الفلك

هل الثقوب السوداء تفرد حقًا؟

هل الثقوب السوداء تفرد حقًا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ألا يمكن أن تكون الثقوب السوداء مجرد أجسام فائقة الكثافة؟ لا يزال من الممكن أن يكون لونهم أسود (لا يتطلب وجود اللون الأسود أبدًا فيزياء خاصة ، بعد كل شيء) ولديهم مجال جاذبية قوي حقًا. إذا اشتبهنا في أنه يمتص بالفعل الضوء بسبب جاذبيته ، فمن الممكن أن يكون هناك جاذبية قوية بما يكفي لالتقاط الضوء ، وعدم السماح لأي مادة تشع بالخارج عندما تسقط المادة في هذا الجسم.

أنا فقط أجد صعوبة في قبول أن أي شيء يمكن أن يوجد بخاصية كبيرة لانهائية لأنه سيؤدي إلى كتلة كبيرة بشكل لا نهائي مما يؤدي إلى قوى كبيرة بشكل لا نهائي ... من شأنها أن تدمر الكون بسرعة غير محدودة ، أليس كذلك؟ لذلك أعتقد أن الشيء الفائق الكتلة يمكن أن يكون بدسًا أيضًا دون الحاجة إلى أن يكون متفرداً.


هذه الإجابة تعتمد إلى حد ما على الرأي. أشارككم شكوككم حول وجود تفردات رياضية صارمة كما تتوقع النسبية العامة. هذا بشكل أساسي ، لأن افتراض وجود لغة صارمة يتجاهل نظرية الكم. نهج واحد للتغلب على التفرد هو Gravastar. ذات الصلة هو نجم بلانك. كلا النهجين يحاولان التغلب على المفارقات القريبة من اللغة. قد يتم تقديم إجابة كاملة في النهاية من خلال الجاذبية الكمية التي لم يتم تحديدها بعد.

من الصعوبات الأخرى التي تواجه الثقوب السوداء "الحقيقية" الدوران. لا يُتوقع حدوث حل شوارزشيلد في الثقوب السوداء في العالم الحقيقي.

بدلاً من ذلك ، فإن حل Kerr (أو قد يكون مقياس Kerr-Newman) سيقترب من الأجسام الفلكية الحقيقية ، وبالتالي يتضمن على الأقل الدوران ، وقد يكون بعض الشحنات الكهربائية المتبقية.

ينتج عن الجسيم عديم الكتلة الذي يسافر بسرعة الضوء طاقة غير محددة وفقًا للنسبية الخاصة. تفتح الطبيعة فيزياء مخصصة للجسيمات عديمة الكتلة من خلال السماح لها بأخذ أي طاقة لحل هذا النطاق غير المحدد. بطريقة مماثلة ، قد تفتح الطبيعة نوعًا جديدًا من الفيزياء داخل الثقوب السوداء لحل التناقض بين النسبية العامة ونظرية الكم.


ما هو التفرد؟

التفرد هو نقطة في الكون تكون فيها المادة كثيفة للغاية. يقع التفرد في مركز الثقب الأسود ، وغالبًا ما يختبئ خلف أفق الحدث. إذن ، في الأساس ، التفرد هو نقطة في الفضاء حيث يتم ضغط الكثير من المادة معًا في مساحة صغيرة جدًا. عندما يكون لديك تفرد شيء لا يذهب إلى ما لا نهاية. كثافة هو ما يذهب إلى ما لا نهاية. الكثافة والمادة شيئان مختلفان.

غالبًا ما يتم إنشاء التفرد في انفجار مستعر أعظم. المستعر الأعظم هو المكان الذي يحدث فيه النجم عندما يكون هناك الكثير من المادة في مركز النجم (في نهاية حياته) بحيث لا يستطيع النجم تحمل قوة الجاذبية الخاصة به ، وينهار على نفسه وينفجر.

الطريقة الثانية التي يمكن أن يحدث بها المستعر الأعظم هي في نظام النجوم الثنائية - حيث إذا كان هناك قزم ابيض، يسرق المادة من النجم الآخر وفي النهاية تتراكم الكثير من المادة بحيث تنفجر.

يحدث التفرد بسبب النجوم الكبيرة ، وليس الصغيرة. النجوم الصغيرة التي تنفجر في مستعر أعظم تخلق شيئًا يسمى النجوم النيوترونية.

إذن ما هو الثقب الأسود؟

الثقب الأسود هو منطقة في الفضاء بها مجال جاذبية قوي جدًا ولا يمكن حتى للضوء الهروب منه. الثقوب السوداء ليس لها لون أسود ، وليس لها لون لأننا لا نستطيع رؤية أي ضوء قادم منها. لذلك لا ، لا يمتص الضوء. يمكن أيضًا أن تتبدد الثقوب السوداء في النهاية ، بسبب آلية تسمى إشعاع هوكينج

هناك عدة أنواع من الثقوب السوداء منها:

  • الثقوب السوداء الهائلة (توجد غالبًا في مركز المجرات)

  • الثقوب السوداء النجمية

  • الثقوب السوداء البدائية

  • تدوير الثقب الأسود (كير)

أخيرًا ، هناك 3 مناطق رئيسية داخل الثقب الأسود.

يمكن أن يوضح لنا هذا الرسم البياني أشياء كثيرة ، على سبيل المثال ، كيف أن الثقوب السوداء ليس لها جاذبية تمتد عبر الكون كله.

في ملاحظة أخيرة ، يمكننا تحديد المنطقة التي لا يمكن للضوء أن يفلت فيها باستخدام نصف قطر شوارزشيلد. كما قلت ، لا ينبغي أن تتضمن هذه الإجابة النسبية ، لن أقوم بتضمين أي رياضيات أيضًا. باختصار ، نصف قطر Schwarzschild هو المكان الذي يوجد فيه أفق الحدث في الثقب الأسود.

