متریک گرانشی سیاه چاله

محاسبه متریک گرانشی سیاه چاله ( جرم نوترونی )

نسبیت عام و سیاه چاله ها :

یکی از نخستین حل‌های معادله میدان انیشتین را فیزیکدان منجمی به نام کارل شوارتس شیلد به دست آورد . شوارتس شیلد متریک اطراف یک کره ، مثلا اطراف یک ستاره را بدست آورد . این متریک که امروزه متریک شوارتس شیلد نام دارد ، خاصیت بسیار عجیبی دارد ، اگر شعاع ستاره از حدی کوچکتر شود ، دیگر حتی نور هم نمیتواند از آن بگریزد . در این حالت ستاره به شیء عجیبی تبدیل می‌شود که سیاه چاله نام دارد . درک فیزیک سیاه چاله ها یکی از چالش‌هایی است که فیزیکدانان بیش از نیم قرن است با آن دست و پنجه نرم می‌کنند . امروزه تقریبا اکثر فیزیکدانان فعال اعتقاد دارند که در دنیا ، از جمله در مرکز کهکشان راه شیری سیاه چاله وجود دارد .

تاریخچه سیاه چاله ها :

پس از آنکه مکانیک نیوتنی تحت عنوان مکانیک آسمانی در شناخت جهان مورد استفاده قرار گرفت ، یکی از موارد مورد توجه سیاه چاله ها بود . نخستین بار در سال 1784 جان میشل طی یک مقاله سرعت فرار را با اطلاعات آن روز محاسبه کرد و اظهار داشت که اگر گرانش چنان قوی باشد که سرعت فرار در آنجا بیش از سرعت نور باشد ؛ نور نمیتواند از آنجا بگریزد . البته در آن زمان به طور تقریبی سرعت نور را می‌دانستند ولی حد سرعت ، سرعت نور نبود . زیرا در مکانیک نیوتنی سرعت نامتناهی قابل قبول بود . در سال 1796 لاپلاس همان نظریه جان میشل را دوباره مطرح کرد . در اواخر قرن نوزدهم سرعت نور کاملا معلوم و اندازه گیری شده بود . در سال 1915 انیشتین نظریه نسبیت عام را مطرح کرد و نشان داد که گرانش روی نور اثر دارد . چند ماه بعد کارل شوارتس شیلد با حل معادله میدان انیشتین برای یک جرم نقطه‌ای ، اظهار داشت که از دیدگاه نظری ، سیاه چاله ها وجود دارند . شعاعی که نور نمی‌تواند از آنجا خارج شود به نام شعاع شوارتس شیلد شناخته میشود . چند ماه بعد از شوارتس شیلد ، یکی از دانشجویان لورنتس به نام ژوهانس دروست ، به همان نتایج شوارتس شیلد رسید .

در 1920 چاندرازخار که از شاگردان ادینگتون بود ، نشان داد که اگر سرعت فرار بخواهد بیش از سرعت نور باشد ، جرم جسم باید حداقل 1.44 برابر جرم خورشید باشد . این عدد امروزه به عنوان حد چاندرازخار شناخته می‌شود . ادینگتون با دست آورد وی مخالف کرد و آن را نادرست خواند . در 1939 اپنهایمر به اتفاق شاگرد خود اسنایدر پیش بینی کردند که یک ستاره پر جرم در اثر گرانش فرو می‌ریزد و به سیاه چاله تبدیل می‌شود . هم زمان با آغاز جنگ جهانی دوم ، مسئله سیاه چاله ها به فراموشی سپرده شد . در دهه 1960 دوباره نظریه سیاه چاله ها و راه حل شوارتس شیلد و فروپاشی گرانشی مورد توجه فیزیکدانان قرار گرفت .

شعاع شوارتس شیلد :

شعاع شوارتس شیلد را میتوان با استفاده از رابطه سرعت فرار بدست آورد . توضیحات کاملی در مورد سرعت فرار در مبحث نظریه انفجار بزرگ محال است ارایه شده و روابط آن از قرار زیر است :

اگر انرژی پتانسیل گرانشی یک دستگاه شامل دو جسم در فاصله بی نهایت را برابر صفر در نظر بگیریم به راحتی می توان اثبات کرد که :

که در این رابطه U انرژی پتانسیل ، M جرم زمین ، m جرم گلوله ، G ثابت جهانی گرانش و r فاصله مرکز زمین تا مرکز گلوله است . با توجه به مطالب گفته شده در بالا می توان گفت که :

K انرژی جنبشی و Vesc سرعت فرار گلوله میباشد .

