سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
دو پژوهشگر بتازگی از رویكردی نوین برای توصیف ماهیت و رفتار سیاهچاله‌ها استفاده كرده اند. در این رویكرد، از دو زبان مجزای فیزیك یعنی گرانش و مكانیك كوانتومی بهره گرفته شده است.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

یک سطل از سیاهچاله


دو پژوهشگر بتازگی از رویكردی نوین برای توصیف ماهیت و رفتار سیاهچاله‌ها استفاده كرده اند. در این رویكرد، از دو زبان مجزای فیزیك یعنی گرانش و مكانیك كوانتومی بهره گرفته شده است.

یک سطل از سیاهچاله

این رویكرد نوین، علاوه بر این‌كه راه را برای یافتن نظریه كوانتومی گرانش هموار می‌كند، می‌تواند به حل شدن برخی ابهامات در مورد سیاهچاله‌ها نیز كمك كند. نظریه كوانتومی گرانش كه در واقع تركیبی از مكانیك كوانتومی و گرانش است، می‌تواند فرمولی واحد برای توصیف همه پدیده‌های خرد و كلان هستی ارائه دهد.

سیاهچاله‌ها همیشه معماهای بی‌پاسخ زیادی در خود داشته‌اند. براساس نظریه‌های موجود، سیاهچاله‌ها تبخیر می‌شوند و در دمای ثابتی از خود حرارت بیرون می‌دهند ولی هنوز علت این پدیده مشخص نیست. همچنین بنا به دلایلی، هر قدر سیاهچاله‌ها كوچك‌تر می‌شوند، دمای آنها بالاتر می‌رود. نظریه نسبیت عام اینشتین كه رایج ترین نظریه در مورد گرانش است، معمول‌ترین راه برای توصیف سیاهچاله‌ها محسوب می‌شود. سیاهچاله‌ها در واقع ماهیتی بسیار چگال دارند و ممكن است وزنی معادل میلیاردها خورشید داشته باشند. یک سیاهچاله اغلب شی‌ای تعریف می‌شود که سرعت گریز آن حتی از سرعت نور بیشتر است. سرعت گریز حداقل سرعت ممکن برای یک جسم است تا بتواند از میدان گرانشی جسمی دیگر فرار کند. برای درک بهتر موضوع تصور کنید روی سطح یک سیاره ایستاده‌اید و سنگی را مستقیما به بالا پرتاب می‌کنید. فرض کنید که سنگ را با قدرت زیادی پرتاب نکرده باشید سنگ برای مدتی بالا خواهد رفت اما در نهایت به خاطر گرانش سیاره پایین خواهد افتاد. اگر سنگ را به اندازه کافی محکم پرتاب کنید سنگ ممکن است از گرانش سیاره بگریزد. در این حالت سنگ برای همیشه به بالا رفتن ادامه خواهد داد. سرعتی که نیاز است با آن سنگ را پرتاب کنید تا از گرانش سیاره بگریزد سرعت گریز نامیده می‌شود.

براساس نظریه‌های موجود، سیاهچاله‌ها تبخیر می‌شوند و در دمای ثابتی از خود حرارت بیرون می‌دهند ولی هنوز علت این پدیده مشخص نیست

برای مثال سرعت گریز برای خورشید 660 کیلومتربر ثانیه‌است. بدین ترتیب هر چه جرم افزایش می‌یابد و شعاع کاهش می‌یابد و به طور کلی هرچه جسم چگال‌تر باشد سرعت گریز نیز افزایش می‌یابد. به راحتی می‌توان حدس زد که سرعت گریز برای یک سیاهچاله با جرمی حدود چند میلیون برابر خورشید چقدر است.

سیاهچاله‌ها به قدری متراکمند که اگر کل کره ی زمین قطرش به 0.9 سانتیمتر تقلیل یابد اما جرمش ثابت بماند به یک سیاهچاله تبدیل می‌گردد.  در سال 1916 میلادی ستاره شناس آلمانی کارل شوارتز شیلد شواهدی یافت که نشانگر یک سیاهچاله کروی بود. او نشان داد که اگر جرم یک ستاره در ناحیه ای به اندازه کافی کوچک متمرکز شود، میدان گرانشی در سطح ستاره چنان قوی می‌شود که حتی نور توان گریز از آن را ندارد و این همان چیزی است که هم اکنون سیاهچاله می‌نامیم.

