مهبانگ 16

مهبانگ 16

شانزدهمین برنامه‌ی “مِهبانگ” تقدیم به دوست‌داران دانش و خردورزی.

در این برنامه از مِهبانگ در بخش نخست و در ادامه‌ی برنامه‌ی پیشین، دکتر علی نیّری پدیده سیاه‌چاله‌ها را از منظر علمی-خودمانی مورد بررسی قرار می‌دهند و اینکه سیاه‌چاله‌ها چطور میتوانند معادلات کلاسیک فیزیک را ببلع‌اند و اینکه “افق رویداد” کجاست؛

و در بخش دوم در ابتدا واحدهای اندازه‌گیری و سیستم متریک در فیزیک مدرن و ثابت‌های طبیعی (سرعت نور، ثابت پلانک، ثابت نیوتن) موضوع بحث است؛ و پس از آن، بازگشت به پدیده‌ی سیاه‌چاله‌ها؛ سرنوشت آنها، و نظریه اخیر جناب “استیون‌ هاوکینگ” مبنی بر عدم وجود سیاه‌چاله‌! را خواهید شنید.

و در ادامه به پاسخ پرسش‌هایی از جمله:

– “تابش کوانتمی” چیست؟
– بازیافت اطلاعات از سیاه‌چاله‌ها ممکن است؟
– نسبت جرم و دما و طول عمر در سیاه‌چاله‌ها چگونه است؟
– “تاردیون” چیست و سرعت با حرکت بالاتر از نور ممکن است؟
– آیا همه‌ی اجرام درخشانی که در آسمان می‌بینیم ستاره‌اند؟
– تفاوت قطب مغناطیسی و قطب جغرافیائی کره‌ی زمین چیست و اضمحلال (نیست شدن) میدان مغناطیسی زمین و خطر پرتوهای کیهانی چگونه است؟
– تفاوت “کوتوله‌ سفید” و سیاه‌چاله در چیست؟
– شناسائی محل سیاه‌چاله‌ها چگونه است؟
– تعریف “ناظر” در فیزیک کوانتمی و چگونگی تاثیر بر الکترون

خواهید رسید.

 گزیده‌ها:

* با پدیده ای در فضا زمان مواجه هستیم که بسیار شباهت با چیزی دارد که در طول تاریخ مردم از آن به نام سیاه چال یاد می‌کردند. بنابراین انتظار داریم که سیاه چال‌های فضایی تقریبأ یک مسیر بی‌بازگشتی را برای ما درست بکنند که برای زندانیان بخت برگشته در طول قرون درست کرده بودند.

اطلاعاتی که به سمت سیاه چاله می‌رود به هیچ وجه قابل برگشت نیست؛ درست مانند زندانی که به سیاه چال می‌افتاد آنقدر در آنجا می‌ماند تا از بین برود.

*اگر بتوانیم تار و پودی برای فضا زمان در نظر بگیریم می‌شود گفت که در این تار و پود ظاهرأ حفره ای به وجود می‌آید. این حفره ای که در تار و پود فضا و زمان ایجاد شده است باعث می‌شود میزان فشار و نیرویی که وارد می‌شود بینهایت باشد. بنابراین مرگ هر چیزی که به سمت سیاه چاله می‌رود حتمی است. این حفره یا چاله خصوصیات عجیبی دارد. معادلات انیشتین اعتبار خودش را در آنجا از دست می‌دهد و جواب بینهایت می‌دهد. منظور از بینهایت این است که فشاری که در مرکز سیاه چاله‌ها وجود دارد بینهایت است و تقریبأ می‌شود گفت حجمی که آن‌ها دارند صفر است. نیروی جاذبه گرانشی یا ثقلی که در سیاه چاله وجود دارد بینهایت است.

*بنابر تئوری، اگر فضانوردی با یک فضاپیما به سمت سیاه چاله برود بعد از مدتی ارتباط اش با جهان خارج قطع می‌شود و به علت تفاوت بسیار زیادی که میدان جاذبه ثقلی یا گرانشی در هر میلیمتر یا حتی کوچکتر از آن پیدا می‌کند آن اجسام به درون کشیده می‌شوند. ما این کشیدگی را بر روی زمین احساس نمی‌کنیم چون نیروی جاذبه ثقلی که به کف پاهای ما وارد می‌شود تقریبأ با نیروی گرانشی که به سر ما وارد می‌شود تفاوتی ندارد. مثلأ اگر در منطقه ای باشیم و نیروی گرانشی که به سر ما وارد می‌شود یک میلیون برابر کمتر از نیرویی باشد که به پای ما وارد می‌شود تحت اثر اختلاف این نیروی بسیار زیاد بدن ما تا جایی کش می‌آید که از هم گسیخته شود.

