حجم سیاهچاله

[Fantoom121]

در سال گذشته در سایت پارس اسکای مقالات نسبتا" زیادی در رابطه سیاهچاله در اختیار بینندگان محترم سایت قرار داده شد که این اجرام جالب را از منظری جالب بررسی می کرد . مثلا" یک سیاهچاله ها از منظر نظریه ی سی . پی . اچ مورد بررسی قرار گرفت که آقای حسین جوادی در این مقالات این موضوع را با جذابیت خاص خود توضیح داده بودند . در حد اندکی نیز به سیاهچاله در باب نظریه ی ریسمان پرداخته شد . مجموعه مقالات حفره ی سیاه نوشته نویسنده ی بسیار خوب این سایت آقای امین محمود نژاد به چاپ رسید که سیاهچاله را از حیث اسپین و فوران های خروجی و ... مورد بررسی قرار داد . پس در این مقاله برای جلوگیری از کلیشه ای شدن موضوع در رابطه با سیاهچاله توضیح نمی دهیم و سعی می کنیم تا اصل موضوع این مقاله را مورد بررسی قرار دهیم . به خوانندگان محترم توصیه می شود تا برای به دست آوردن اطلاعات بیشتر به مقالات موجود مراجعه فرمایند

در متریک شوارتز شیلد که ریشه ی اصلی آن نسبیت عام است این موضوع آمده است که یک جسم سماوی که امروزه ما آن را سیاهچاله می نامیم می تواند تا حجم صفر فشرده شود . یعنی یک جسم با جرم بیش از سه برابر خورشید پس از متلاشی شدن می تواند تا حجم صفر فشرده شود . به همین دلیل در مقالات آمده است سیاهچاله سطح ندارد و چگالی آن بی نهایت است . زیرا همانطور که می دانیم صفر در مخرج کسر معنا ندارد و آن را تعریف نشده یا بی نهایت فرض می کنند . تنها در این صورت است که می توانیم بی نهایت بودن چگالی سیاهچاله را توجیه کنیم . در این شرایط فضا ? زمان به شدت تحریف می شود و گرانش بسیار شدید می شود . این موضوع در نسبیت عام آمده و پذیرفته نیز شده است . اما موضوع این است که این سخن با عقل سلیم مغایرت دارد ؛ چگونه ممکن است جسمی حجم صفر داشته باشد ؟ جالب اینجا است که ما می خوانیم با کسب جرم توسط سیاهچاله فشرده می شود . آیا این حرف درست است ؟

بیایید موضوع را از منظر تابش هاوکینگ بررسی کنیم . می دانیم که تابش هاوکینگ حاصل کارهای ریاضیدان بزرگ استیون هاوکینگ است . خلاصه این تابش را می توانیم به این صورت بنویسیم . آنتروپی در سیاهچاله برابر سطح افق رویداد است . همانطور که می دانیم آنتروپی لگاریتم حالت کوانتومی ذره است . بی نظمی با گذشت زمان توسعه می یابد ، این قانون دوم ترمودینامیک است که با توجه به آن آنتروپی شرح داده می شود . با توجه به این که سیاهچاله آنتروپی دارد و در آن آنتروپی با افزایش جرم افزایش می یابد ، زیرا سطح افق رویداد در حال گسترش است . با توجه به مکانیک کوانتومی می توانیم این نتیجه را بگیریم هر جسمی دارای آنتروپی است دما دارد و هر جسمی دما دارد تابش دارد . پس سیاهچاله دما دارد در نتیجه تابش نیز دارد . این تابش همان تابش جسم سیاه است که بر طبق قوانین بولتزمان محاسبه می شود . این دما از رابطه ی زیر محاسبه می شود . با توجه به این فرمول دمای سیاهچاله قابل محاسبه است . هر چند که اندک است زیرا با افزایش جرم و بزرگتر شدن سیاهچاله دما کمتر در نتیجه تابش کمتر می شود . دماها همیشه در مقیاس های کسری بسیار کوچک در بالای صفر مطلق است. با این وجود سیاهچاله جرم دارد. حال یک نمودار خطی انتزاعی را تصور کنید که جهت عمودی آن را حجم و جهت افقی آن را دما تشکیل می دهد . این نمودار را برای یک نمونه ی گاز تصور کنید . بدیهی است که با افزایش دما حجم افزایش می یابد و با کاهش دما حجم افزایش می یابد . از طرفی لرد کلوین به ما گفت که پائین ترین دمای ممکن صفر مطلق است . از سوی برای ما دسترسی به این دما ممکن نیست . زیرا هر چه دما کاهش یابد حجم کاهش می یابد پس می توان نتیجه گرفت هرگاه دما به صفر مطلق رسید حجم صفر می شود . این موضوع را با یک برون یابی ساده بر روی نمودار قابل مشاهده است . هنوز برای ما روشن نیست که در آن زمان آیا کوارک ها در ساختمان نوکلئونها دوام خواهند آورد یا نه و یا اینکه حالت الکترون ها در اوربیتال ها چه خواهد بود ؟ پس در صفر مطلق حجم صفر است . در کیهان نقاطی با دمای یک درجه بالای صفر مطلق شناسایی شده است اما این دما تا کنون مشاهده نشده است

حال یک سیاهچاله را به یاد آورید ما این موضوع را با توجه به تابش هاوکینگ شرح دادیم که سیاهچاله دما دارد ، هر چند که اندک است اما باز هم دما دارد . وقتی که جسمی دارای دما باشد هیچگاه حجمش برابر صفر نخواهد بود . این یکی از استدلالات انتزاعی است که می توان با توجه به آن حجم سیاهچاله را شرح داد . اما ما نمی دانیم که این استدلال برای سیاهچاله نیز صق می کند . زیرا در سیاهچاله در هنگام فروریزی ساختارهای بنیادی ماده نابود می شوند . شاید این موضوع برای سیاهچاله صدق نکند .اما بد نیست بدانیم که آیا نظریات دیگر نیز این موضوع را قبول دارند یا نه؟

همانطور که گفتیم نظریه سی. پی. اچ. نیز از منظری دیگر این موضوع بررسی می کند .

CPH Theory

گفتیم این موضوع یعنی حجم صفر با عقل سلیم تناظر چندانی ندارد . نظریه ی سی . پی . اچ می گوید که این موضوع با اینکه در نسبیت عام آمده است دارای تداخل با آنچه می دانیم است به همین جهت این نظریه به شرح این موضوع اسپین سی . پی . اچ ها را مطرح ساخته و با توجه به آن این موضوع را شرح می دهد

همانطور که می دانیم نظریه ی سی . پی . اچ نظریه است که ساختار تمام مواد را با توجه به ذراتی بنیادی به نام سی . پی اچ شرح می دهد

هر چند که ما در این مقاله موضوع حجم سیاهچاله را بررسی کردیم اما باید بدانیم از حجم صفر سیاهچاله نظریه ی نسبیت عام و محاسبات دقیق شوارتز شیلد پشتیبانی می کند . با این وجود شاید در آینده ای نزدیک این موضوع که حجم سیاهچاله صفر است با نظریه های خلاقانه ی دانشمندان و ایرانیان خلاق رد شود . اما تا کنون چنین چیزی پای به عرصه نگذاشته است . هرچند که بد نیست بدانیم که امروزه با حل معادلات دیفرانسیل این موضوع مشخص شده است که سیاهچاله بالاخره در جایی از فشرده شدن باز خواهد ایستاد اما ما در این مقاله به دلیل پیچیدگی خاص آن معادلات آن را نمی آوریم . زیرا باعث سردرگمی خوانندگان محترم خواهد شد