سیاه چاله ها -فردین گنج خانلو | وب سایت مرکز استعداد های درخشان شهید بهشتی ابهر

عکس تصادفی

نوشته های تازه

آرشیو


« | صفحه اصلي

سیاه چاله ها -فردین گنج خانلو

۰۳:۳۴:۲۹ | ۱۳۸۸/۰۵/۱۹

 

مقدمه

جهان آفرینش سرشار از پدیده های شگفت انگیز و پر رمز و راز است. پدیده های که انسان پیوسته در تلاش است آنها را کشف و درک کند و هر چه در این راه پیش می رود، شگفتی های بیشتری در جهان می یابد. تنها یار انسان در این راه علم است که انسان به کمک آن به بررسی این شگفتی ها می پردازد.

علم فیزیک یکی از علومی است که بسیاری از نظریات جدید آن شگفت انگیز و برای انسان غیر قابل درک است. تنها راه درک این نظریات، تغییر کامل دیدگاه خود به جهان می باشد. یکی از این شگفتی ها، سیاهچاله ها و کرم چاله ها می باشند؛ چگالی این اجرام به طور شگفت انگیزی بالا است و نیروی گرانش بسیار قدرتمندی دارند. به طوری که حتی نور هم نمی تواند از آن ها بگریزد.

من در این مقاله به بیان اطلاعاتی درباره ی این اجرام آسمانی می پردازد

               

سیاهچاله ها

پس از این که انرژی ستاره ها به پایان رسید، از هم فرو می پاشند. این ستاره ها در هنگام مرگ مراحلی چون غول سرخ، ستاره ی نوترونی و… را طی می کنند. در صورتی که این ستارگان جرمی بیشتر از ۳ برابر جرم خورشید داشته باشند، در نهایت به اجرامی تبدیل می شوند که جرمی بسیار زیاد و متراکم دارند. تا هنگامی که ستاره در حال مصرف سوخت می باشد، انرﮊی ناشی از آن تعادل ستاره را در برابر نیروی گرانش حفظ می کند. پس از اتمام سوخت ستاره دیگر قادر به تحمل وزن خود نیست در نتیجه مرکز ستاره دچار فروریختگی می شود. اگر جرم مرکز ستاره بیش از سه برابر جرم خورشید باشد، ظرف کمتر از یک ثانیه درون نقطه تمرکز فرو می ریزد. این اجرام انحنای زیادی در فضا ایجاد می کنند.  این باعث می شود که نیروی    جاذبه ی فراوانی داشته باشند؛ تا حدی که حتی نور هم توانایی گریز از آن را ندارد. به این گونه اجرام که دیده نمی شوند، سیاه چاله می گویند.

 

 

 

 

 برای گریز از نیروی جاذبه ی این اجرام باید سرعتی بیش از سرعت نور داشت. در حقیقت گریز از نیروی جاذبه یک سیاهچاله امری غیر ممکن است؛ چون در جهان چیزی وجود ندارد که سرعتش از سرعت حرکت نور بیشتر باشد.

این اجرام مرموز، شگفت آور و نامریی حتی نور را نیز به درون خود می کشند. تا به امروز هیچ کس قادر به مشاهده یک سیاهچاله نشده است و ستاره شناسان از طریق کشف امواج نیروی جاذبه سیاهچاله ها است که توانسته اند آن ها را کشف و شناسایی کنند.

البته میدان گرانشی اطراف سیاهچاله کم تر از میدان گرانشی ستاره قبل از فرو پاشی است، به جز در فواصلی کم تر از شعاع ستاره. نزدیک شدن به سیاهچاله نکته ای است که فضانوردان در آینده از آن بر حذر خواهند بود.

 

افق رویداد سیاهچاله

  اگر پرتو نوری به سیاهچاله تابانده شود، نیروی جاذبه به حدی است که پرتو نور را منحرف می کند. اگر این پرتو از فاصله ی دور از سیاهچاله عبور کند، به علت ضعیف تر بودن نیروی جاذبه در فاصله ی دور، میزان انحراف کم است. بنابرین هر چه پرتو نور به سیاهچاله نزدیک تر باشد، بیش تر منحرف می شود.