*در مراکز کهکشان‌ها ابر سیاه چاله‌های بسیار عظیمی وجود دارند که جرم آن‌ها میلیون‌ها برابر جرم خورشید است و مانند موتور مرکزی کهکشان‌ها عمل می‌کنند. به علت وجود ابر سیاه چاله عظیمی که در مرکز کهکشان قرار دارد تمام ستارگان از جمله ماه و خورشید به دور مرکز کهشکان می‌چرخند. همان‌طور که خورشید با نیروی جاذبه گرانشی باعث شده که ما در مدار خودمان بمانیم و به دور خورشید بچرخیم خورشید ما هم به علت نیروی عظیم گرانشی که از طرف مرکز کهکشان به آن وارد می‌شود به دور مرکز کهشکان، که احتمالأ یک سیاه چاله هست، می‌چرخد و نزدیک 250 میلیون سال طول می‌کشد تا خورشید مدار خودش را کامل بکند. بنابراین به نظر می‌آید که سیاه چالهها نه فقط از منظر نظری اهمیت داشتند بلکه در نجوم و اختر فیزیک هم شواهدی هست که نشان می‌دهد این سیاه چاله‌ها واقعأ وجود دارند. 

*این ارتباط با دنیای بیرون در کجا قطع می‌شود؟ به نظر می‌آید که سیاه چاله‌ها در دور خودشان یک سطح ظاهری دارند که اصطلاحأ به آن افق رویداد event horizon می‌گویند. افق رویداد مرز و شعاع یک سیاه چاله را مشخص می‌کند. این مرز سیاه چال یا کره مرزی که به دور سیاه چال هست جایی است که اگر از آن عبور بکنید دیگر ارتباطاتتان با عالم قطع می‌شود. سرعت فرار از سطح یک سیاه چاله بالاتر از سرعت نور است و چون هیچ چیزی بیشتر از سرعت نور نمی‌تواند حرکت بکند بنابراین عملأ امکان خروج از سیاه چاله وجود ندارد.  

*در کره زمین وقتی اجرام را به سمت بالا پرتاب می‌کنیم به سمت ما برمی‌گردند چون سرعت فرار از نیروی جاذبه گرانشی یا ثقلی زمین بسیار کم است. ولی موشک‌ها و فضاپیماها این امکان را دارند که از این نیروی جاذبه گرانشی یا ثقلی خارج بشوند. بنابراین با توجه به جرمی که زمین دارد مینیمم سرعتی را که باید به جسم بدهید تا از سطح زمین به فضا برود 12 کیلومتر در ثانیه است و این سرعت بسیار بسیار زیادی است. ما انسان‌ها عملأ با این عضلات‌مان امکان ندارد که بتوانیم شیئی را با این سرعت پرتاب کنیم تا بتواند از سطح جاذبه زمین خارج بشود برای همین است که دومرتبه به سمت ما برمی‌گردند. ولی با پیشرفت فن آوری و ساخت موتورهای پرقدرت توانستیم از سطح زمین خارج بشویم و بتوانیم انسان را به روی کره ماه بنشانیم و ایستگاه‌های فضایی در آنجا کار بگذاریم.

*قدرت جاذبه ثقلی یا گرانشی به میزان جرم سیاره یا ستاره بستگی دارد. مریخ یا بهرام کوچکتر از زمین است بنابراین گرانش کمتری دارد؛ به همین دلیل، نتوانسته اتمسفر دور خودش را نگه دارد و  هم‌چنین نتوانسته میدان مغناطیسی دور خودش ایجاد بکند.