ملخص

آسف لتقديم إجابة طويلة محرجة ، كنت أواجه مشكلة في فهم ما لم تفهمه ، واعتقدت أنه إذا شرحت التفرد - فسأساعدك بالتأكيد ، آسف إذا قلت للتو أشياء تعرفها بالفعل. لقد قدمت بعض روابط ويكيبيديا إذا كنت تريد إلقاء نظرة على بعض المصطلحات التي تركتها بخط مائل. قد ترغب أيضًا في إلقاء نظرة على الديناميكا الحرارية للثقب الأسود


أعتقد أنك تبدأ من فرضية أن هناك طريقة ما لتثبيت جسم كثيف للغاية داخل أفق الحدث للثقب الأسود. في ال كلاسيكي نظرية النسبية العامة التفرد أمر لا مفر منه. بمجرد دخولك إلى أفق الحدث ، يُجبر الكائن على التحرك نحو التفرد والوصول إليه في وقت محدود ، بنفس الطريقة التي تضطر فيها إلى المضي قدمًا في الوقت المناسب سواء أعجبك ذلك أم لا.

لذلك من المستحيل أن يكون لديك شيء ما كلاسيكي GR يشبه الثقب الأسود وله أفق حدث ، لكنه لا يشكل نوعًا من التفرد. ومع ذلك ، نحن نعلم أن GR الكلاسيكية يجب أن تنقسم على مقاييس (كمومية) صغيرة للغاية ، لذا فمن الممكن تمامًا ذلك شيئا ما يحدث لمنع التفردات في نظرية الكم للجاذبية.

لذا فإن المرء حر تمامًا في ابتكار نسخة من النسبية العامة تسمح بنوع من تجنب التفرد. لكن هناك (على الأقل) متطلبان. (1) يجب أن تشرح جميع الأشياء الأخرى التي تشرحها الموارد الوراثية الكلاسيكية جيدًا. (2) يجب أن يكون لها عواقب يمكن ملاحظتها خارج أفق الحدث ، لأنه بخلاف ذلك يكون التحديق في السرة بلا معنى (IMO).

ملحوظة: قد تكون الثقوب الدودية وما شابهها ممكنة في الثقوب السوداء الدوارة (GR الكلاسيكية) ، لكن فهمي المحدود هو أن هذه تتشكل على الرغم من التفرد (الذي لم يعد نقطة). بعبارة أخرى ، لا تزال التفرد موجودة ، لكن المادة لا تنتهي حتمًا فيها (ولكنها تذهب إلى مكان آخر!)

إن الأشياء التي كتبتها عن الكتلة اللانهائية ، والقوة اللانهائية ، إلخ ، خاطئة تمامًا. يتم تحديد كتلة الثقب الأسود جيدًا كما هو الحال بالنسبة لتأثيرات الجاذبية. لا تزال كتلة محدودة تنشأ من أخذ تكامل كثافة لانهائية على حجم صفر.


هناك العديد من الإجابات الجيدة على المستوى المادي ، لكني لا أرى أن هذه الإجابة تم تناولها ، لذا سأقدم إجابة مختصرة.

أنا فقط أجد صعوبة في قبول أن أي شيء يمكن أن يوجد بخاصية كبيرة لانهائية لأنه سيؤدي إلى كتلة كبيرة بشكل لا نهائي مما يؤدي إلى قوى كبيرة بشكل لا نهائي ... من شأنها أن تدمر الكون بسرعة غير محدودة ، أليس كذلك؟

إذا كانت الثقوب السوداء تحتوي على لانهايات ، وهو أمر ممكن فقط إذا كانت لها فرادة ، فإن هذه اللانهايات ، بحكم التعريف ، صغيرة لانهائية وليست لانهائية من أي مسافة ، حتى جزء صغير من مسافة الذرة. لذا ، "دمر الكون بواسطة قوى غير محدودة" ، بالتأكيد ، إذا كان الكون أصغر من ذرة ، أو ربما ، داخل أفق الحدث حيث لا يمكنه فعل أي شيء سوى السقوط نحو التفرد ، ولكن على أي مسافة آمنة ومعقولة ، أسود الثقوب ليست خطيرة ولا تشكل تهديدًا للكون.

لذلك أعتقد أن الشيء الفائق الكتلة يمكن أن يكون بدسًا أيضًا دون الحاجة إلى أن يكون متفرداً

و

Gravastars للإنقاذ! فقط ما احتاجه. أخيرًا ، بعض المنظرين الذين لا يرتاحون للأشياء البغيضة التي تملأ عالمنا!

حسنًا بالنسبة للمبتدئين ، فإن قوانين الفيزياء هي ما هي عليه ، ولا يهتمون بما نفكر فيه. أما أن تكون الأشياء "قذرة" ، فهذا في عين الناظر.

قبل 2000 عام ، شوهدت "نار جهنم" صهارة تخرج من بركان عرضي وكان الجحيم داخل الأرض. اليوم ، يولد باطن الأرض مجالًا مغناطيسيًا يحمينا ويعطينا الصفائح التكتونية ، وهو أمر مفيد حقًا للكواكب الحاملة للحياة. لم يتغير باطن الأرض ، لكن تصورنا لها قد تغير بشكل كبير. الآن نحن نحب ما بداخل الأرض ، لكن قبل 2000 عام كان الناس يخشون ذلك.

قبل 100 عام ، اعتقد الجميع أن الكون هو درب التبانة ، وقبل 80 عامًا ، اعتقدوا أن الكون أبدي ، إلى أن اقترح هابل الرديء أن الكون له بداية ، حسنًا ، لأن الأشياء أبدية. إذا قال هابل أنه قبل 300 عام ، لكان قد احترق على المحك ، فلا شك في ذلك ، بلوحة كتب عليها "الكافر"

هذه هي مشكلة وجهة النظر. إنها ليست صورة كاملة. الثقوب السوداء تصنع "رجل الرقصة" العظيم ، كشيء يأكل كل شيء ولا يمكن الهروب منه ، لكن هذا مجرد جزء من الصورة الكبيرة.

وجد أينشتاين نفسه فكرة بغيضة للثقوب السوداء (لم يكن حريصًا جدًا على ميكانيكا الكم أيضًا) ، لذلك تخيل أينشتاين أن الكون لديه بعض القوانين الفيزيائية التي تمنع تشكل الثقوب السوداء ، وقد يكون هذا هو الحال ، ولكن بصراحة ، كيف يختلف هل يتم سحقها ببطء حول أفق الحدث على مدى الخلود مقابل سحقها بسرعة في التفرد أو أي شيء يحدث في المركز. من وجهة نظر معينة ، إنه نفس الشيء إلى حد كبير.

