشتر از اينها باشد ، در طول تاريخ دور و دراز كيهان بايد سوخت هسته اي بسياري از ستارگان به پايان رسيده باشد و گرفتار در همفرونشيني شده باشند. حتي تعداد سياهچالهابايد افزونتر از ستارگان مرئي باشد كه تعدادشان فقط در كهكشان ما تقريبا بالغ بر صد هزار ميليون است. نيروي جاذبه خارق العاده چنين تعداد عطيمي از سياهچال ها مي تواند گوياي اين باشد كه چرا كهكشان ما با چنين سرعتي كه اكنون دارد دوران مي كند؟ زيرا جرم ستارگان مرئي موجود در كهكشان ما براي محاسبه چنين سرعتي به تنهايي كافي نيست. ما همچنين داراي شواهد و مداركي چند مي باشيم مشعر بر اينكه سياه چالي با جرم خيلي بيشتري در مركز كهكشان ما وجود دارد كه جرم آن در حدود يك صد هزار برابر جرم خورشيد است. ستارگان موجود در اين كهكشان كه زياد به اين سياهچال نزديك مي شوند در نتيجه اختلاف حاصل در نيروهاي جاذبه اي در دو سمت دور و نزديكشان از هم دريده خواهند شد وبقاياي آنها و گازي كه از ستارگان ديگر متصاعد مي شود به سوي اين سياهچال كشيده شد و همانند صورت فلكي غرنوق اين گاز ها با هم در مسيري مارپيچي چرخزنان به درون آن فرو خواهند رفت و در اين ضمن گرم هم مي شوند ولي نه به درجه اي كه در آن مورد گرم مي شدند يعني به آن اندازه گرم نمي شوند كه بتوانند اشعه ايكس از خود منتشر سازند ليكن گرماي آن به حدي مي رسد كه بتوانند براي همين منبع متراكم امواج راديويي و پرتو هاي فرو تر از سرخي كه از مركز كهكشانها صدار مي شوند پاسخي فراهم سازند.

گمان مي رود سياهچال هاي مشابه ولي بزرگتري با جرمهايي نزديك به يكصد ميليون برابر خورشيد وجود داشته باشند كه درمراكز كوازار ها قرار دارند. ماده اي كه درون چنين سياهچال مافوق سنگيني فرو مي افتد يگانه منبع پر قدرتي را بوجود مي آورد كه بتواند آن مقادير عظيمه انرژي را كه اين اجسام در حال انتشار آنها هستند تبيين و تشريح كند ، به محض آنكه ماده به درون سياهچال تنوره مي كشد آنرا در همان جهتي بدوران در آورد كه موجب پيدايش يك ميدان مغناطيسي شود كه تا اندازه اي شبيه ميدان مغناطيسي زمين است. ماده ساقطه در اين سياهچال در نزديكي آن ذراتي بسيار پر انرژي توليد خواهند كرد و كيدان آهن ربايي حاصله به اندازه اي توانمند است كه مي تواند اين ذرات را به صورت افشانه هايي در آورد كه از دو انتهاي محور دوران يعني در امتداد قطبهاي شمال و جنوب سياهچال به بيرون فوران كنند چنين افشانه اي در تعدادي از كهكشانها و كوازار ها واقعا مشاهده شده اند.

همچنين مي توان سياه چال هايي رامشاهده كرد كه جرمي بسيار كمتر از جرم خورشيد دارند چنين سياهچالهاي نمي توانند از طريق در همفرونشيني جاذبه اي شكل گرفته باشند زيرا جرم آنها پايين تر از حد جرمي چاندراسخار است و ستارگاني با اين جرم كم حتي با پايان رسيدن سوخت هسته ايشان نم مي توانند در برابر نيروي جاذبه اي حافظ خود باشند. تشكيل سياهچالهاي كم جرم فقط در صورتي امكان پذير است كه ماده آنها تحت فشار هاي بسياز زياد تا رسيدن به چگالي هاي فوق العاده بالا در هم فشرده شوند چنين فشار هايي در بمب هاي هيدروژني خيلي حادث مي شود و : جان ويلر فيزيكدان معروف يك بار حساب كرده بود كه اگر كسي تمام آب هاي سنگين اوقيانوس هاي روي زمين را گردآوري كند آنگاه مي تواند از آنها بمب هيدروژني بسازد كه فشار حاصل از انفجار آن بقسمي ماده را به مركزش فشار دهد كه تبديل به سياهچال شود. امكان عملي تر آنست كه يك چنين سياهچالهاي كم جرمي ممكن است در همان اوايل آفرينش كيهان كه بر آن درجه حرارت و فشار زيادي حاكم بوده است تشكيل شده باشند سياهچالها فقط در صورتي مي توانند تشكيل شده باشند كه كيهان در اوايل بوجود آمدنش كاملا هموار و يكنواخت نبوده باشد زيرا فقط در صورتي كه ناحيه كوچكي از آن چگالي از حد ميانگين باشد مي تواند با اين شيوه در هم فشرده شود تا به تشكيل سياهچالي بينجامد فقط ما مي دانيم كه درآن ازمنه بايد بي نظمي هايي وجود مي داشته است زيرا در غير اين صورت ماده موجود در عالم خلقت بايد هنوز هم بجاي اينكه در ستاره ها و كهكشانها بروي هم تل انبار شده باشدبكونه اي يكنواخت در سراسر عالم پخش شده باشد.

