24: الثقوب السوداء والزمكان المنحني
- Page ID
- 197662
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
في معظم القرن العشرين، بدت الثقوب السوداء مادة الخيال العلمي، حيث تم تصويرها إما كمكانس كهربائية وحشية تستهلك كل المواد المحيطة بها أو كأنفاق من كون إلى آخر. لكن الحقيقة حول الثقوب السوداء تكاد تكون أغرب من الخيال. بينما نواصل رحلتنا إلى الكون، سنكتشف أن الثقوب السوداء هي المفتاح لشرح العديد من الأشياء الغامضة والرائعة - بما في ذلك النجوم المنهارة والمراكز النشطة للمجرات العملاقة.
- 24.1: إدخال النسبية العامة
- اقترح أينشتاين مبدأ التكافؤ كأساس لنظرية النسبية العامة. وفقًا لهذا المبدأ، لا توجد طريقة يمكن لأي شخص أو أي تجربة في بيئة مغلقة التمييز بين السقوط الحر وغياب الجاذبية.
- 24.2: الزمكان والجاذبية
- من خلال النظر في عواقب مبدأ التكافؤ، خلص أينشتاين إلى أننا نعيش في زمكان منحني. يحدد توزيع المادة انحناء الزمكان؛ يجب أن تتبع الأجسام الأخرى (وحتى الضوء) التي تدخل منطقة الزمكان انحناءها. يجب أن يغير الضوء مساره بالقرب من جسم ضخم ليس لأن الضوء ينحني بالجاذبية، ولكن لأن الزمكان كذلك.
- 24.3: اختبارات النسبية العامة
- في مجالات الجاذبية الضعيفة، تتفق تنبؤات النسبية العامة مع تنبؤات قانون نيوتن للجاذبية. ومع ذلك، في ظل الجاذبية القوية للشمس، تضع النسبية العامة تنبؤات تختلف عن الفيزياء النيوتونية ويمكن اختبارها. على سبيل المثال، تتنبأ النسبية العامة بأن موجات الضوء أو الراديو ستنحرف عند مرورها بالقرب من الشمس، وأن الموقع الذي يوجد فيه عطارد عند نقطة الحضيض سيتغير بمقدار 43 قسًا في الثانية في القرن حتى لو لم تكن هناك كواكب أخرى
- 24.4: الوقت في النسبية العامة
- تتنبأ النسبية العامة بأنه كلما كانت الجاذبية أقوى، كلما كان الوقت بطيئًا. أكدت التجارب على الأرض والمركبات الفضائية هذا التنبؤ بدقة ملحوظة. عندما يخرج ضوء أو إشعاع آخر من بقايا صغيرة الحجم، مثل القزم الأبيض أو النجم النيوتروني، فإنه يظهر تحولًا في الجاذبية بسبب تباطؤ الوقت.
- 24.5: الثقوب السوداء
- تشير النظرية إلى أن النجوم ذات النوى النجمية التي تزيد كتلتها عن ثلاثة أضعاف كتلة الشمس في الوقت الذي تستنفد فيه وقودها النووي ستنهار لتصبح ثقوبًا سوداء. يُطلق على السطح المحيط بالثقب الأسود، حيث تساوي سرعة الهروب سرعة الضوء، اسم أفق الحدث، ونصف قطر السطح يسمى نصف قطر شوارزشيلد. لا شيء، ولا حتى الضوء، يمكنه الهروب عبر أفق الحدث من الثقب الأسود. في وسطه، يُعتقد أن كل ثقب أسود له خطيئة
- 24.6: الأدلة على الثقوب السوداء
- أفضل دليل على الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية يأتي من أنظمة النجوم الثنائية التي (1) لا يمكن رؤية نجمة واحدة من الزوج فيها، (2) انبعاث الأشعة السينية الوامض هو سمة مميزة لقرص التراكم حول جسم مضغوط، و (3) يشير مدار وخصائص النجم المرئي إلى أن كتلة الرفيق غير المرئي أكبر من 3 mSun. تم العثور على عدد من الأنظمة بهذه الخصائص. تم العثور على ثقوب سوداء بكتل من الملايين إلى المليارات من الكتل الشمسية في
- 24.7: علم الفلك بموجات الجاذبية
- يمكن اختبار جزء آخر من أفكار أينشتاين حول الجاذبية كطريقة للتحقق من النظرية التي تكمن وراء الثقوب السوداء. وفقًا للنسبية العامة، تعتمد هندسة الزمكان على مكان وجود المادة. أي إعادة ترتيب للمادة - على سبيل المثال، من شكل كروي إلى شكل سجق - تخلق اضطرابًا في الزمكان. يُطلق على هذا الاضطراب اسم موجة الجاذبية، وتتنبأ النسبية بأنها يجب أن تنتشر إلى الخارج بسرعة الضوء.
الصورة المصغرة: يُظهر الرسم التوضيحي للفنان الموجود على اليمين الثقب الأسود الذي يسحب المواد بعيدًا عن نجمة رفيقة زرقاء ضخمة. تشكل هذه المادة قرصًا (يظهر باللونين الأحمر والبرتقالي) يدور حول الثقب الأسود قبل السقوط فيه أو إعادة توجيهه بعيدًا عن الثقب الأسود في شكل نفاثات قوية. تكون المادة الموجودة في القرص (قبل سقوطها في الثقب الأسود) ساخنة جدًا لدرجة أنها تتوهج بالأشعة السينية، مما يفسر سبب كون هذا الكائن مصدرًا للأشعة السينية (تعديل الائتمان للعمل بواسطة NASA/CXC/M.weiss).