ذهبت بعض النظريات إلى أبعد من ذلك لتوحي بأن الثقوب السوداء هي أماكن سحرية بداخلها أكوان أطفال كاملة. أجد ذلك التفكير الإبداعي أكثر من العلم ، لكن الحقيقة هي أن ما يحدث داخل أفق الحدث يبقى داخل أفق الحدث ولا أحد يعلم.

على الثقوب السوداء بشكل عام:

إنها مفيدة جدًا. تشكل الثقوب السوداء ، وانهيار الجاذبية والارتداد من الانهيار ، تخلق وتوزع عناصر ثقيلة عبر المجرة وفي الانهيار الذي يخلق ثقبًا أسودًا أو نجمًا نيوترونيًا ، يتم تفجير ما يقرب من 90٪ من مادة النجم. ، المعاد تدويرها ، إذا أردت ، مرة أخرى إلى المجرة و 10٪ فقط أو نحو ذلك ، تشكل اللب المنهار.

يمكنك التفكير في الثقب الأسود على أنه بقايا صغيرة سيئة من موت نجم ، لكني أجد حقيقة أن النجوم الكبيرة تعيد تدوير وتوزع الكثير من مادتها عبر المجرة لتكون باردة للغاية. تساعد الثقوب السوداء الهائلة أيضًا في تكوين المجرات ، لذا فالحقيقة البسيطة هي أن الثقوب السوداء مفيدة جدًا ، حتى لو كنت لا ترغب في عبور المسارات مع واحدة.


الآن فيما يتعلق بما يحدث داخل الثقب الأسود ، هناك بعض الإجابات الجيدة على ذلك بالفعل ولا أريد أن أجعل هذا طويلاً للغاية ، خاصةً لأنني شخص عادي ، لكني أجد تكهنات حول تلك المنطقة الغريبة داخل أفق الحدث من أجل كن ممتعًا للتفكير فيه.

أنا شخصياً لا أؤمن بالتفردات. (أعتقد) أن الطبيعة الموجية والميدانية لميكانيكا الكم وحقيقة أن الفضاء الفارغ له خصائص ، على سبيل المثال ، يمكن أن تتشكل أزواج الجسيمات المضادة للجسيمات بشكل أساسي من لا شيء (مما يجعل إشعاع الصقور ممكنًا) ، أعتقد أنه من المحتمل أن يكون هناك نوع من الفضاء الغريب من عدم التفرد الكامل أبدًا.

لا أعتقد أن هناك ما يمكن تسميته مادة فيزيائية داخل الثقب الأسود. أعتقد أن الأشياء ستتصرف بشكل مختلف عن ذلك ، مثل الطبيعة الغريبة للبروتون أو الإلكترون أكثر من الطبيعة الفيزيائية للسطح ، لكن هذه مجرد أفكاري حول هذا الموضوع. بدون نظرية الكم للجاذبية ، فإن الأمر يشبه إلى حد ما نظر الأعمى إلى الخريطة. لا أحد يعرف. (طويل جدا؟)


من الشائع وصف التفرد كنقطة كثافة لا نهائية ، لكنها في الحقيقة أكثر عمومية من ذلك: إنها نوع من السلوك المرضي في مقياس الزمكان. سواء كانت التفردات ظواهر فيزيائية فعلية أو أنها توضح فقط النقطة التي لا تستطيع فيها النظرية (في هذه الحالة النسبية العامة) وصف الطبيعة ، فهي مسألة نقاش.

توضح نظرية تفرد بنروز أنه في ظل مجموعة معينة من الافتراضات المعقولة للغاية ، فإن الانهيار الثقالي لجسم مثل النجم يؤدي حتمًا إلى التفرد. لاحظ على الرغم من أن الدليل على عدم اكتمال الجيوديسية (على سبيل المثال ، تنتهي الخطوط الزمنية لبعض الأجسام السقوط الحر بشكل مفاجئ). هذا ليس (بالضرورة) هو نفسه انحناءات الانحناء الظاهرة "الكثافة اللانهائية" التي تحدث في حلول الثقب الأسود المثالية مثل مقياس شوارزشيلد.


أعتقد أن الثقوب السوداء هي فرادات بمعنى أن المادة فيها غير محددة بأنها لها أي موقع ذي معنى أو سرعات معروفة. لا أعتقد أن هذا يعني التفرد بمعنى عدم وجود نصف قطر.


هل الثقوب السوداء تفرد حقًا؟ - الفلك

إذا كان لدينا في بداية الكون تفرد ، فهل هذا يعني أن كل ثقب أسود لديه القدرة على تكوين كون كما نعرفه؟

لا. إن التفرد هو في الحقيقة مفهوم رياضي أكثر من كونه كيانًا ماديًا. صحيح أن الرياضيات التي تصف كلاً من الثقوب السوداء والانفجار العظيم تحتوي على تفردات ، لكنها غير مرتبطة. أيضًا ، الثقب الأسود كتلته أكبر بعدة مرات من شمسنا ، أو في حالة تلك الموجودة في مراكز المجرات ، بضعة ملايين شمس. من الواضح أن الكون أكبر بكثير.

تم آخر تحديث لهذه الصفحة في 27 حزيران (يونيو) 2015.

عن المؤلف

لورا سبيتلر

كانت لورا شبيتلر طالبة دراسات عليا تعمل مع البروفيسور جيم كوردس. بعد تخرجها في عام 2013 ، التحقت بزمالة ما بعد الدكتوراه في معهد ماكس بلانك في بون ، ألمانيا. تعمل في مجموعة من المشاريع التي تنطوي على تباين زمني للمصادر الراديوية ، بما في ذلك النجوم النابضة والأقزام البيضاء الثنائية و ETI. وهي مهتمة على وجه الخصوص ببناء الأدوات الرقمية وتطوير تقنيات معالجة الإشارات التي تسمح بتحديد المصادر المؤقتة وتصنيفها بسهولة أكبر.