برای آنکه نور نتواند از سطح یک جسم بگریزد ، باید در رابطه فوق سرعت فرار در آنجا برابر سرعت نور شود . چنین جسمی که مانع فرار نور میشود ، قابل رویت نیست و آن را سیاه چاله می‌نامند . شوارتس شیلد با استفاده از نسبیت عام ، شعاع یک سیاه چاله را محاسبه کرد و به صورت زیر ارایه داد :

که در آن r شعاع شوارتس شیلد و c سرعت نور میباشد . سیاه چاله ها مثل گرداب عمل می‌کنند . هر جرم یا انرژی که به یک سیاه چاله نزدیک شود ، در داخل فاصله معینی که افق رویداد آن خوانده می‌شود ، به طور مقاومت ناپذیری به درون سیاه چاله کشیده میشود . سیاه چاله ماده را به سمت خود می‌کشد و منقبض می‌کند ، تا آنکه ماده به کلی تجزیه و جز پیکره سیاه چاله شود .

نوری که از اطراف یک سیاه چاله عبور می‌کند ، اگر به افق رویداد نرسد ، روی مسیری منحنی شکل از کنار آن می‌گذرد . اگر به افق رویداد برسد ، در سیاه چاله سقوط می‌کند و سیاه چاله را سیاه و بنابراین نامریی می‌کند .

موج یا امواج گرانشی :

گرانش یکی از چهار نیروی اساسی طبیعت فرض میشود که ماهیت عمل آن نظیر سایر نیروهاست ، با این تفاوت که بسیار ضعیف تر از آنهاست . نخستین نیرویی که به طور جدی مورد توجه قرار گرفت گرانش است . طبق قانون جهانی گرانش که نیوتن کاشف آن است ، هرگاه دو جسم در فاصله‌ای از یکدیگر قرار گیرند ، نیرویی بر هم وارد می‌کنند که با حاصل ضرب جرم دو جسم متناسب و با مجذور فاصله نسبت عکس دارد . این نیرو خاصیت ذاتی ماده است و تجربه نشان داده مستقل از خواص فیزیکی ، شیمیایی و محیطی همواره اعمال می‌گردد . برد این نیرو بینهایت است . بسیاری از فیزیکدانان از جمله فارادی و پلانک اعتقاد داشتند که نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی تشابه بسیار زیادی به یکدیگر دارند و احتمالاً رابطه مشابهی نظیر آنچه که بین نیروهای الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد ، بین گرانش و نیروی الکترومغناطیسی نیز وجود دارد . آلبرت انیشتین نیز تلاش بسیار کرد که این دو نیرو را در یک نیروی اولیه خلاصه کند ، اما موفق نشد . البته در زمان انیشتین نیروهای مهم و مطرح همین دو نیروی گرانشی و الکترومغناطیسی بود .

نظریه نسبیت عام که گرانش را به منزله انحنای فضا - زمان چهار بعدی مطرح می کند ، انواعی از پدیده‌های غیر عادی را پیش بینی می کند . بنابر نسبیت عام هر جسمی که جرم داشته باشد موجب می‌گردد که فضای اطراف آن خمیده شود . هر زمان که این جسم حرکت کند ، این انحنا با صورت بندی جدید ماده ، متناسب می گردد . این تنظیم فضا - زمان با وضعیت متغیر مکانی ماده موجب می شود که امواج گرانشی با سرعت نور در فضا منتشر شود . در نتیجه هر جسم متحرکی از خود تشعشعات گرانشی منتشر می کند .

امواج گرانشی نسبت به سایر نیروها فوق‌العاده ضعیف است . برای مشاهده ضعیف بودن امواج گرانشی نسبت به امواج الکترومغناطیسی کافیست قانون گرانش و قانون کولن را برای دو الکترون بکار برید . خواهید دید که امواج الکترومغناطیسی تقریباً ده بتوان چهل مرتبه از امواج گرانشی قوی تر است .

وقتی امواج الکترومغناطیسی به ماده برخورد می کنند ، فقط ذرات باردار را تکان می دهند . ولی امواج گرانشی موجب میشوند که تمام ذرات ماده تحت تاثیر قرار گیرند . همچنین به دلیل آنکه امواج الکترومغناطیسی بسیار قوی تر از امواج گرانشی است ( تقریباً ده بتوان چهل بار ) هنگام عبور امواج به همین نسبت نیز ذراتی که در مسیر آنها هستند تحت تاثیر قرار می گیرند .

