سیاهچاله چیست؟ - دانلود

سیاهچاله ناحیه ای از فضاست که مقدار بسیار زیادی جرم در آن تمرکز یافته و هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه آن خارج شود. از آنجا که بهترین تئوری جاذبه در حال حاضر تئوری نسبیت عام انیشتن است، در مورد سیاهچاله و جزئیاتش باید طبق این تئوری تحقیق و نتیجه گیری کنیم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرایط ساده تر آغاز می کنیم. فرض کنید روی سطح یک سیاره ایستاده اید. یک سنگ را به سمت بالا پرتاب می کنید. با فرض اینکه آن را خیلی خیلی محکم پرتاب نکرده باشید برای مدتی به سمت بالا حرکت می کند و نهایتاً شتاب جاذبه باعث می شود به پایین سقوط کند. اما اگر سنگ را به اندازه ی لازم محکم پرتاب کرده باشید می توانید آن را به کل از جاذبه سیاره خارج کنید. در این حالت سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتی که لازم است تا یک شیء را از جاذبه ی سیاره خارج کند، سرعت فرار یا سرعت گریز نام دارد. همانطور که انتظار می رود سرعت فرار به جرم سیاره بستگی دارد. اگر سیاره ای جرم زیادی داشته باشد کشش جاذبه آن زیاد خواهد بود و نتیجتةً سرعت فرار آن بیشتر خواهد شد. سیاره سبکتر سرعت فرار کمتری خواهد داشت. سرعت فرار در زمین Km/s 11.2 یا  25000 m/h  است. در حالی که سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 یا m/h 5300 است.  حال یک جرم بسیار زیاد را که در یک ناحیه با شعاع بسیار کوچک تمرکز یافته تصور کنید. سرعت فرار چنین ناحیه ای از سرعت نور بیشتر خواهد بود و چون هیچ شیئی نمی تواند سریعتر از نور سیر کند پس هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه چنین ناحیه ای خارج شود ، حتی یک دسته پرتو نور.

ایده تفکر در مورد جرمی چنان چگال که حتی نور نیز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقریباً بلافاصله پس از بیان نظریه نسبیت عام توسط انیشتین ، کارل شوارتز شیلد یک راه حل ریاضی برای معادلات تئوری این اجرام کشف کرد و سال ها بعد اشخاصی چون اُپنهایمر و ولکف واشنایدر در دهه 1930 به طور جدی درباره امکان وجود چنین نواحی در عالم به تحقیق پرداختند. این پژوهشگران نشان دادند، هنگامی که محتویات سوخت یک ستاره پرجرم به پایان می رسد، نمی تواند در مقابل جاذبه درونی خود مقاومت کند و به صورت یک سیاهچاله در خود فرو می ریزد. در نسبیت عام جاذبه از عوامل انحراف فضای 4 بعدی است. اشیاء بسیار پرجرم باعث انحرافات محورهای زمان و فضا می شوند در حدی که قوانین هندسی اعتبار خود را از دست می دهند و به کار نمی آیند. این انحراف در اطراف یک سیاهچاله بسیار چشمگیر است و باعث می شود که سیاهچاله ها خصوصیات عجیبی داشته باشند.

هر سیاهچاله چیزی به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، که سطحی کروی است و مرز سیاهچاله را مشخص می کند. شما می توانید وارد این افق شوید اما نمی توانید از آن رهایی یابید. در حقیقت وقتی وارد افق شدید محکوم به نزدیک و نزدیک تر شدن  به مرکز سیاهچاله هستید. درباره افق می توان این تصور را داشت که افق جایی است که در آن سرعت گریز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گریز کمتر از سرعت نور است. بنا بر این در صورتی که راکت های شما به اندازه کافی انرژی داشته باشند می توانید از افق دور شوید اما وقتی وارد افق شدید راهی برای خروج ندارید. افق خصوصیات هندسی عجیبی دارد، برای یک ناظر که فاصله زیادی از سیاهچاله دارد، افق جای خوبی به نظر می رسد که کروی و ساکن است. اما در صورتیکه به سیاهچاله نزدیک شوید متوجه خواهید شد  افق با سرعت بسیار زیاد و یا در حقیقت با سرعت نور به سمت بیرون در حرکت است. چون افق با سرعت نور به سمت بیرون گسترش می یابد، پس برای خروج از افق باید سرعتی بیش از سرعت نور داشته باشیم. و چون می دانیم که نمی توانیم با سرعتی بیش از سرعت نور سیر کنیم پس هیچ گاه نخواهیم توانست از سیاهچاله فرار کنیم.