هل يحتوي كل ثقب أسود على تفرد؟

في الكون الحقيقي ، لا تحتوي الثقوب السوداء على متفردات. بشكل عام ، التفردات هي النتيجة الرياضية غير الفيزيائية لنظرية فيزيائية معيبة. عندما يتحدث العلماء عن تفردات الثقب الأسود ، فإنهم يتحدثون عن الأخطاء التي تظهر في نظرياتنا الحالية وليس عن الأشياء الموجودة بالفعل. عندما يتحدث العلماء وغير العلماء عن التفردات كما لو كانت موجودة بالفعل ، فإنهم ببساطة يظهرون جهلهم.

التفرد هو نقطة في الفضاء حيث توجد كتلة ذات كثافة غير محدودة. هذا من شأنه أن يؤدي إلى الزمكان مع انحناء لانهائي. من المتوقع وجود التفردات في الثقوب السوداء من خلال نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، وهي نظرية حققت أداءً جيدًا بشكل ملحوظ في مطابقة النتائج التجريبية. المشكلة هي أن اللانهايات لا توجد أبدًا في العالم الحقيقي. عندما تنبثق اللانهاية من نظرية ما ، فهي ببساطة علامة على أن نظريتك أبسط من أن تتعامل مع الحالات القصوى.

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك أبسط نموذج فيزيائي يصف بدقة كيفية انتقال الموجات على وتر الغيتار. إذا كنت تقود مثل هذه السلسلة بترددها الرنان ، فإن أبسط نموذج يتنبأ بأن اهتزاز السلسلة سيزداد أضعافا مضاعفة بمرور الوقت ، حتى لو كنت تقودها برفق. الخيط يفعل هذا في الواقع. إلى حد ما. المشكلة هي أن الدالة الأسية تقترب بسرعة من اللانهاية. لذلك يتنبأ النموذج بأن وترًا للجيتار مدفوعًا بتردد الرنين الخاص به سوف يهتز بمرور الوقت عبر القمر ، ويمرر النجوم إلى ما لا نهاية ، ثم يعود مرة أخرى. هل يهتز الخيط فعلاً بلا حدود لمجرد أن النموذج يقول ذلك؟ بالطبع لا. يستقر الخيط قبل فترة طويلة من الاهتزاز مع القمر. يشير ظهور اللانهاية في النموذج إلى أن النموذج قد وصل إلى حدوده. النموذج البسيط للموجات الموجودة على الوتر يكون صحيحًا طالما أن الاهتزازات صغيرة. لتجنب اللانهاية في المعادلات ، تحتاج إلى بناء نظرية أفضل. بالنسبة لأوتار الجيتار المهتزة ، كل ما عليك فعله هو إضافة وصف إلى النموذج عند انطباق أوتار الجيتار.

كمثال آخر ، فكر في كأس زجاجي رفيع للشرب. إذا قام مغني بغناء نغمة موسيقية على النغمة الصحيحة ، يبدأ الكأس في الاهتزاز أكثر فأكثر. يتنبأ أبسط نموذج بأنه ، بمرور الوقت ، سوف يهتز الكأس بلا حدود. في الحياة الواقعية ، هذا لا يحدث. بدلاً من ذلك ، يتسبب الغناء في تحطم الكأس إلى أشلاء عندما يصبح الاهتزاز عنيفًا للغاية.

كل نظرية علمية لها حدودها. ضمن مجال صلاحيتها ، تتطابق النظرية الجيدة مع النتائج التجريبية بشكل جيد للغاية. لكن تجاوز حدود النظرية ، وتبدأ في إعطاء تنبؤات غير دقيقة أو حتى مجرد هراء. يأمل الفيزيائيون في يوم من الأيام أن يطوروا نظرية لكل شيء ليس لها حدود ودقيقة في جميع المواقف. لكن ليس لدينا ذلك بعد. حاليًا ، أفضل نظريات الفيزياء هي نظرية المجال الكمي والنسبية العامة لأينشتاين. تصف نظرية المجال الكمومي بدقة شديدة الفيزياء من حجم البشر إلى أصغر جسيم. في الوقت نفسه ، فشلت نظرية المجال الكمومي في المقياسين الكوكبي والفلكي ، وفي الواقع ، لا تقول شيئًا على الإطلاق عن الجاذبية. في المقابل ، تتنبأ النسبية العامة بدقة بتأثيرات الجاذبية والتأثيرات الأخرى على المقياس الفلكي ، لكنها لا تقول شيئًا عن الذرات أو الكهرومغناطيسية أو أي شيء على النطاق الصغير. إن استخدام النسبية العامة للتنبؤ بمدار إلكترون حول نواة ذرية سيعطيك نتائج سيئة بشكل محرج ، واستخدام نظرية المجال الكمومي للتنبؤ بمدار الأرض حول الشمس سيعطيك نتائج سيئة أيضًا. ولكن طالما أن العلماء والمهندسين يستخدمون النظرية الصحيحة في الإعداد الصحيح ، فإنهم يحصلون في الغالب على الإجابات الصحيحة في أبحاثهم وحساباتهم وتوقعاتهم.

الشيء الجيد هو أن النسبية العامة لا تتداخل كثيرًا مع نظرية المجال الكمومي. بالنسبة لمعظم حسابات النطاق الفلكي والجاذبية ، يمكنك الابتعاد باستخدام النسبية العامة فقط وتجاهل نظرية المجال الكمومي. وبالمثل ، بالنسبة للحسابات الصغيرة والكهرومغناطيسية ، يمكنك تجنب استخدام نظرية المجال الكمومي وتجاهل النسبية العامة. على سبيل المثال ، يمكنك استخدام نظرية المجال الكمي فقط لوصف ما تفعله الذرات في الشمس ، ولكن استخدم فقط النسبية العامة لوصف ما تفعله الشمس ككل. هناك العديد من الجهود جارية لتوحيد نظرية المجال الكمي والنسبية العامة باستمرار في نظرية واحدة كاملة ، ولكن لم يتم ترسيخ أي من هذه الجهود أو تأكيدها بشكل كامل من خلال التجارب. حتى تأتي نظرية ناجحة لكل شيء ، يمكن للفيزيائيين في الغالب أن يتعاملوا مع كل من النسبية العامة ونظرية الكم النسبية بطريقة خليط. يعمل هذا النهج في الغالب لأن مجالات صحة كلتا النظريتين لا تتداخل كثيرًا. لكن هذا النهج ينهار عندما ينهار جسم فلكي إلى أحجام كمومية ، وهو بالضبط ما هو الثقب الأسود.