در دهه 1960 ژوزف وبر از دانشگاه مریلند ترتیبی داد تا امواج گرانشی را آشکار سازد . آنتنی که وبر برای آشکار ساختن امواج گرانشی ساخت استوانه‌ای آلومینیمی بود به قطر 60 سانتیمتر و طول 1.5 متر که وزن آن بیش از یک تن بود . این استوانه توسط سیمی که در وسط آن به دور استوانه پیچیده شده بود در یک محفظه خلا به طور معلق قرار داشت . همچنین این محفظه به وسیله سیستمی از کمک فنرها از جهان خارج جدا شده بود . وقتی یک موج گرانشی از درون استوانه عبور میکرد فشارهایی به وجود می آورد . وبر برای آشکار کردن نوسانات حاصل ، تعدادی کریستال پیزوالکتریک بر روی سطح استوانه نصب کرد . این کریستالها نوسانات را به جریان‌های الکتریکی ضعیفی مبدل می کنند . سپس این جریان‌ها تقویت و ثبت می شوند . یک چنین استوانه آلومینیمی به دلیل وجود تاثیرات گرمایی همواره در حال نوسان خواهد بود . برای غلبه بر این مشکل صافیهایی الکترونیکی در سیستم نصب شده تا تمام نوسانات را به استثنای بزرگترین آنها حذف کند . علاوه بر این وبر دو عدد از این آنتن‌ها را یکی در دانشگاه مریلند در نزدیکی واشنگتن و دیگری را در آزمایشگاه ملی ارگون خارج از شیکاگو نصب کرد . این دو آنتن بوسیله خطوط تلفن به نحوی به هم وصل بودند که نوسانات بزرگ آنی که در هر دو ایستگاه رخ می داد ، به سرعت ثبت می کردند . در سال 1969 وبر با اعلام این خبر که امواج گرانشی را به طور موفقیت آمیزی آشکار کرده فیزیکدانان را متحیر کرد . هر روزه حداقل یک نوسان بزرگ ثبت می شد و نشان می داد که یک موج گرانشی به زمین برخورد می کند . با این وجود بسیاری از دانشمندان نسبت به درستی نتایج آزمایش وبر مشکوک هستند . هرچند که هیچ کس نتوانسته نشان دهد که کدام قسمت از نتایج آزمایش وبر نادرست است .

نحوه عملکرد امواج گرانشی بر ذرات باردار و بدون بار چنین بنظر میرسد : زمانیکه یک موج گرانشی از یک جسم عبور میکند ، ممکن است جهت نوسان ذرات عمود بر جهت انتشار موج گرانشی باشد ، ولی در این حالت ذرات نسبت به یکدیگر حرکت نسبی دارند و ذرات بطور یکسان و یکپارچه و باهم ارتعاش نمی کنند . بطور مثال اگر امواج گرانشی از یک لوله استوانه‌ای عبور کنند و ما سطح مقطع دایره‌ای آنرا ناظر باشیم ، مشاهده خواهیم کرد که ذرات سمت چپ و راست از مرکز دایره دور میشوند و در همان لحظه ذرات بالا و پائین به مرکز دایره نزدیک میشوند و لحظه‌ای بعد ، این وضعیت بر عکس میشود . نمونه کیهانی این تحولات گرانشی ، لحظه انفجار ستارگان بسیار عظیم است که جرمشان هزاران مرتبه از خورشید ما بزرگتر است و امواج گرانشی حاصل از انفجار ، بهنگام عبور از منظومه شمسی ، موجب نوسان ماه و زمین به عقب و جلو میشوند .

اشکالات امواج گرانشی در نسبیت عام :

1- همچنانکه می دانیم در نسبیت عام ، گرانش اثر هندسی ماده بر فضای اطرافش میباشد و آنرا انحنای فضا - زمان می نامند که کمیتی پیوسته است . با حرکت جسم میزان انحنای فضا - زمان نیز تغییر می کند . اگر فرض کنیم که امواج گرانشی نیز کمیتی پیوسته است آنگاه با مکانیک کوانتوم ناسازگار خواهد بود . یعنی از چهار نیروی اساسی سه تای آنها کوانتومی و یکی پیوسته است . اگر فرض کنیم که امواج گرانشی نیز کوانتومی است که در این صورت فضا - زمان با امواج گرانشی که نسبیت خود بانی است ناسازگار خواهد بود .