 افق رویداد که فضای اطراف سیاهچاله را گرفته، سطح سیاهچاله را تشکیل می دهد. این سطح یک سطح معمولی قابل دیدن یا لمس کردن نیست. در افق رویداد، کشش نیروی گرانش بینهایت قدرتمند است. یک شی در این منطقه تنها برای یک آن می تواند حضور داشته باشد و سپس در ذرات نور غرق شده و فرو می رود. قطر افق رویداد به جرم سیاهچاله بستگی دارد. به عنوان مثال، سیاهچاله ای که از فرو پاشی ستاره ای با ۱۰ برابر جرم خورشید به وجود آمده باشد، دارای افق رویدادی به قطر ۶۰ کیلو متر است.

 

نقطه ی تکینگی

ستاره در حال فرو پاشی، که در افق رویداد خود در حال متراکم شدن است، هنوز اندازه ی بزرگی دارد. هیچ نیرویی شناخته نشده که بتواند فرایند متراکم شدن را متوقف کند و ستاره به تدریج کوچک و کوچک تر می شود تا این که به اندازه ی سر سوزن و سپس به اندازه یک میکروب شده و سرانجام به قدری کوچک    می شود که دیگر بشر نمی تواند آن را اندازه گیری کند. در این نقطه، بر طبق نظریه، چگالی بسیار عظیمی به وجود خواهد آمد و این نقطه ی تکنیکی سیاهچاله است.

  

مشاهداتی از سیاهچاله ها

یافتن سیاهچاله ها بسیار مشکل است. یک راه، جست و جوی سیستمی دو گانه است که در آن ستاره ای درخشان به دور جفت خود که غیر قابل رویت است، می چرخد. اگر هر دو عضو دو گانه ها به یکدیگر نزدیک باشند، موادی که از عضو درخشنده فوران می کنند و به سمت سیاهچاله ی نامرئی می شتابند، از خود اشعه ی x ساطع می کنند. اولین کاندیدای سیاهچاله که ستاره شناسان در سال ۱۹۷۲ کشف کردند، ستاره ی x-1 از صورت فلکی ماکیان (دجاجه) است که از خود اشعه ی x ساطع می کند. این ستاره دارای جرمی در حدود ۹ تا ۱۰ برابر جرم خورشید است و با ستاره ای   فوق العاده عظیم و آبی رنگ دو گانه تشکیل می دهد. موادی که از ستاره ی غول آسای آبی رنگ به سمت سیاهچاله جریان دارند، از خود پرتو x ساطع    می کنند.  

مشابه چنین الگوهای تابشی در دو گانه ی دیگری به نام سرسینوس x-1  و اخیرا” در سوگنی v404 مشاهده شده است. با مشاهدات انجام شده تو سط ماهواری ناسا، کوپرنیک، این فرضیه تایید شد که یک ستاره از ستاره های صورت فلکی عقرب، سیاهچاله است. این ستاره که اسکو v861 نام دارد، نسبتا” به ما نزدیک است و فاصله ی آن در حدوود ۵۰۰۰ سال نوری است که کم تر از فاصله ی ما از x-1 ماکیان است. هم چنین منبع تابش اشعه ی x در ابر عظیم ماژلانیک که Lmcx-3 نامیده می شود و به سیاهچاله شباهت زیادی دارد(ابر ماژلانیک در حقیقت جفت کوچک کهکشان راه شیری است). به نظر می رسد سایر سیاهچاله های سنگینی که جرمی در حدود ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر جرم خورشید دارند، در مرکز خوشه ای مشخص از ستارگان قرار دارند. 

 

یک فضانورد، در نزدیکی یک سیاهچاله، چه پدیده ای را تجربه می کند؟

یکی از نظریه های مهمی که در تئوری ” نسبیت عام”  بیا ن می شود، این است که: در میدانهای گرانش بزرگ، ساعتها کند تر، و در میدانهای جاذبه کوچکتر، تندتر می گذرند. امروزه به سادگی می توان این نظریه را با ساعتهای اتمی ، که در هواپیماها کار گذاشته می شوند، اثبات کرد.  