يتشكل الثقب الأسود عندما ينفد الوقود اللازم لنجم ضخم لموازنة الجاذبية ، وينهار تحت جاذبيته إلى حجم صغير جدًا. تتنبأ النسبية العامة بأن النجم ينهار إلى نقطة صغيرة غير محدودة بكثافة لا نهائية. ولكن ، كما يجب أن يكون واضحًا الآن ، مثل هذا الوحش غير موجود حقًا في العالم الحقيقي. يشير ظهور تفرد الثقب الأسود في النسبية العامة ببساطة إلى أن النسبية العامة غير دقيقة في الأحجام الصغيرة جدًا ، وهو ما نعرفه بالفعل. أنت بحاجة إلى نظرية المجال الكمي لوصف الأشياء ذات الأحجام الصغيرة. لكن نظرية المجال الكمومي لا تتضمن تأثيرات الجاذبية ، وهي السمة الرئيسية للثقب الأسود. هذه الحقيقة تعني أننا لن نعرف بالضبط ما يحدث في الثقب الأسود حتى يتمكن العلماء بنجاح من إنشاء نظرية جديدة تصف بدقة الأحجام الصغيرة وتأثيرات الجاذبية القوية في نفس الوقت. مهما كانت النظرية الجديدة تخبرنا بها ، فمن المؤكد أنها لن تقول أن هناك فرادات في الثقوب السوداء. إذا كان الأمر كذلك ، فإن هذه النتيجة تشير ببساطة إلى أن النظرية الجديدة سيئة مثل النظرية القديمة. في الواقع ، أحد متطلبات النظرية المستقبلية لكل شيء هو أنها لا تتنبأ بالتفردات في الثقوب السوداء. بهذا المعنى ، فإن الأجزاء الداخلية للثقوب السوداء هي الحدود النهائية للفيزياء النظرية. يمكن وصف كل شيء تقريبًا في الكون بدقة (على الأقل من حيث المبدأ) باستخدام نظرياتنا الحالية.


هل يمكن أن توجد التفردات ، وبالتالي الثقوب السوداء؟

ربما ينبغي القول إن التفردات والثقوب السوداء هما وحشان مختلفان. على الرغم من أنه يتم تصورهم عادةً على أنهم مرتبطون ، فأنت لا تحتاج حقًا إلى وجود أحدهما الآخر.

# 27 نوشيز نوبلاداس

لذا ، أحب أن أفكر في الأمر على هذا النحو.

الثقوب السوداء لا تشوه الفضاء فحسب ، إنها تشوه كل شيء ، بما في ذلك الرياضيات والجذور الفيزيائية الأساسية لكل قانون فيزيائي تحاول الرياضيات وصفه.

خلال الثواني التي أعقبت الانفجار العظيم مباشرة ، كان الكون كثيفًا لدرجة أن المادة لم تستطع حتى الظهور ، وكان الجو حارًا جدًا. لم يتم تبريده بدرجة كافية حتى مرت 400000 سنة حتى أصبحت مادة الباريونيك العادية قادرة على التكون من البلازما البدائية.

النجوم النيوترونية هي من أكثر الأشياء سخونة في الكون. لكنها لا تزال "طبيعية" من حيث أنها لا تزال مهمة. كثيف جدًا = حار ، يبدو عادةً على أي حال.

لذلك هم في الواقع لا يزالون من الناحية الفنية نجوم. أو على الأقل الأجسام النجمية.

لذا ، بمعنى ما ، فإن الإشارة إلى أن الثقوب السوداء ليست حقيقية هي لأنها على مستوى حقيقي ما لم تعد موجودة في كوننا بعد الآن. فقط تأثير "بشدة" على شكل الفضاء.

لذلك أفكر في الثقوب السوداء التي تشوه الرياضيات وتضع قوانين فيزيائية فعلية إما أنها غير موجودة أو تشوهها للانحناء إلى أشكال لم نتعرف عليها ونتجاوز فهمنا لها عن طريق إزالتها إلى الأبد من وجهة نظرنا المباشرة ..

طريقة أخرى للتفكير فيها هي أنهم هناك يفصلون المادة عن بعضها إلى كواركاتهم ويبعثونها جميعًا كإشعاع صقر.

أشير في بعض الأحيان ، حتى في الخارج هنا في النعمات ، ربما لن نهرب من الثقب الأسود في مركز المجرة لأن كل شيء في هذه المجرة من المحتمل أن يلتهمه الثقب الأسود الهائل في المركز في النهاية من درب التبانة.

# 28 جو 1950

هذا حقًا تفسير رائع يا دي. أنا أقدر ذلك وجميع الردود المنشورة. لقد تعلمت بالتأكيد الكثير من هذا الموضوع. إنه عالم عجيب وغريب وكلما عرفنا أكثر ، كلما عرفنا أننا لا نعرف.

لكن فضولنا وإحراز تقدم في فهم واقعنا هي خصائص إنسانية نبيلة. نأمل أن يفوز اليوم ببعض سماتنا الأقل تدميراً.

# 29 الشفق

أنا لست خبيرا في الثقوب السوداء بأي حال من الأحوال. على الرغم من أنني أقضي الكثير من وقت فراغي في تصميم نماذج LCDM (المادة المظلمة الباردة في لامدا) وتصورها للكون باستخدام Gadget and Eagle ، وقد قمت بنصيب عادل من أعمال التصور على الثقوب السوداء للمقالات العلمية أو لأغراض العرض / الإرشاد الأخرى . مجال اهتمامي الحقيقي في الفيزياء الفلكية هو الكواكب الخارجية وخاصة الغلاف الجوي المحتمل.