"‌ اخترشناسان به تازگی از پیشرفت‌های رصدی و نظری درباره فاجعه بارترین واقعه در عالم ، پس از مهبانگ ، خبر دادند یعنی :

ادغام سیاهچاله های ابر پر جرم . این برخوردهای عظیم باید در مدت کوتاهی ، 23^10 برابر خورشید انرژی آزاد کنند ، که همه این انرژی به شکل امواج نامریی گرانشی است ؛ امواجی در انحنای فضا ـ زمان که در نسبیت عام انیشتین هم پیش بینی شده ، اما هنوز بطور قطع شناخته نشده‌اند .

اخترشناسان سالهاست که میدانند ابر سیاهچاله ها ، با جرمی معادل چند میلیون تا چند میلیارد برابر جرم خورشید ، در مرکز کهکشانهای بزرگ مخفی شده‌اند . این هیولاها به تحول کهکشانها نظم می بخشند . وقتی دو کهکشان با هم ادغام می شوند ، سیاهچاله های ابر پر جرم باید در عرض چند صد میلیون سال در مداری به گرد هم قفل شوند .

این جفت چرخان به دور هم ، ستاره های نزدیک را پراکنده می کنند . به این فرآیند که آنها را نزدیکتر به هم می کشاند ، اصطکاک دینامیکی می گویند . اگر این دو به فاصله یک هزارم سال نوری از هم برسند آنچنان با حرکت خود ساختار فضا ـ زمان را در هم می پیچند که با گسیل امواج گرانشی و از دست رفتن انرژی ، مطابق اصل بقای تکانه انرژی ، امواج گرانشی قدرتمندی را ساطع می کنند . مدارهایشان جمع تر می شود و سرانجام آنقدر به دور هم می گردند تا تبدیل به یک سیاهچاله شوند . اما چنین رخدادی چقدر معمول است ؟

اخترشناسان ، برای یافتن پاسخ این پرسش ، باید سیاهچاله های دوتایی با جدایی کم را پیدا کنند . اخترشناسان دانشگاه نیومکزیکو در گزارش اخیر خود خبر کشف احتمالی به هم چسبیده ترین جفت سیاهچاله ها را اعلام کردند . این دو سیاهچاله ، دو منبع رادیویی درخشان در نزدیکی مرکز کهکشان 0402+379 در صورت فلکی برساوش اند .

اخترشناسان با استفاده از آرایه با خط مبنای بسیار بلند (VLBA) ـ شبکه‌ای از 10 تلسکوپ رادیویی که در خطی به طول 8000 کیلومتر از هاوایی تا شرقی ترین جزایر دریایی کارایب گسترده‌اند ، جدایی زاویه‌ای این زوج را فقط 6.9 میلی ثانیه قوس بدست آوردند ، که با توجه به فاصله 750 میلیون سال نوری این جفت از ما ، فاصله آن دو از هم 24 سال نوری به دست می‌آید . این عدد 100 بار کمتر از جدایی بین جفت سیاهچاله هایی است که پیش از این کشف شده بود .

طیفهایی با تفکیک کم که به کمک تلسکوپ هابی ـ ابرلی در تگزاس گرفته شده است که گردش آنها به دور هم را نشان می دهد و جرم مجموعشان را دست کم 150 میلیون برابر جرم خورشید به دست می دهد . احتمالا ً دوره گردش آنها به دور هم 150 هزار سال طول می کشد تا آن دو در هم ادغام شوند .

ممکن است جدایی بین دو سیاهچاله بیشتر از این باشد ، اگر یکی از آنها بسیار جلوتر از دیگری ، نسبت به زمین باشد و از دید ما کنار هم بنظر برسند ؛ که البته احتمالش بسیار کم است . براساس بررسی های نظری وقتی کهکشانها ادغام می شوند ، اصطکاک دینامیکی به سرعت دو سیاهچاله را به هم نزدیک می کند تا فاصله شان به 30 سال نوری برسد . سپس مهاجرت بسوی هم کند می شود ، پیش از این که برهمکنش با گاز ، دسته‌ای ستاره ، یا سیاهچاله سومی سبب ادغام دو ابرسیاهچاله شود .