*زمین به علت دینامویی که در مرکزش دارد دارای مغناطیسی است و مانند سپری از ما در برابر پرتوهای بسیار مرگ باری که در واکنش‌های هسته ای خورشید انجام می‌شود حفاظت می‌کند. این ذرات ذرات بارداری مانند پروتون هستند که به علت انرژی فوق العاده ای که دارند می‌توانند DNA موجودات زنده را تغییر بدهند و باعث به وجود آمدن سلولهای سرطانی بشوند. میدان مغناطیسی اطراف زمین توانسته سپری را ایجاد کند تا حیات در زمین شکل بگیرد.

بنابراین نبود میدان مغناطیسی و نبود میزان جاذبه ثقلی کافی باعث شده که بهرام یا مریخ اتمسفر خودش را از دست بدهد. درواقع، سرعت فرار این مولوکول‌ها خیلی بیشتر از میزان جاذبه یا ثقلی آن سیاره است. به همین دلایل حیات در مریخ نتوانسته است شکل بگیرد.

*در دهه 70 استیون هاوکینگ نشان داد که سیاه چاله‌ها به معنای واقعی سیاه نیستند. سیاه چاله‌ها بعد از مدتی دچار تبخیر می‌شوند؛ اصطلاحأ به آن تبخیر کوانتومی می‌گویند. به تابشی که از این فرایند کوانتومی اتفاق می‌افتد تابش کوانتومی هاوکینگ می‌گویند. البته تا به امروز کسی نتوانسته این تابش را مشاهده کند و به همین دلیل است که هاوکینگ تا به حال جایزه نوبل را دریافت نکرده است چون یکی از شرط‌های دریافت جایزه نوبل این است که نظریه فیزیکی بتواند تأیید تجربی بشود و تا بحال این اتفاق نیافتاده است هر چند ایشان سهم فوق العاده ای در رشد فیزیک نظری داشته اند.

سیاه چاله‌ها ابدی نخواهند بود و درنهایت تبدیل به انرژی خواهند شد. سیاه چاله‌هایی که ما اکنون در کهکشان‌مان می‌بینیم دو سه برابر عمر کنونی عالم وقت لازم دارند تا تبخیر کوانتومی روی آن‌ها انجام بگیرد.

*وقتی که بر اثر تبخیر کوانتومی از جرم سیاه چاله‌ها کاسته می‌شود با دیدن تابش کوانتومی ناشی از این فرایند ‌می‌توانیم تمام اطلاعاتی که در درون سیاه چاله هست را بازیابی کنیم. دما و درجه حرارت یک سیاه چاله نسبت عکس با جرمش دارد. بنابراین یک سیاه چاله کوچک دمای بیشتری دارد و برعکس. از طرفی طول عمر سیاه چاله با جرمش به توان سه نسبت مستقیم دارد. یعنی، هر چه جرم سیاه چاله بیشتر باشد طول عمر بیشتری خواهد داشت.

*حدس بر این است که در ابتدای عالم ریز یا مینی سیاه چاله‌های زیادی به وجود آمده اند که همه‌ی آن‌ها به علت پدیده‌ی تابش کوانتومی هاوکینگ تبخیر شده اند و دو مرتبه به شکل تابش به عالم برگشته اند برای اینکه این مینی سیاه چاله‌ها جرم بسیار بسیار کمی داشته اند. ولی سیاه چاله‌هایی که در مراکز کهکشان‌ها وجود دارند به دلیل جرم بسیار زیادشان از طول عمر بیشتری هم برخوردار هستند.

*وقتی استیون هاوکینگ می‌گوید که سیاه چاله وجود ندارد به این معناست که سیاه چاله‌ها سیاه نیستند چون کره افق رویداد که اطلاعات را از ما مخفی می‌کردند به نظر می‌آید که کارایی خودشان از دست می‌دهند و به نوعی برهنگی دارند.

*قطر کهکشان ما 100 هزار سال نوری است یعنی 100 هزار سال طول می‌کشد نور از یک سمت کهکشان به سمت دیگرش برسد؛ در صورتی که، کهکشان ما کهکشان بزرگی هم نیست. کهکشانی که در همسایگی ما قرار دارد و احتمالا 4.5 یا 5 میلیارد سال دیگر با کهکشان ما هم برخورد خواهد کرد و از برخورد این دو کهکشان جدیدی به وجود خواهد آمد و اگر در آن زمان زمین ساکنانی داشته باشد شاهد آتش بازی‌های شبانه روزی به تمام معنایی خواهند بود. و اگر خورشید ما بتواند در این آتش بازی دوام بیاورد چون هنوز 2 میلیارد سال دیگر عمر دارد. این دو کهکشان با سرعت 250 کیلومتر در ثانیه به هم دارند نزدیک می‌شوند ولی همانطور که گفته شد حدود 5 میلیارد طول می‌کشد تا به هم برسند.