إذا كان الناس يريدون جمهورًا عامًا عظيماً ، فإنني أوصي بكتب بريان غرين. بالنسبة لهؤلاء الأشخاص المتعصبين الذين يعرفون القراءة والكتابة إلى حد ما في الرياضيات ، هناك دائمًا مجلد حول كل الأشياء الجاذبية ، كتاب تشارلز ميسنر وكيب ثورنز "الجاذبية" الذي ليس قراءة خفيفة ولا حتى كتابًا خفيفًا و GT1200 صفحة. لكن.

شيء واحد يجب أن تتذكره عندما نبدأ الحديث عن الإشعاعات ، والتكوينات ، والشهية ، وما إلى ذلك ، هو أن هناك عدة أنواع مختلفة من الثقوب السوداء ، أهمها الدوران أم لا ، المشحون أم لا ، التحرير والسرد ، النشط مقابل المستقر ، المجموعات لكل واحد. تلعب مساهمة كل نوع دورًا قويًا في كيفية عمل الثقوب السوداء ، خاصة في أفق الحدث إلى الداخل وصولًا إلى التفرد.

الانحناء والمزج والوقت. هذا هو المكان الذي يصبح فيه الشيء غير تقليدي للغاية. هناك من يعتقدون أن الوقت شيء مميز وفريد ​​تمامًا مثل البعد المكاني ويمكن استخدامه للتحرك للأمام والخلف وحتى الجانب الحكيم. هيك بدون هذا الاعتقاد سيكون الخيال العلمي جزءًا صغيرًا من ظل ما هو عليه حاليًا. ثم هناك المدرسة التي أؤمن بها بشدة ، أن الوقت هو مجرد التغيير الفوري (لاحظ عدم وجود صيغة "معدل التغيير") لكل شيء ، في كل مكان. بغض النظر عن مدرستك الفكرية ، فإن الجاذبية تؤثر على الطريقة التي يعمل بها كل شيء (هذا هو المكان الذي يأتي فيه معدل التغيير) على طول الطريق إلى المستوى الكمي تمامًا. في حقول الجاذبية الأعلى ، تبدأ القوى الكهربائية العادية والقوى الأخرى التي تعمل على المستوى دون الذري في التأثير بقوة أكبر ، بالإضافة إلى ذلك ، في حين أن الجاذبية التي يصعب تصورها تعمل في جميع الاتجاهات وليس في الصفائح المستوية كما اعتدنا على التصور. تكمن أهمية ذلك في أن الضغط الداخلي يصبح حقًا متزعزعًا كلما أصبحت الجاذبية أقوى. وإذا كنت تفكر في كون يعمل في 10 أو 11 بعدًا بالإضافة إلى الجاذبية الفائقة والجاذبية التي تلتف حولها وعبرها جميعًا. آسف الماضي أن هذا قد تجاوز فهمي.

# 30 نوشيز نوبلاداس

ربما ينبغي القول إن التفردات والثقوب السوداء هما وحشان مختلفان. على الرغم من أنه يتم تصورهم عادةً على أنهم مرتبطون ، فأنت لا تحتاج حقًا إلى وجود أحدهما الآخر.

هذا صحيح ، التفردات ليست دائمًا ثقوبًا سوداء. لكن الثقب الأسود له خصوصية دائمًا.

كان الانفجار الأعظم تفردًا أيضًا.

وبالطبع فإن الجاذبية ، أو تفرد المكان / الزمان يأتي في نكهات مختلفة اعتمادًا على الدوران في الغالب ، ولكن هناك نماذج رياضية أخرى غريبة جدًا. نقطة التفرد هي ثقب أسود غير دوار. ما مدى احتمالية هؤلاء؟ ربما وحيد القرن. منذ أن تشكلت هذه الأشياء تتشكل من أجسام ضخمة كان لها بعض الدوران في البداية. بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي ، عندما تنهار إلى نجم نيوتروني بحجم مدينتهم وتدور إلى معدلات عالية للغاية. لذا فإن احتمالية وجود ثقب أسود غير دوار هناك ضئيلة للغاية كما أقول. على الرغم من أنها ليست صفرًا ، سأراهن.

وهناك فرادات خادعة في الرياضيات تشير عادةً إلى ثغرات في فهمنا ، والتي دفعت الكثير من الناس إلى اقتراح عدم وجود الثقوب السوداء. بما في ذلك أينشتاين نفسه في الواقع.

مكان رائع لبدء البحث في هذا:

"الفيزيائيون مترددون فيما إذا كان توقع التفردات يعني أنها موجودة بالفعل (أو كانت موجودة في بداية الانفجار العظيم) ، أو أن المعرفة الحالية غير كافية لوصف ما يحدث في مثل هذه الكثافة القصوى"

وهذا في المقام الأول لأن التفرد في كثير من الأحيان مجرد وهم. في الواقع ، لقد رأينا مؤخرًا فقط دليلًا يثبت وجودهم في مركز كل مجرة ​​تقريبًا في الكون ، وفي الواقع قرأت مؤخرًا عن مجموعة كروية قد تثبت وجود واحدة. ربما يفعلون جميعًا لكنهم أصغر حجمًا وأكثر هدوءًا من أبناء عمومتهم الهائلين.


التفردات

يوجد في مركز الثقب الأسود التفرد الثقالي ، نقطة أحادية البعد تحتوي على كتلة ضخمة في فضاء صغير بشكل لا نهائي ، حيث تصبح الكثافة والجاذبية لانهائية وتنحني الزمكان بلا حدود ، وحيث قوانين الفيزياء كما نعلم توقفوا عن العمل. وكما يصفها الفيزيائي الأمريكي البارز كيب ثورن ، فإن هذه هي "النقطة التي تتعطل فيها جميع قوانين الفيزياء".

تشير النظرية الحالية إلى أنه عندما يسقط جسم في ثقب أسود ويقترب من التفرد في المركز ، فإنه سوف يتمدد أو "معكرونة" بسبب التباين المتزايد في الجاذبية على أجزاء مختلفة منه ، قبل أن يفقد الأبعاد تمامًا و تختفي بشكل لا رجعة فيه في التفرد. ومع ذلك ، فإن المراقب الذي يراقب من مسافة آمنة في الخارج سيكون لديه رؤية مختلفة للحدث. وفقًا لنظرية النسبية ، سيرون الجسم يتحرك أبطأ وأبطأ عندما يقترب من الثقب الأسود حتى يتوقف تمامًا عند أفق الحدث ، ولا يسقط فعليًا في الثقب الأسود.