فیزیکدانان همچنین مایل اند ردپای امواج گرانشی را در انحنای فضا ـ زمان شناسایی کنند ؛ آثاری که حاصل ادغام سیاهچاله های غول پیکرند . مطابق نسبیت عام انیشتین انحنای فضا در اطراف جرم شکل می گیرد و جرم زیاد و بی اندازه چگال سیاهچاله انحنای فوق‌العاده‌ای را در فضا ـ زمان ایجاد می کند و با حرکت دو سیاهچاله به دور هم خمیدگی فضا ـ زمان نیز جابجا می شود و موجی از انحنای فضا ـ زمان را منتشر می کند که موج گرانشی نام دارد . اخترشناسان مرکز پرواز های فضایی گادرد ناسا در گزارشی اعلام کردند که شبیه سازی های سه بعدی ابر رایانه ها نشان می دهد در جریان فرایند ادغام ، امواج به سوی بیرون حرکت می کنند . آنها معادلات انیشتین را به زبان رایانه ترجمه کردند . شبیه سازی مشخص کرد که اگر سیاهچاله های ابر پر جرم در هر کهکشان در فاصله چند میلیارد سال نوری از زمین با هم ادغام شوند ، آشکارسازهای امواج گرانشی باید به دنبال چه نشانه‌هایی بگردند . چندین شبیه سازی انجام شده و حالا دانشمندان مطمئن اند که شبیه سازی‌ها بیشترین شباهت را با واقعیت دارند . آنها دریافتند که 4 درصد جرم سیاهچاله ها به امواج گرانشی تبدیل می شود . بسامد و شدت امواج با نزدیکتر شدن سیاهچاله ها به هم افزایش می یابد .

هر موجود میکروسکوپی در فاصله چند واحد نجومی از این رخداد به سبب امواج گرانشی تکه تکه خواهد شد . اما زمانی که این امواج میلیون‌ها یا میلیارد‌ها سال نوری سفر کنند و به زمین برسند ، اثر کشیده شدن یا فشرده شدن حاصل از عبور موج گرانشی بر موجودات زمین بسیار کمتر از اندازه هسته یک اتم است . به سبب بسامد کم و ضعیف بودن این امواج ، دانشمندان برای آشکار ساختن آنها به آرایه‌ای از فضاپیماها نیاز دارند . ناسا و اسا در حال تدارک این ماموریت اند ؛ آنتن فضایی تداخل سنجی لیزری (لیزا) . البته لیزا هم یکی از ماموریتهای ناسا در فهرست ابهام است زیرا کاهش بودجه ناسا بسیاری از ماموریتهای آینده را لغو کرده است .