ساعتهای اتمی، در هواپیماهایی که در ارتفاع ۱۰ کیلو متری زمین در پرواز است،‌ به روشنی سریعتر از ساعتهای اتمی مشابه در سطح زمین ،‌ کار می کنند؛ ‌زیرا نیروی جاذبه در سطح زمین، کمی بیشتر از نیروی جاذبه در هواپیمایی است که در ارتفاع بالا، در حال پرواز است. البته آشکار است که در این آزمایش،‌ تغییرات زمانی بسیار ناچیز است.

مسئله تغییر زمان هنگامی به روشنی آشکار می شود که تصور کنیم یک فضانورد، یک «سیاهچاله» را دور می زند.

همانطور که گفته شد، سیاهچاله، ‌میدان گرانشی بزرگ و وصف ناپذیری داردو ساعتها در آنجا بسیار    کند تر کار می کنند؛ در نتیجه از دید ما ناظران زمینی، زندگی این فضانورد بسیار آهسته می گذرد.

    پزشکان”ناسا” که از طریق وسایل رادیویی فعل و انفعالات بدنی او را کنترل می کنند، ‌ضربان قلب فضانورد را یک تپش در هر ۲۰دقیقه ثبت خواهند کرد به عکس، از نظر فضانورد،‌ ساعتها در روی زمین با سرعت حیرت آوری به جلو می روند. هر ۹۰ ثانیه یک شماره روزنامه چاپ می شود، انتخابات مجلس شورای آلمان « بوند ستاگ»‌ البته به غیر از انتخابات میان دوره ای، هر هفته ۵ بار انجام خواهد شد.پس از ۴ هفته اقامت فضانورد در فضا پیما و نزدیک سیاهچاله، تمام دوستان او در زمین دارفانی را وداع گفته اند و او در حالیکه ۸۰ سال در زمین سپری شده، فقط یک ماه بر عمرش افزوده شده است.

اگر انسان می توانست روی یک جرم آسمانی با میدان گرانش فوق العاده بزرگ، مثلا” یک “ستاره نو ترونی ” زندگی کند، یک روز کاری او کاملا” متفاوت با یک روز کاری ما می گذشت : او صبح ها به اداره خود در طبقه سی ام یک آسمان خراش می رفت و درآنجا روز کاری ۸ ساعته را به سر می آورد. سپس دوباره به طبقه همکف باز می گشت و در می یافت که به علت نیروی جاذبه زیادی که در پایین وجود داشته، فقط یک ساعت سپری شده است. به عبارت دیگر شروع کار ساعت ۹ صبح و تعطیلی کار ساعت ۱۰ صبح خواهد بود.           

اما به هر حال در طبقه ی بالا، انسان ۸ ساعتی را که کار کرده، واقعا” کار کرده؛ واقعا” ۸ ساعت از عمر خود را گذرانیده است. ما می توانیم از دید خود، فقط ۷۰ یا ۹۰ سال عمر کنیم، هر چند که عمر ما از دید ناظران منظومه های فلکی دیگر، ممکن است ۱۰ ثانیه یا ۱۰۰۰۰ سال طول بکشد.

«انحنای فضا» یا «انحنای مکان»‌ در میدانهای گرانش بزرگ جالب توجه است. اگر انسانی در یک ستاره نوترونی زندگی می کرد، می توانست مثلا” پشت گردن خود را ببیند، زیرا تابش نوری که از او منتشر می شد در مسیری منحنی به دور ستاره می چرخید و دوباره به چشمان او می رسید. این اثر را نیز می توان به سادگی اثبات کرد. آلبرت اینشتین در زمان خود راهنمایی کرده که چگونه می توان این مسئله را اثبات نمود. برای این کار، بیایید یکی از پدیده های نادر طبیعی را نظاره کنیم: یک خورشید گرفتگی کامل که در آن، ماه کاملا” چهره خورشید را خواهد پوشاند. برای مدتی کوتاه ستارگان قابل دیدن خواهند شد، در صورتی که اینشتین درست گفته باشد، باید ستارگانی که پرتوهای نوری آنها، از نزدیکی خورشید رد می شوند، در اثر میدان گرانش خورشید، دارای خط تابش خمیده یا منحنی شوند. آنگاه آن ستاره، باید در جای دیگری غیر از جای همیشگی خود، دیده شود. دقیقا” همین پدیده، به هنگام یک خورشید گرفتگی کامل، مشاهده شده است و حتی میزان انحراف و انحنای مسیر، دقیقا” همان اندازه ای بود که ” انیشتین “، از قبل محاسبه کرده بود.     