یک سطل از سیاهچاله

در این رویكرد نوین، پروفسور جورجی دوالی از موسسه سرن در سوئیس و پروفسور سزار گومز از دانشگاهی در اسپانیا تصمیم گرفتند از مكانیك كوانتومی برای تشریح سیاهچاله‌ها استفاده كنند. مكانیك كوانتومی معمولا برای توصیف پدیده‌های در مقیاس بسیار كوچك مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اولین گام برای ترسیم چهره‌ای كوانتومی از سیاهچاله‌ها، توصیف آنها به صورت ذره است. در نظریه كوانتوم، ذرات اجزای تشكیل‌دهنده هستند. این دو پژوهشگر، گراویتون را همانند فوتون فرض كردند.

گراویتون ذره‌ای نظری و بدون جرم است كه عامل انتقال نیروی گرانشی دانسته می‌شود. این دو دانشمند این گونه استدلال كردند كه چون سیاهچاله‌ها، چگال‌ترین شیء شناخته شده‌اند، گراویتون‌ها را می‌بایست در آن تا حد امكان نزدیك به هم فرض كرد.

مكانیك كوانتومی چنین سیستمی را چگالیده بوز ـ اینشتین می‌نامد. در این حالت خاص، ذرات بسیار سرد بوده و در نزدیكی هم قرار دارند و همانند یك شیء مستقل كوانتومی رفتار می‌كنند و این مساله سبب می‌شود اثرات كوانتومی را بتوان با چشم غیرمسلح نیز مشاهده كرد.

این دو پژوهشگر با فرض كردن سیاهچاله‌ها به شكل سطلی پر از گراویتون‌هایی كه در كنار هم قرار دارند، توانستند به برخی ابهامات در خصوص سیاهچاله‌ها (مثلا تابش انرژی و داغ‌تر شدن هنگام تبخیر) پاسخ دهند.

هر یك از گراویتون‌ها به خاطر نوسان كوانتومی، انرژی لازم برای بیرون پریدن از سطل را می‌یابد. ناظری كه بیرون از سیاهچاله قرار دارد افزایش دمایی را مشاهده می‌كند كه در واقع این افزایش دما به خاطر انرژی گراویتون‌هاست.

یک سطل از سیاهچاله

هر قدر تعداد گراویتون‌های درون سطل كمتر باشد، این گراویتون‌های باقیمانده بیشتر به هم نزدیك می‌شوند و در نتیجه برای خروج گراویتون بعدی، انرژی بیشتری مورد نیاز است.

این توصیف كوانتومی را می‌توان با توصیف گرانشی از سیاهچاله‌ها در هم آمیخت و به این صورت فیزیكدانان قادر خواهند بود از یكی از آنها برای به دست آوردن اطلاعات بیشتر از دیگری استفاده نمایند. این مساله ممكن است به شكل‌گیری نظریه گرانش كوانتومی بینجامد.

پروفسور دوالی می‌گوید: «در این تصویر جدید از سیاهچاله‌ها، ویژگی‌های گرانشی گراویتون‌ها را به زبان مكانیك كوانتومی تبدیل كردیم. در واقع ما در حال ساخت نسخه كوانتومی از نظریه اینشتین هستیم».

هر قدر تعداد گراویتون‌های درون سطل كمتر باشد، این گراویتون‌های باقیمانده بیشتر به هم نزدیك می‌شوند و در نتیجه برای خروج گراویتون بعدی، انرژی بیشتری مورد نیاز است.

اما برخی از دانشمندان روی خوشی به این مطالعه نشان نداده‌اند. جرارد هوفت از دانشگاه اوت‌رخت هلند یكی از آنهاست. وی می‌گوید:  «به نظر من سیاهچاله‌ها چیزی فراتر از مجموعه‌ای چگال از گراویتون‌ها هستند». اما دوالی بر این باور است كه ایده‌اش آنقدر جذاب است كه باید از سوی جامعه علمی جدی تلقی شود.

 

 

 

فرآوری:م.ح.اربابی فر

بخش دانش و زندگی تبیان


منبع: ضمیمه سیب جام جم

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین