آیا نور می تواند به دور سیاهچاله بچرخد؟
سیاهچاله ها نیرومندترین نقاط گرانشی در سرتاسر کیهانند، پس آیا می توانند نور را آنقدر خم کنند که عملا در مداری به دور آن ها بچرخد؟ و اگر بتوانیم در کنار سیاهچاله زنده بمانیم و مسیر نور به دور آن را دنبال کنیم، چه خواهیم دید؟
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : پنج شنبه 1397/02/06 ساعت 10:00
زینب شاه مرادی - مرکز یادگیری تبیان
یک سیاهچاله با گرانش قویی که دارد نور را به طور قابل توجهی به سمت خود خم می کند و همین باعث برخی اعوجاجات بصریِ غیرمعمول می گردد.
به این آزمایش فکری که نخستین بار توسط آیزاک نیوتن توضیح داده شده بود توجه کنید: فرض کنید یک توپ جنگی دارید که می تواند گلوله هایی را به دوردست شلیک کند. این گلوله ها پس از پیمودن مسافتی، بر روی زمین خواهند افتاد. اگر گلوله ی توپ را با نیروی بیشتری شلیک کنید، پیش از افتادن روی زمین مسافت بیشتری را در هوا خواهد پیمود. و اگر گلوله را با نیرویی به اندازه کافی پرتاب کنید و از مقاومت هوا هم چشم پوشی نمایید – سرتاسر کره زمین را دور خواهد زد. گلوله ی توپ وارد مدار می شود. [در واقع] دارد رو به زمین می افتد ولی به دلیل انحنای زمین، در هر نقطه ای که باشیم به نظر می آید که توپ دارد در آن سوی افق بر زمین می افتد.
این مثال تنها برای گلوله توپ، فضانوردان، و ماهواره ها کاربرد ندارد، بلکه برای نور هم می توان آن را به کار برد. این یکی از بزرگ ترین یافته های آلبرت اینشتین درباره ی سرشت گرانش بود. گرانش یک نیروی کشش میان اجرام نیست، بلکه در حقیقت یک پیچش یا خمیدگی در فضا-زمان است. هنگامی که نور به درون چاه گرانشیِ یک جرم سنگین می افتد، در راستای خمیدگی (انحنای) فضا-زمان خم می شود و به پیش می رود.
کهکشان های دوردست، خورشید، و حتی زمین خودمان هم با ایجاد خمیدگی در فضازمان، نور را از مسیر راست منحرف می کنند. ولی این تنها گرانش باورنکردنی یک سیاهچاله است که می تواند فضا-زمان را در هم گره بزند و آن را در یک نقطه گرد آورد. و بله، ناحیه ای پیرامون یک سیاهچاله هست که در آن، حتی فوتون ها هم وادار به گردش در یک مدار می شوند. در واقع این ناحیه را به نام “فوتونکره” (فوتون‌سپهر) می شناسیم.
تصویری هنری از لحظه ی بلعیدن یک ستاره توسط سیاهچاله
اگر به اندازه کافی از یک سیاهچاله دور باشید، رفتار آن مانند همه ی اجرام سنگین دیگر خواهد بود. اگر به جای خورشید یک سیاهچاله با همان جرم خورشید وجود داشت، زمین دقیقا به همین وضع کنونی به گردش مداریش ادامه می داد. ولی اجرام هر چه به سیاهچاله نزدیک و نزدیک تر شوند ناچار خواهند بود سریع و سریع تر دور آن بگردند. فوتونکره آخرین مدار پایداریست که می توان به دور یک سیاهچاله داشت. و تنها نور – که سرعت ویژه اش، یعنی بالاترین سرعت را دارد- می تواند عملا در این فاصله از سیاهچاله وجود داشته باشد.
تصور کنید می توانید درست در فوتونکره ی یک سیاهچاله باشید و زنده بمانید [که البته نمی توانید!]. اگر چراغ قوه ای را رو به جلو روشن کنید، نورش را پشت سرتان خواهید دید زیرا یک دور کامل به گرد سیاهچاله زده و به پشت سرتان رسیده. همچنین نور همه ی فوتون هایی که در این ناحیه هستند هم به شما می رسد. اگر این فوتون ها از نور دیدنی (مرئی) باشند شاید بسیار خوب هم باشد ولی اگر از پرتوی X یا گاما باشند، انگار که در فر باشید خواهید پخت.
زیر فوتونکره تنها تاریکی دیده می شود. آن پایین افق رویداد سیاهچاله جای دارد، نقطه بی بازگشت نور. و بالای سرتان آسمان را خواهید دید که در اثر گرانش سهمگین سیاهچاله تاب برداشته، از همین رو سرتاسر آسمان یکجا در میدان دیدتان خواهد بود، حتی ستارگانی که به طور طبیعی باید پشت سیاهچاله پنهان باشند را خواهید دید. این نقطه جایی هراس انگیز و مرگبار است ولی پایین تر از افق رویداد دیگر حتی نور هم چاره ای جز فرورفتن در کام سیاهچاله نخواهد داشت.