الزامي بودن وجود اين ناهمگوني ها به عنوان خمير مايه اي براي تشكيل سياهچالها رهنمون اين نكته است كه تشكيل سياهچال هاي ابتدايي بطور وضوح بستگي به جزييات شرايط و اوضاع و احوال اوايل كيهان دارد. به اين ترتيب اگر ما بتوانيم تعيين كنيم كه هم اكنون چند سياهچال ابتدايي وجود دارد آنگاه مي توانيم طلاعات بسياري از همان مراحل اوليه كيهان فراگيريم. ساه چال هاي ابتدايي را كه داراي جرمي بيشتر از يك هزار ميليون تن باشند ( يعني برابر با جرم يك كوه بزرگ ) مي توان فقط از طريق اثر جاذبه اي آنها بر ديگران برماده مرئي يا انبساط جهان به شناسايي در آورد .

به نقل از سي پي اچ

+ نوشته شده در 14:42 توسط بهناز.

دوشنبه بیست و هفتم اسفند 1386

سیاه چاله؟؟؟

سیاهچاله‌ها اجرام فضایی دارای شعاع بسیار کم (در حدود یک دهم شعاع زمین) و جرم بسیار زیاد می‌‌باشند (بیش از ۱.۴ برابر جرم خورشید). یکی از خصوصیات آن‌ها گرانش زیاد آن‌ها است که حتی نور را هم در خود جذب می‌‌کند.(این برداشت که نور جذب سیاه چاله‌ها می‌شود کاملاً غلط است چون در نظریه نسبیت عام اینشتین گفته شده است که فضا-زمان به علت وجود ماده انحنا پیدا می‌کند که در سیاه چاله‌ها حتی انحنا باعث ناپیوستگی در فضا زمان می‌شود و چون نور در این فضا-زمان حرکت می‌کند به ناچار وارد سیاه چاله می‌شود) گفتنی است این سیاهچاله‌ها از فرو پاشی (Collapse) ستارهای نوترونی و پس از آنکه هسته اتمها در آن به قدری بزرگ شدند که نیروی گرانش دیگر نتواند انرژی لازم برای جوش هسته‌ای را در آنها تأمین کند به وجود می‌‌آیند.

سیاهچاله‌ها جذاب‌ترین و اسرارآمیزترین اشیاء فضایی هستند. مهم‌ترین یافته‌های اخترشناسی سالهای ۱۹۶۰ تپ‌اخترها و اخترنماها هستند. تپ اخترها منابع رادیویی و (حداقل در یک مورد) منبع نوری تپنده منظم هستند. اختر نماها منابع نوری و رادیویی بسیار شدیدی هستند که ظاهراً از زمین فاصله زیادی دارند. کشف تپ اخترها و اخترنماها بیشتر در نتیجه پیشترفتهای اخترشناسی رادیویی تحقق یافت که در سالهای ۱۹۷۰ منجر به جستجوی طبقه تازه‌ای از اشیای آسمانی شد که عجیب‌ترین پدیده‌های فیزیکی در جهانند.