" آشکار سازهایی که امروزه برای جستجوی امواج گرانشی به کار می روند ، گرچه تلسکوپ امواج گرانشی نیز نام دارند اما در عمل هیچ شباهتی به تلسکوپ نوری ندارند .
اساس کار این آشکار سازها ، پدیده‌ای به نام تداخل سنج است . در این روش دو باریکه هم فاز نور در دو مسیر عمود بر هم حرکت می کنند ، در انتهای مسیرها بازتابنده‌ای قرار دارد که نور را به مبداء باز می تاباند .
دو باریکه نور وارد یک تلسکوپ می شوند و یک طرح تداخلی می سازند . در آنجا میتوان فهمید که در طول مسیر آیا اتفاقی برای یکی از پرتوها روی داده است یا خیر ؟
اگر پدیده‌ای باعث تغییر یکی از باریکه‌ها شود آنگاه دو پرتو با هم اختلاف فاز پیدا می کنند و وقتی با یکدیگر ترکیب شوند طرح تداخلی آنها تغییر خواهد کرد و دیگر همان شکل قبلی را نخواهد داشت . با مشاهده این تغییر می توان فهمید که چه اتفاقی افتاده است . اگر این پدیده موج گرانشی باشد ، موج گرانشی در راستای عمود بر انتشار خود ، فضا - زمان را دچار تغییر خواهد کرد .
به عبارتی مسیر نور در اثر عبور موج گرانشی تغییر می کند . فرض کنیم در راستای یکی از بازوها عبور می کند ، طبق خاصیت موج گرانشی ، طول بازو برای مسیر نور تغییر می کند . درست مثل وقتی که نور در هوا وارد آب یا شیشه می شود و سرعت آن تغییر می کند . بنابراین نور در مدت زمان متفاوتی این مسیر را طی می کند و به همین دلیل نسبت به حالات قبل اختلاف فاز پیدا می کند . اختلاف فاز این پرتو موجب می شود که دیگر پرتوها یکدیگر را خنثی نکنند و در نتیجه یک جرقه را لحظه‌ای با شکل خاص مشاهده می کنیم . پس مشاهده یک درخش نمایانگر عبور موج گرانشی است اما ممکن است عوامل دیگری مثل زمین لرزه باعث ایجاد چنین تغییراتی شود . به همین خاطر در مجاورت یکی از آشکارسازها ، آشکارساز کوچکتری با همین خصوصیات ولی با طول بازوی 2 کیلومتر ساخته می شود . اگر موج گرانشی عبور کند ، اثر آن بر آشکارساز کوچک ، نصف آشکارساز بزرگ است . از جمله آشکار سازهای روی زمین آشکار ساز لیگو است .
لیگو با وجود آنکه در حال حاضر بزرگترین آشکار ساز امواج گرانشی روی زمین است ولی مشکلات و محدودیت‌های بزرگ نیز دارد که مهمترین آنها حساسیت نسبتاً پایین به امواج گرانشی است . لیگو می تواند منظومه دوتایی ستاره‌های نوترونی را تنها در چند صدم ثانیه‌ای که این دو با هم برخورد می کنند آشکار کند . در چنین لحظه‌ای امواج گرانشی در حوالی منظومه بسیار قوی است .
یک راه دیگر برای آگاهی از امواج گرانشی و آنچه در پیرامون ما در فضا اتفاق می افتد شبیه سازی رایانه‌ای است . در این کار وضعیت فیزیکی خاصی را در نظر می گیرند و با کمک معادلات توصیف کننده آن وضعیت ، رفتار بعدی آن را شبیه سازی می کنند ، هر چند که معادلات ریاضی بسیار پیچیده‌ای دارند . بررسی امواج اجرام مختلف به ما کمک می کند تا اطلاعات بیشتری در مورد ساختار آنها کسب کنیم . با مشاهده انفجار یک ابر نو اختر می توان سرعت امواج الکترومغناطیس و سرعت موج گرانشی را مقایسه کرد . دریافت موج گرانشی از یک ستاره نوترونی می تواند اطلاعات دقیق تری در مورد شعاع و جرم آنها به ما دهد .
طرحی به نام لیزا Lisa در دست است که از سه ماهواره تشکیل شده در فضا به شکل یک مثلث متساوی‌الاضلاع با طول هر ضلع 5 کیلومتر قرار دارد . ماهواره‌های لیزا در فاصله 50 میلیون کیلومتری زمین به دور خورشید قرار خواهند گرفت . یکی از ماهواره‌ها ، هم به صورت منبع تابنده لیزر و هم به صورت دریافت کننده پرتوهای بازتابنده عمل می کند و دو ماهواره دیگر در نقش بازتابنده ( از قطعات مکعبی شکل ساخته شده است ) استفاده می کنند که آزادانه در فضای درون ماهواره حرکت می کند.

2- اگر سرعت امواج گرانشی برابر سرعت نور باشد ؛ این امواج نمی‌توانند از افق رویداد یا شعاع شوارتس شیلد اجرام نوترونی فرار و به طرف پیرامون منتشر و حتی آشکار شوند ، برای اینکه طبق نظریات جدید ، میدان گرانش هر جسمی تشکیل شده است از امواج گرانشی خود آن جسم که مربوط به ذرات زیر کوانتومی فرضی به نام گراویتون میشود و علت آن این است که اتم‌ها ساکن نبوده بلکه با نوسانات زیادی در حال جنبش هستند که مسلما امواج گرانشی تولید خواهند کرد ، یعنی چیزی شبیه امواج الکترومغناطیسی پیرامون اجسام باردار یا مواد باریونی که مربوط به ذراتی به نام فوتون میشود . در صورت درست بودن نظریات فعلی هیچ میدان گرانشی نمی‌تواند پیرامون سیاهچاله ها پدیدار شود و این در حالی است که میدان گرانش قوی پیرامون اجرام نوترونی شناسایی شده است . و باید گفت که این امواج گرانشی در برهمکنش سیاهچاله ها با یکدیگر در یک سیستم ( منظومه ) دوتایی شناسایی و ردیابی شده و جالب است که این پدیده شناخته شده یکی از شواهد اثبات نظریه نسبیت تلقی میشود . اگر طبق نظریات مکانیک کوانتومی ذره زیر کوانتومی وجود داشته باشد و آن حامل نیروی گرانش باشد ، سرعت این ذرات میبایست به مراتب بیشتر از سرعت نور یا فوتونها باشد تا بتوانند خارج از افق روی داد یک سیاه چاله گسترش و انتشار یابند .