(انقر للحصول على نسخة أكبر)
تفرد الجاذبية مخبأ داخل ثقب أسود
(المصدر: جامعة شمال أريزونا: http://www4.nau.edu/meteorite/
نيزك / Book-GlossaryS.html)

غالبًا ما يؤخذ وجود التفرد كدليل على أن نظرية النسبية العامة قد انهارت ، وهو ما قد لا يكون غير متوقع لأنه يحدث في الظروف التي يجب أن تصبح فيها التأثيرات الكمية مهمة. من المتصور أن بعض النظريات المجمعة المستقبلية للجاذبية الكمومية (مثل البحث الحالي في الأوتار الفائقة) قد تكون قادرة على وصف الثقوب السوداء دون الحاجة إلى التفردات ، لكن مثل هذه النظرية لا تزال بعيدة عدة سنوات.

وفقًا لفرضية "الرقابة الكونية" ، تظل خصوصية الثقب الأسود مخفية وراء أفق الحدث الخاص به ، حيث تكون دائمًا محاطة بمنطقة لا تسمح للضوء بالهروب ، وبالتالي لا يمكن ملاحظتها بشكل مباشر. الاستثناء الوحيد الذي تسمح به الفرضية (المعروف باسم التفرد "العاري") هو الانفجار الكبير الأولي نفسه.

يبدو من المحتمل ، إذن ، أنه بحكم طبيعته ، لن نتمكن أبدًا من وصف أو حتى فهم التفرد في مركز الثقب الأسود. على الرغم من أنه يمكن للمراقب إرسال إشارات إلى الثقب الأسود ، فلا شيء داخل الثقب الأسود يمكنه التواصل مع أي شيء خارجه ، لذلك تبدو أسراره آمنة إلى الأبد.


محركات بلانك

هذا يعني أن الفهم الحالي للثقوب السوداء سيحتاج في النهاية إلى التحديث أو استبداله بشيء آخر يمكنه تفسير ما هو مركز الثقب الأسود.

لكن هذا لا يمنع علماء الفيزياء من المحاولة.

تستبدل إحدى النظريات حول تفردات الثقب الأسود تلك النقاط الصغيرة للغاية من المادة المضغوطة بشكل لا نهائي بشيء أكثر استساغة: نقطة صغيرة للغاية من الضغط بشكل لا يصدق شيء. هذا يسمى نواة بلانك ، لأن الفكرة تنص على أن المادة داخل الثقب الأسود مضغوطة على طول الطريق وصولاً إلى أصغر مقياس ممكن ، وهو طول بلانك ، وهو 1.6 * 10 ^ ناقص 35 مترًا.

مع نواة بلانك ، التي لن تكون & rsquot تفردًا ، لن يستضيف الثقب الأسود أفق حدث بعد الآن ولن يكون هناك مكان يتجاوز فيه الجاذبية سرعة الضوء. لكن بالنسبة للمراقبين الخارجيين ، فإن الجاذبية ستكون قوية جدًا بحيث تبدو وكأنها أفق حدث. فقط الملاحظات الحساسة للغاية ، والتي ليس لدينا التكنولوجيا اللازمة لها حتى الآن ، ستكون قادرة على معرفة الفرق.


الأنواع الأربعة للثقوب السوداء

يعتبر تصنيف الثقوب السوداء في الواقع أمرًا مباشرًا إلى حد ما بفضل حقيقة أنها تمتلك عددًا قليلاً جدًا من الصفات المستقلة. كان لدى جون ويلر طريقة ملونة لوصف هذا النقص في الخصائص. علق الفيزيائي ذات مرة بأن الثقوب السوداء & # 8216 ليس لها شعر ، & # 8217 مما يعني أنه خارج بعض الخصائص لا يمكن تمييزها بشكل أساسي. أصبح هذا التعليق خالدا باعتباره نظرية اللا شعر للثقوب السوداء.

تحتوي الثقوب السوداء على ثلاث خصائص مستقلة فقط قابلة للقياس - الكتلة والزخم الزاوي والشحنة الكهربائية. يجب أن يكون لكل الثقوب السوداء كتلة ، وهذا يعني أن هناك أربعة أنواع مختلفة فقط من الثقوب السوداء بناءً على هذه الصفات. يتم تحديد كل منها بواسطة المقياس أو الوظيفة المستخدمة لوصفها.

هذا يعني أنه يمكن تصنيف الثقوب السوداء بسهولة تامة من خلال الخصائص التي تمتلكها كما هو موضح أدناه.

ومع ذلك ، فهذه ليست الطريقة الأكثر شيوعًا أو الأنسب لتصنيف الثقوب السوداء. نظرًا لأن الكتلة هي الخاصية الوحيدة المشتركة بين جميع الثقوب السوداء ، فإن الطريقة الأكثر مباشرة والطبيعية لإدراجها هي من خلال كتلتها. تم تحديد فئات الكتلة هذه بشكل غير كامل ، وحتى الآن لم يتم اكتشاف الثقوب السوداء في بعض الفئات & # 8211 خاصة الثقوب السوداء المتوسطة & # 8211.

Cosmologists believe that the majority of black holes are rotating and non-charged Kerr black holes. And the study of these spacetime events reveals a phenomenon that perfectly exemplifies their power and influence on spacetime.


What is the difference between black hole singularity and big bang singularity?