منبع: http://bigbangpage.com
یک سیاهچاله با گرانش قویی که دارد نور را به طور قابل توجهی به سمت خود خم می کند و همین باعث برخی اعوجاجات بصریِ غیرمعمول می گردد.
به این آزمایش فکری که نخستین بار توسط آیزاک نیوتن توضیح داده شده بود توجه کنید: فرض کنید یک توپ جنگی دارید که می تواند گلوله هایی را به دوردست شلیک کند. این گلوله ها پس از پیمودن مسافتی، بر روی زمین خواهند افتاد. اگر گلوله ی توپ را با نیروی بیشتری شلیک کنید، پیش از افتادن روی زمین مسافت بیشتری را در هوا خواهد پیمود. و اگر گلوله را با نیرویی به اندازه کافی پرتاب کنید و از مقاومت هوا هم چشم پوشی نمایید – سرتاسر کره زمین را دور خواهد زد. گلوله ی توپ وارد مدار می شود. [در واقع] دارد رو به زمین می افتد ولی به دلیل انحنای زمین، در هر نقطه ای که باشیم به نظر می آید که توپ دارد در آن سوی افق بر زمین می افتد.
این مثال تنها برای گلوله توپ، فضانوردان، و ماهواره ها کاربرد ندارد، بلکه برای نور هم می توان آن را به کار برد. این یکی از بزرگ ترین یافته های آلبرت اینشتین درباره ی سرشت گرانش بود. گرانش یک نیروی کشش میان اجرام نیست، بلکه در حقیقت یک پیچش یا خمیدگی در فضا-زمان است. هنگامی که نور به درون چاه گرانشیِ یک جرم سنگین می افتد، در راستای خمیدگی (انحنای) فضا-زمان خم می شود و به پیش می رود.
کهکشان های دوردست، خورشید، و حتی زمین خودمان هم با ایجاد خمیدگی در فضازمان، نور را از مسیر راست منحرف می کنند. ولی این تنها گرانش باورنکردنی یک سیاهچاله است که می تواند فضا-زمان را در هم گره بزند و آن را در یک نقطه گرد آورد. و بله، ناحیه ای پیرامون یک سیاهچاله هست که در آن، حتی فوتون ها هم وادار به گردش در یک مدار می شوند. در واقع این ناحیه را به نام “فوتونکره” (فوتون‌سپهر) می شناسیم.
تصویری هنری از لحظه ی بلعیدن یک ستاره توسط سیاهچاله
اگر به اندازه کافی از یک سیاهچاله دور باشید، رفتار آن مانند همه ی اجرام سنگین دیگر خواهد بود. اگر به جای خورشید یک سیاهچاله با همان جرم خورشید وجود داشت، زمین دقیقا به همین وضع کنونی به گردش مداریش ادامه می داد. ولی اجرام هر چه به سیاهچاله نزدیک و نزدیک تر شوند ناچار خواهند بود سریع و سریع تر دور آن بگردند. فوتونکره آخرین مدار پایداریست که می توان به دور یک سیاهچاله داشت. و تنها نور – که سرعت ویژه اش، یعنی بالاترین سرعت را دارد- می تواند عملا در این فاصله از سیاهچاله وجود داشته باشد.
تصور کنید می توانید درست در فوتونکره ی یک سیاهچاله باشید و زنده بمانید [که البته نمی توانید!]. اگر چراغ قوه ای را رو به جلو روشن کنید، نورش را پشت سرتان خواهید دید زیرا یک دور کامل به گرد سیاهچاله زده و به پشت سرتان رسیده. همچنین نور همه ی فوتون هایی که در این ناحیه هستند هم به شما می رسد. اگر این فوتون ها از نور دیدنی (مرئی) باشند شاید بسیار خوب هم باشد ولی اگر از پرتوی X یا گاما باشند، انگار که در فر باشید خواهید پخت.
زیر فوتونکره تنها تاریکی دیده می شود. آن پایین افق رویداد سیاهچاله جای دارد، نقطه بی بازگشت نور. و بالای سرتان آسمان را خواهید دید که در اثر گرانش سهمگین سیاهچاله تاب برداشته، از همین رو سرتاسر آسمان یکجا در میدان دیدتان خواهد بود، حتی ستارگانی که به طور طبیعی باید پشت سیاهچاله پنهان باشند را خواهید دید. این نقطه جایی هراس انگیز و مرگبار است ولی پایین تر از افق رویداد دیگر حتی نور هم چاره ای جز فرورفتن در کام سیاهچاله نخواهد داشت.
منبع: http://bigbangpage.com