 

 

کرمچاله ها

کِرمچاله در فیزیک یک پل میانبر فرضی در فضا و زمان است.

کرمچاله‌ها ساختارهای فضازمانی پل مانندی هستند که دو گستره جدا از یک فضا زمان یا دوفضا زمان جدا از هم را به یکدیگر پیوند می دهند. کرمچاله‌ها مسافت و زمان بایسته برای رسیدن از یک نقطه به نقطه را کوتاه می‌کنند.

یکی از جنبه‌های جالب کرمچاله ها، به کار بردن آنها برای انجام سفر در فضازمان است. می‌‌دانیم که فاصله زمین تا نزدیک‌ترین ستاره به جز خورشید، نزدیک به ۴٫۲۸ سال نوری می‌‌باشد. پس نور با سرعت تقریباً ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه بیش از ۴ سال طول می‌‌کشد تا به این ستاره برسد. اکنون ما با فناوری امروزه بیش از یک میلیون و سیصد هزار سال زمان نیاز داریم تا به این ستاره برویم که برای آدمی نشدنی است. اینگونه بر می آید که با انگاره ی بودن کرمچاله، می‌‌توان از یک سو به درون آن رفت و تقریباً بلافاصله پس از خروج از سوی دیگر، در جایی دوردست از جهان سردرآورد. در این چهارچوب می توان از جهانی دیگر نیز سر در آورد.

پس این نادرست است که مردم سیاهچاله‌ها را به عنوان ابزارهایی برای مسافرت‌های فضایی می‌‌شناسند. اما باید بدانیم که سیاهچاله‌ها دارای افق هستند و هنگامیکه چیزی، گرچه نور، وارد آنها شد، افزون بر نابودی، امکان خروج برایش وجود ندارد.البته باید بدانیم که کرمچاله‌ها فقط مدل هایی ریاضی هستند و آشکارسازی و رصد آنها تا کنون بی سر انجام بوده است. همچنین گذر از کرمچاله‌ها برای سفر به زمان عملا کاری نشدنی است زیرا با فروریزی شدیدی که آنها دارند هیج جاندار شناخته شده ای نمی تواند آن را تاب بیاورد و باید بدانیم که باز و بسته شدن آنها آن اندازه تند رخ می‌دهد که هر ماهیتی در هنگام گذر از آنها به دام خواهد افتاد.

 

هندسه یک کرمچاله

یک کرمچاله در صورت وجود، خود بخشی از فضازمان چهار بعدی عالم می‌‌باشد. همانطور که می‌‌دانید اینشتین در سال ۱۹۰۵ م ثابت کرد که جهان تنها از سه بعد فضایی تشکیل نشده و زمان صرفآ یک پارامتر در حال تغییر نیست. بلکه زمان خود نیز به عنوان بعد چهارم عالم به حساب می‌‌آید. در این فضازمان چهار بعدی، کرمچاله‌ها می‌‌توانند سوراخی به جهانی دیگر یا ناحیه‌ای دیگر از همین جهان باشند. پس باید در نظر داشته باشیم که این اجسام چهاربعدی هستند و ما تنها برای ساده سازی آنها را به صورت دو بعدی نشان می‌‌دهیم.