*شواهدی موجود است که در 200 سال اخیر میدان مغناطیسی زمین کاهش پیدا کرده است. از بین رفتن میدان مغناطیسی زمین ممکن است موجب از بین رفتن حیات در روی زمین بشود. چون پرتوهای کیهانی مرگبار بار الکتریکی دارند و این بارهای الکتریکی در دام میدان مغناطیسی اطراف زمین می‌افتند. میدان مغناطیسی این ذرات بار الکتریکی را منحرف می‌کند و پدیده شفق و فلقی که در قطب می‌بینیم درواقع ناشی از به دام افتادن این ذرات باردار است. چون ذرات باردار وقتی که در میدان مغناطیسی شتاب می‌گیرند و حرکت می‌کنند از خودشان پرتوهای زیبایی را منتشر می‌کنند.

بنابراین این عکس‌های قشنگ سبز و بنفشی که ما می‌بینیم حاصل پرتوهای کیهانی هستند که اگر به ما برسند مرگبار هستند و می‌توانند DNA سلول‌ها را تحت تأثیر قرار بدهند و زندگی را از بین ببرند.

*باید بین قطب جغرافیایی و قطب مغناطیسی زمین تفاوتی قائل شویم. تصور کنید که در درون زمین به طور فرضی یک آهنربای میله ای شکل قرار دارد که قطب جنوب اش در شمال و قطب شمال اش در جنوب هست. علت اینکه قطب نما شمال را نشان می‌دهد به این دلیل است که قطبین مخالف همدیگر را جذب می‌کنند و قطب شمال قطب نمای ما جذب قطب جنوب میدان مغناطیسی زمین می‌شود که در نیمکره شمالی قرار دارد و برعکس. یعنی، از نظر مغناطیسی قطب مغناطیسی زمین به این شکل هست که قطب جنوب در شمال هست و قطب شمال هم در جنوب. برای همین قطب نما را که استفاده می‌کنیم جهت شمال جذب قطب جنوب می‌شود.

ولی حدودأ هر نیم میلیون سال یکبار جهت قطبین زمین عوض می‌شود. یعنی، شمال و جنوب با هم عوض می‌شوند. علت اینکه چرا این اتفاق می‌افتد هنوز مشخص نشده است. زمانی خواهد شد که وقتی قطب نما دستمان بگیریم درواقع شمال در قطب جنوب خواهد بود نه در قطب شمال.

برخی هم کاهش میدان مغناطیسی زمین را به دلیل شروع تغییر جهت دادن قطبین می‌دانند. ولی همانطور که گفته شد 500 هزار سال طول می‌کشد تا این تغییر به طور کامل انجام بگیرد.

*سرنوشت نهایی سیاه چاله‌ها این است که ابدی نخواهند بود و طول عمرشان هم همان‌طور که گفته شد بستگی به مقدار جرم‌شان دارند. نهایتأ از جرم این‌ها کاسته خواهد شد درست مانند آبی که تبخیر بشود. بنابراین، سیاه چاله‌ها تبخیر کوانتومی می‌شوند و تابش ناشی از این پدیده را تابش کوانتومی می‌گویند.

*اتفاقی که در مورد الکترون‌ها می‌افتد این هست که برای دیدن حرکت یک الکترون مجبورید که یک فوتون به الکترون بتابانید و آن الکترون آن فوتون را به شما برگرداند تا آن را ثبت کنید. طبیعی است که یک الکترون به دلیل کوچکی اش و فوتون به دلیل سرعت و انرژی بسیار زیادی که دارد الکترون را تحت تأثیر خودش قرار می‌دهد و برمی‌گرداند.

‌*ستاره ای که نزدیک ماه هست سیاره ناهید یا زهره است و یکی از سیاراتی است که به خورشید نزدیک است و به علت بازتاب بسیار نور خورشید به سطح اش بسیار درخشنده است و در همان اوایل طلوع ماه می‌توان غروب ناهید را دید.

دریافت فایل صوتی

دریافت فایل صوتی

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

Scroll To Top