این پدیده ها، سیاهچاله‌ نامیده می‌‌شوند. آنها را از این رو به این نام خوانده‌اند که بی نورند و چون یک جاروبرقی اختری، ماده و انرژی را از فضا می‌‌مکند. اخترفیزیکدانان، سیاهچاله‌ها را که بسیار کوچکند، آخرین مرحله تاریخ رندگی ستارگان بسیار بزرگ می‌‌دانند. دانشمندان، سیاهچاله‌ها را که بر اثر نیروی گرانش خودشان فرومی‌پاشند، از نظریه نسبیت عمومی آلبرت اینشتین استنتاج کرده اند. نظریه اینشتین در نظریه جاذبه (گرانش) نیوتون کاملاً تجدید نظر کرده است. اگر یک سیاهچاله‌ در فضای خارجی کشف شود. این رویدادها برای فیزیک و اختر‌شناسی با اهمیت خواهد بود. فیزیک کلاسیک نمی‌تواند سیاهچاله‌ را تبیین کند. اگر یک سیاهچاله‌ وجود داشته باشد، نسبیت عمومی به طور واقعی مورد تایید قرار خواهند گرفتسیاهچاله‌ها اجرام فضایی دارای شعاع بسیار کم (در حدود یک دهم شعاع زمین) و جرم بسیار زیاد می‌‌باشند (بیش از ۱.۴ برابر جرم خورشید). یکی از خصوصیات آن‌ها گرانش زیاد آن‌ها است که حتی نور را هم در خود جذب می‌‌کند.(این برداشت که نور جذب سیاه چاله‌ها می‌شود کاملاً غلط است چون در نظریه نسبیت عام اینشتین گفته شده است که فضا-زمان به علت وجود ماده انحنا پیدا می‌کند که در سیاه چاله‌ها حتی انحنا باعث ناپیوستگی در فضا زمان می‌شود و چون نور در این فضا-زمان حرکت می‌کند به ناچار وارد سیاه چاله می‌شود) گفتنی است این سیاهچاله‌ها از فرو پاشی (Collapse) ستارهای نوترونی و پس از آنکه هسته اتمها در آن به قدری بزرگ شدند که نیروی گرانش دیگر نتواند انرژی لازم برای جوش هسته‌ای را در آنها تأمین کند به وجود می‌‌آیند.

سیاهچاله‌ها جذاب‌ترین و اسرارآمیزترین اشیاء فضایی هستند. مهم‌ترین یافته‌های اخترشناسی سالهای ۱۹۶۰ تپ‌اخترها و اخترنماها هستند. تپ اخترها منابع رادیویی و (حداقل در یک مورد) منبع نوری تپنده منظم هستند. اختر نماها منابع نوری و رادیویی بسیار شدیدی هستند که ظاهراً از زمین فاصله زیادی دارند. کشف تپ اخترها و اخترنماها بیشتر در نتیجه پیشترفتهای اخترشناسی رادیویی تحقق یافت که در سالهای ۱۹۷۰ منجر به جستجوی طبقه تازه‌ای از اشیای آسمانی شد که عجیب‌ترین پدیده‌های فیزیکی در جهانند.

این پدیده ها، سیاهچاله‌ نامیده می‌‌شوند. آنها را از این رو به این نام خوانده‌اند که بی نورند و چون یک جاروبرقی اختری، ماده و انرژی را از فضا می‌‌مکند. اخترفیزیکدانان، سیاهچاله‌ها را که بسیار کوچکند، آخرین مرحله تاریخ رندگی ستارگان بسیار بزرگ می‌‌دانند. دانشمندان، سیاهچاله‌ها را که بر اثر نیروی گرانش خودشان فرومی‌پاشند، از نظریه نسبیت عمومی آلبرت اینشتین استنتاج کرده اند. نظریه اینشتین در نظریه جاذبه (گرانش) نیوتون کاملاً تجدید نظر کرده است. اگر یک سیاهچاله‌ در فضای خارجی کشف شود. این رویدادها برای فیزیک و اختر‌شناسی با اهمیت خواهد بود. فیزیک کلاسیک نمی‌تواند سیاهچاله‌ را تبیین کند. اگر یک سیاهچاله‌ وجود داشته باشد، نسبیت عمومی به طور واقعی مورد تایید قرار خواهند گرفت
تبدیل ستارگان بزرگ به سیاهچاله‌
بر سر ستاره در حال مرگی که بیش از ۱.۴ برابر خورشید است چه می‌‌آید؟ حتی نیروی قوی نیز نمی‌تواند سرعت فرو پاشی درونی آن را متوقف سازد. و این ستاره �