The Big Bang singularity is a point of zero volume, but very high mass, which makes the density infinite. This singularity contained all of the matter and energy in the Universe. The initial moment of the cyclopean explosion very well remains a mystery ' however, astronomers and physicists believe that after the tiniest fraction of a second, the strong nuclear force and the electromagnetic force separated, which probably caused the Universe to begin inflating. The Big Bang itself created space, time, and all of the matter and energy we know today. Black hole singularities are created after the core of a very massive star collapses beyond an imaginary sphere called the event horizon. Since these singularities are infinitesimally small, they possess infinite density. The differences are that black hole singularities, of course, do not contain all of the matter and energy in the Universe because there are so many of them. There was only one Big Bang singularity, and it contained the whole Universe. Another difference is that space and time were born from the Big Bang singularity, and black holes actually stretches out space to the point where it probably rips the fabric of space-time, and ends time altogether. According to Stephen W. Hawking, singularities either occur entirely in the future or entirely in the past. In this case, black hole singularities always lie in the future (if you were to go near one, your time will come to an end), and the Big Bang singularity always lie in the past (if you were able to rewind time, galaxies will become closer together, eventually coming together at a point).
Answered by: Joel Novicio, Undergraduate Physics Student, South San Francisco

Depends on which type of black hole you consider. If you consider a simple non-rotating black hole, I can't really think of a difference between the singularities (other than the fact that one exists within the universe whereas the other 'was the universe' - but this is irrelevant). In both cases the singularity was a single point where the curvature of space time are infinite. It is believed that at this point the general theory of relativity (almost universally accepted as 'the' accurate description of gravity) ceases to hold true. The singularity of a rotating black hole is essentially the same except that it exists in a ring (thus the name ring singularity). The consequences of a rotating black hole (if they exist - we have no direct proof that any type of black holes exist) however, are very different from non-rotating ones.
Answered by: K Shaban, CS/Physics Student, Carnegie Mellon

A black hole singularity is the dimensionless point where all matter pulled into the back hole is concentrated. It has infinite density and therefore does not exist within space-time as it is the point of infinite curvature of space-time. The big bang singularity is where all the mass of the universe used to be concentrated. It had all of the properties of a black hole singularity but from it 'grew' space time and matter was released into this space as the fundamental particles of very high energy. This is the big bang. Therefore, the main difference is that a black hole singularity is the end of space time (and pulls matter in) and the big bang singularity is the beginning of space time (where matter and space were made 'real').
Answered by: Martin Archer, Physics A Level Student, Surrey, UK

'What a wonderful and amazing scheme have we here of the magnificent vastness of the Universe! So many Suns, so many Earths . '


Are black holes really singularities? - الفلك

Reading astronomy books, I've come up with the word "singularity" a lot, but I can't figure out what it exactly means.

A singularity means a point where some property is infinite. For example, at the center of a black hole, according to classical theory, the density is infinite (because a finite mass is compressed to a zero volume). Hence it is a singularity. Similarly, if you extrapolate the properties of the universe to the instant of the Big Bang, you will find that both the density and the temperature go to infinity, and so that also is a singularity. It must be stated that these come due to the breaking down of the classical theory. As yet, there is no theory of quantum gravity, but it is entirely possible that the singularities may be avoided with a theory of quantum gravity.

This page was last updated June 27, 2015

عن المؤلف

Jagadheep D. Pandian

Jagadheep built a new receiver for the Arecibo radio telescope that works between 6 and 8 GHz. He studies 6.7 GHz methanol masers in our Galaxy. These masers occur at sites where massive stars are being born. He got his Ph.D from Cornell in January 2007 and was a postdoctoral fellow at the Max Planck Insitute for Radio Astronomy in Germany. After that, he worked at the Institute for Astronomy at the University of Hawaii as the Submillimeter Postdoctoral Fellow. Jagadheep is currently at the Indian Institute of Space Scence and Technology.


3 Answers 3

A popular assumption about black holes is that their gravity grows beyond any limit so it beats all repulsive forces and the matter collapses into a singularity. [. ] Is there any evidence for this assumption?

It's not an assumption, it's a calculation plus a theorem, the Penrose singularity theorem.

The calculation is the Tolman-Oppenheimer-Volkoff limit on the mass of a neutron star, which is about 1.5 to 3 solar masses. There is quite a big range of uncertainty because of uncertainties about the nuclear physics involved under these extreme conditions, but it's not really in doubt that there is such a limit and that it's in this neighborhood. It's conceivable that there are stable objects that are more compact than a neutron star but are not black holes. There are various speculative ideas -- black stars, gravastars, quark stars, boson stars, Q-balls, and electroweak stars. However, all of these forms of matter would also have some limiting mass before they would collapse as well, and observational evidence is that stars with masses of about 3-20 solar masses really do collapse to the point where they can't be any stable form of matter.

The Penrose singularity theorem says that once an object collapses past a certain point, a singularity has to form. Technically, it says that if you have something called a trapped lightlike surface, there has to be a singularity somewhere in the spacetime. This theorem is important because mass limits like the Tolman-Oppenheimer-Volkoff limit assume static equilibrium. In a dynamical system like a globular cluster, the generic situation in Newtonian gravity is that things don't collapse in the center. They tend to swing past, the same way a comet swings past the sun, and in fact there is an angular momentum barrier that makes collapse to a point impossible. The Penrose singularity theorem tells us that general relativity behaves qualitatively differently from Newtonian gravity for strong gravitational fields, and collapse to a singularity is in some sense a generic outcome. The singularity theorem also tells us that we can't just keep on discovering more and more dense forms of stable matter beyond a certain density, a trapped lightlike surface forms, and then it's guaranteed to form a singularity.

Why can't some black holes be just bigger neutron stars with bigger gravity with no substantial difference except for preventing light to escape?

This question amounts to asking why we can't have a black-hole event horizon without a singularity. This is ruled out by the black hole no-hair theorems, assuming that the resulting system settles down at some point (technically the assumption is that the spacetime is stationary). Basically, the no-hair theorems say that if an object has a certain type of event horizon, and if it's settled down, it has to be a black hole, and can differ from other black holes in only three ways: its mass, angular momentum, and electric charge. These well-classified types all have singularities.

Of course these theorems are proved within general relativity. In a theory of quantum gravity, probably something else happens when the collapse reaches the Planck scale.

Observationally, we see objects such as Sagittarius A* that don't emit their own light, have big masses, and are far too compact to be any stable form of matter with that mass. This strongly supports the validity of the above calculations and theorems. Even stronger support will come if we can directly image Sagittarius A* with enough magnification to resolve its event horizon. This may happen within 10 years or so.


شاهد الفيديو: ما لا تعرفه عن الثقوب السوداء مصانع النجوم ومقابرها (شهر فبراير 2023).