به عنوان مثالی ساده، یک صفحه کاغذ تخت را در نظر بگیرید که از چهار طرف تا فواصل بسیار دور گسترده شده باشد. هر دو طرف صفحه که آنها را «رو» و «زیر» صفحه می‌‌نامیم، بطور مستقل یک فضای دوبعدی راتشکیل می‌‌دهند که می‌‌توانیم آن را یک جهان دوبعدی فرض کنیم. ساکنان این جهان ها خود موجودات دو بعدی هستند. واضح است که این دو جهان هیچ ارتباطی با هم ندارند و ساکنان آنها از وجود همدیگر بی خبرند .اکنون تصور کنید یک سوراخ دایره‌ای در این صفحه ایجاد شود. به این ترتیب دو جهان بطور پیوسته با هم ارتباط دارند. ما این حفره تونل مانند را یک کرمچاله می‌‌نامیم.

 

حال بیائید به جای یک سوراخ، دو سوراخ درصفحه ایجاد کنیم. سپس لبه‌های این دو سوراخ را بکشیم تا به صورت دو لوله درآید وبا ادامه دادن این کار دو لوله را به هم وصل کنیم. این نیز یک کرمچاله است. با این تفاوت که بر خلاف حالت قبلی دو ناحیه از یک جهان را به هم وصل می‌‌کند. در حالتی که فضای ما خمیده باشد مسافرت از طریق این کرمچاله بسیار سریع تر امکان‌پذیر است. چون مسافت کوتاه تر است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اگر در هر یک از دو ورق تخت موازی نیز یک سوراخ ایجاد کنیم، با کشیدن لبه‌های سوراخ و رساندن دو لوله ایجاد شده به هم می‌‌توانیم یک کرمچاله ایجاد کنیم که صفحه بالایی یکی از ورق‌ها را به صفحه پائینی ورق دیگر وصل کند .                        

        

منابع

کتاب دانش فیزیک مفهومی (آمریکا) جلد دوم_  نویسندگان: پل هویت،جان سوکوکی،لسلی هویت_     مترجم: علی رضوانی فر و همکاران_  انتشارات کانون فرهنگی آموزش (تکاج)_  سال ۱۳۸۶_                     شابک: ۷-۱۹۷-۵۰۹-۹۶۴

 

کتاب ترین ها در زمین، ستارگان و سیارات_  نویسنده: استرم دانلپ_  مترجم: مجید عمیق_  انتشارات دلهام_  سال ۱۳۸۴_  شابک:۰-۷۲-۶۵۹۳-۹۶۴

 

کتاب فیزیک نوین (چرا و چگونه)_  نویسنده: دکتر اریک اوبلاکر_  مترجم: بهروز بیضایی_  انتشارات کتابهای بنفشه_  سال ۱۳۸۵_  شابک: ۰-۰۹۷-۴۱۷-۹۶۴

 

سایت  www.hupaa.com، جمعه ۲۸ تیر ۱۳۸۷

 

سایت  fa.wikipedia.org، چهارشنبه ۲۹ اسفند ۱۳۸۷

موضوع : استعدادهای درخشان شهید بهشتی ابهر, دانش آموزان, گروه های علمی | ۳ نظر »



۳ Responses to “سیاه چاله ها -فردین گنج خانلو”

  1. آرمین حاجی خانی پیام :
    شهریور ۱۴م, ۱۳۸۸ at ۴:۱۶ ب.ظ

    سلام و ممنون از مقالاتتون.
    دوستان ابهری به فکر یک اجتماع (انجمن) فعال نجومی هستم.
    کسانی که علاقه دارن تو این زمینه با هم همکاری کنیم به این ایمیل به من اطلاع بدن .
    و یه خبر خوش برای دوستاران نجومی (حتما بخونید) :
    http://tinyurl.com/m667s2

  2. رضا پیام :
    دی ۱۱م, ۱۳۸۸ at ۱۰:۲۹ ق.ظ

    درباره ی یوفو هم بهتره بگی

  3. پارسا قزمینیان پیام :
    فروردین ۲۶م, ۱۳۸۹ at ۲:۵۳ ب.ظ

    با عرض سلام و خسته نباشید وب سایتتون واقعا عالیه فقط لطفا به روزش کنین آرشیو هاش مربوط به سال پیشه.
    با تشکر

نظرات