سیاهچالهها
سیاهچاله ناحیهای از فضا-زمان است که به قدری خمیده شده که هیچ چیز، حتی نور، نمیتواند از درون افق رویداد آن بگریزد؛ سیاهچالهها از برجستهترین پیشبینیهای نسبیت عام هستند و اکنون به طور مستقیم مشاهده میشوند.
Definition
سیاهچاله ناحیهای از فضا-زمان است که توسط افق رویداد، یک سطح یکطرفه که از درون آن هیچ سیگنالی نمیتواند به ناظران دوردست برسد، محدود شده است. این ناحیه زمانی شکل میگیرد که ماده در شعاع شوارتزشیلد خود فشرده شود و در حالت تعادل تنها با جرم، تکانه زاویهای و بار الکتریکی مشخص میشود.
Scope
این حوزه شامل تعریف و ساختار سیاهچالهها: افقهای رویداد و تکینگیهایی که در بر میگیرند، قضایای بیمویی که یک سیاهچاله پایدار را به جرم، بار و چرخش تقلیل میدهند، هندسههای چرخان کِر و رایشز-نوردشتروم باردار، قوانین مکانیک سیاهچاله و تفسیر ترمودینامیکی آنها شامل تابش هاوکینگ، و رمبش گرانشی که سیاهچالهها را تشکیل میدهد، میشود.
Sub-topics
Core questions
- افق رویداد چیست و چه چیزی فراتر از آن قرار دارد؟
- چرا یک سیاهچاله پایدار تنها با سه عدد توصیف میشود؟
- چگونه اثرات کوانتومی باعث تابش و داشتن آنتروپی در سیاهچالهها میشوند؟
- چگونه سیاهچالههای اخترفیزیکی از طریق رمبش گرانشی تشکیل میشوند؟
Key concepts
- افق رویداد
- تکینگی
- قضیه بیمویی
- آنتروپی سیاهچاله
- تابش هاوکینگ
- رمبش گرانشی
Key theories
- قضیه بیمویی
- یک سیاهچاله پایدار در نسبیت عام به طور کامل توسط جرم، تکانه زاویهای و بار الکتریکی آن مشخص میشود، به طوری که تمام جزئیات دیگر مادهای که آن را تشکیل داده است، پشت افق از بین میرود.
- قضایای تکینگی
- پنروز و هاوکینگ ثابت کردند که تحت شرایط معقول انرژی و علیت، رمبش گرانشی و جهان اولیه باید تکینگیهای فضا-زمان را تولید کنند، و بدین ترتیب نشان دادند که تکینگیها ویژگیهای عمومی نسبیت عام هستند نه مصنوعات تقارن.
- تابش هاوکینگ
- نظریه میدان کوانتومی در نزدیکی یک افق پیشبینی میکند که یک سیاهچاله تابش گرمایی با دمایی متناسب با معکوس جرم خود ساطع میکند، به طوری که سیاهچالهها به آرامی تبخیر میشوند و گرانش، نظریه کوانتومی و ترمودینامیک را به هم پیوند میدهند.
Clinical relevance
سیاهچالهها در اخترفیزیک مدرن نقش محوری دارند: سیاهچالههای ستارهای از رمبش ستارگان پرجرم تشکیل میشوند و دوتاییهای پرتو ایکس را تغذیه میکنند، سیاهچالههای کلانجرم کهکشانها را لنگر میاندازند و هستههای فعال کهکشانی را به حرکت درمیآورند، و ادغام سیاهچالهها تاکنون پرصداترین منابع امواج گرانشی شناسایی شدهاند.
History
سیاهچالهها که به طور ضمنی در راهحل شوارتزشیلد در سال ۱۹۱۶ وجود داشتند، مدتها غیرفیزیکی تلقی میشدند تا اینکه اوپنهایمر و اسنایدر در سال ۱۹۳۹ رمبش را مدلسازی کردند؛ قضیه تکینگی پنروز در سال ۱۹۶۵، نامگذاری «سیاهچاله» توسط ویلر، نتایج بیمویی، و کشف ترمودینامیک سیاهچاله توسط بکناشتاین و هاوکینگ در دهه ۱۹۷۰، آنها را به عنوان اجرام مرکزی تثبیت کرد که بعدها با مشاهدات امواج گرانشی و تلسکوپ افق رویداد تأیید شد.
Debates
- پارادوکس اطلاعات
- محاسبات هاوکینگ نشان داد که یک سیاهچاله در حال تبخیر اطلاعات را از بین میبرد، که با یکانیت مکانیک کوانتومی در تضاد است؛ آشتی دادن این دو، از طریق هولوگرافی، دیوارهای آتشین، یا همبستگیهای ظریف در تابش، یک مسئله فعال و حلنشده باقی مانده است.
Key figures
- Roger Penrose
- Stephen Hawking
- Jacob Bekenstein
- John Wheeler
- Roy Kerr
Related topics
Seminal works
- penrose1965
- hawking1975
Frequently asked questions
- آیا میتوانید آنچه را که در داخل یک سیاهچاله اتفاق میافتد، ببینید؟
- از بیرون خیر: افق رویداد از رسیدن هر سیگنالی از داخل به ناظران دوردست جلوگیری میکند، بنابراین داخل به طور علّی قطع ارتباط است؛ یک ناظر که به داخل سقوط میکند میتواند اصولاً آن را بررسی کند اما هرگز نمیتواند اطلاعاتی را از آن سوی افق گزارش دهد.
- آیا سیاهچالهها برای همیشه باقی میمانند؟
- به طور کلاسیک بله، اما تابش هاوکینگ باعث میشود که آنها جرم خود را از دست داده و در نهایت تبخیر شوند؛ مقیاس زمانی برای سیاهچالههای ستارهای و بزرگتر به طور نجومی طولانی است، بنابراین سیاهچالههای اخترفیزیکی در هر مقیاس زمانی انسانی یا کیهانی که تاکنون در نظر گرفته شده است، عملاً دائمی هستند.