امروزه سرنخ‌هایی از این سرعت‌های بسیار بالا بدست آمده است :

سرعت نور شکسته شد

محققان دانشگاهی در سوئیس سیگنالی را ردیابی کردند که سرعتی بالاتر از سرعت نور دارد . به گزارش خبرگزاری مهر ، محققان دانشگاه ژنو در سوئیس موفق به کشف سیگنالی شدند که سرعت حرکت آن از سرعت نور بیشتر است . در دنیای خارق‌العاده کوانتوم و مکانیک کوانتومی ، پدیده‌ای به نام درگیری ذرات با یکدیگر وجود دارد به این معنی که اگر دو ذره که به شدت با هم در ارتباطند را از یکدیگر جدا کرده و در فاصله طولانی از هم نگه داریم ، علی رغم فاصله‌ای که بین آنها وجود دارد ، در صورت بروز تغییر در یکی از ذره‌ها دیگری نیز دچار تغییر خواهد شد . این پدیده توسط دکتر دانیل سالارت و همکارانش در دانشگاه ژنو مورد بررسی قرار گرفت . وی دو فوتون نور مرتبط و درگیر به هم را در آزمایشگاه به فاصله 18 کیلومتر از یکدیگر دور کرد و با بررسی خصوصیات هر یک از آنها دریافت که با تغییر در هر کدام دیگری نیز متحول می شود . وی این آزمایش را بر روی جفتهای زیادی از فوتونها انجام داد که نتایج به دست آمده مشابه نتیجه اولیه بود . با مشاهده این نتایج محققان به این نتیجه رسیدند که بین این دو ذره سیگنالی در حال حرکت است که خصوصیات یکی را به دیگری منتقل می کند . بر اساس گزارش NewScientist، محققان بر این باورند که این سیگنال باید سرعتی 10000 بار بیشتر از سرعت نور داشته باشد تا بتواند خصوصیت یک فوتون را به دیگری منتقل کند .

نظریه دیگری که این تیم ارائه داد مبنی بر این است که سنجش خصوصیات یک فوتون به سرعت بر روی فوتونهای دیگر نیز تاثیر می گذارد .

البته لازم به ذکر است که سرعت محاسبه شده جدید میبایست 15707 برابر سرعت نور باشد زیرا همانطور که میدانیم محیط دایره تقریبا 3.14 برابر قطر آن است و چون امواج الکترومغناطیسی به صورت کره در فضا گسترش می‌یابند این ارتباط مابین دو فوتون میبایست از طریق محیط دایره‌ای شکل برقرار شود و نه از طرق قطر دایره یا همان خط مستقیم :

در رسم فوق مارپیچ طلایی دوران میدان الکتریکی موج الکترومغناطیس ، A منبع موج الکترومغناطیس ، B و C مکان حضور دو فوتون با فاصله 18 کیلومتر و منحنی یا کمان ADC برابر 28.27 کیلومتر میباشد که انتقال اطلاعات میبایست از این طریق انجام شود که سرعت میبایست 1.57 برابر بیشتر شود .

اگر سرعت برقراری ( تشکیل ) و یا انفصال میادین گرانشی و همچنین انتشار امواج گرانشی معادل و برابر سرعت نور باشد ، این میادین و امواج در پیرامون یک سیاه چاله تقریبا به شکل زیر خواهد بود :

دایره قرمز رنگ شعاع شوارتس شیلد و منحنی‌های مشکی رنگ بیانگر انحنای فضا - زمان نظریه نسبیت یعنی مسیر برگشت امواج الکترومغناطیسی و گرانشی به طرف داخل را نشان می‌دهد که در کل وضعیت ناهنجاری را برای یک جرم نوترونی به ارمغان خواهد داشت . در این وضعیت ناهنجار تمام نیروهای گرانشی یا انرژی امواج گرانشی و ... در مرکز جرم نوترونی متمرکز میشوند که در این صورت ، اجرام نوترونی خیلی زود میبایست منفجر شوند که در واقع چنین نیستند ! انفجار آنها تابع شرایط خاص خود است که در روز قیامت به وقوع خواهد پیوست ! در حقیقت سرعت برقراری ( تشکیل ) و یا انفصال میادین گرانشی و همچنین انتشار امواج گرانشی خیلی بیشتر از سرعت نور ( امواج الکترومغناطیس ) است ، این میادین یا امواج گرانشی و بهتر است بگوییم که دوران میادین گرانشی پیرامون یک جرم نوترونی به شکل زیر خواهد بود :

یعنی همان اسپیرال لگاریتمی معروف ( مارپیچ طلایی فیبوناچی ) !

توضیحات بیشتر در مورد شکل اول اینچنین است که طبق نظریه نسبیت ، گرانش تغییر شکل هندسی فضای پیرامون جرم یا جسم و یا همان انحنای فضا - زمان است و چون مسیر حرکت نور تابعی از همبافته فضا - زمان است ، پس نور در هنگام گذر از پیرامون اجرام خمیده میشود و مسیر مستقیم پرتو نور به منحنی تبدیل میشود . حال پرتو نوری را فرض کنید که با سرعت اولیه سعی دارد از میدان گرانش یک سیاه چاله فرار کند ، سرعت این پرتو نور در جوار شعاع شوارتس شیلد صفر شده و مجبور است به طرف مرکز سیاه چاله سقوط کند ولی امواج گرانشی چنین نیستند ، سرعت آنها خیلی بیشتر از سرعت نور است و توان فرار را دارند منتها در هنگام فرار تاب خورده و تحت تاثیر گرانش در هم تنیده میشوند و همانند یک اسپیرال لگاریتمی منتشر خواهند شد . پس هرچه قدر جرم و یا سرعت زاویه‌ای سیاه‌چاله بیشتر شود فرکانس و یا بسامد امواج گرانشی افزایش خواهد یافت و برعکس . پس در آینده میتوان با شناسایی امواج رادیویی و گرانشی اجرام نوترونی به اطلاعات مفیدی دست یافت که اشاره به خصوصیات فیزیکی جرم نوترونی خواهد داشت .

حد جرم نوترونی برای گریز امواج گرانشی :

ما همواره باید بدانیم که سرعت حرکت موج به دو عامل کلی بستگی دارد 1 - محیط انتشار موج 2 - جنس و ماهیت خود موج . نور از جنش امواج الکترومغناطیس است ولی گرانش از نوع موج گرانشی ، اگر ما فضا را برای هر دو موج یکسان در نظر بگیریم ، آیا ماهیت این دو موج یکی است ؟ هر چند که مبدا و منشا واحدی داشته باشند ! متاسفانه بشر فعلا توانایی تولید امواج گرانشی را ندارد که سرعت آن را اندازه گیری کند ولی به احتمال زیاد سرعت امواج گرانشی خیلی خیلی ..... بیشتر از سرعت نور است ، این موج در عرض 50 هزار سال قمری فاصله 13 میلیارد سال نوری را طی می‌کند ، یعنی سرعتی نزدیک به 270 هزار برابر سرعت نور و البته این به فرکانس موج گرانشی نیز مربوط میشود . اگر ابعاد کیهان 14.547.900.000 سال نوری باشد این موج در عرض 48.493 سال شمسی آن را می‌پیماید و همه چیز مقابل خود را منهدم می‌کند ، پس میتوان با این شرایط سرعت آن را 300.000 برابر سرعت نور تخمین زد یعنی سرعت تک موج گرانشی برابر سرعت امواج الکترومغناطیسی به توان دو است ، یعنی سرعت موج گرانشی برابر C² می‌باشد . برای این محاسبه از فرمول کلاسیک سرعت فرار استفاده می‌کنیم :

R متریک گرانشی اطراف یک سیاه چاله و M جرم آن میباشد . اینک با دانستن فرمول حجم کره و جرم حجمی نوترون متراکم ، میتوانیم حد جرم سیاه چاله و متریک گرانشی آن را محاسبه کنیم . برای این منظور از دستگاه معادلات ( دو معادله دو مجهول ) استفاده می‌کنیم .

این اعداد به چه معنی است ؟

اگر حد جرم نوترونی ( سیاه چاله ) بدست آمده را تقسیم بر جرم خورشید ( 30^10*1.99 ) کنیم ، عدد 26^10*1.16 بدست می‌آید . طبق رصدهای انجام شده چنین برآورد میشود که در کیهان تقریبا 100 میلیارد کهکشان وجود دارد و به طور متوسط هر کدام حاوی 100 میلیارد ستاره است . یعنی کیهان حاوی 22^10 ستاره است که اگر تمام اینها به علاوه سایر اجرام سماوی و مواد باریونی ، تشکیل جرم نوترونی ( سیاه چاله‌ای ) را دهند که مسلما شعاع آن کمتر از متریک گرانشی بدست آمده خواهد بود ، و هرگز نمیتواند جلوی فرار و انتشار امواج پرقدرت و پر نفوذ گرانشی را بگیرد ، یعنی هیچ مانعی جلودار امواج و میادین گرانشی نخواهد بود .

منبع: http://www.ki2100.com/physics/black-hole2.htm

فرستنده: امیرحسین ستوده بیدختی