شخص يسقط في ثقب أسود ويتمدد أثناء اقترابه من أفق الثقب الأسود. الائتمان: ليو رودريغيز وشانشان رودريغيز ، CC BY-ND
لحل ألغاز الثقوب السوداء ، يجب على الإنسان أن يغامر بالدخول في ثقب واحد. ومع ذلك ، هناك مشكلة معقدة إلى حد ما: لا يمكن للإنسان القيام بذلك إلا إذا كان ذلك صحيحًا ثقب أسود هائل ومعزول ، وإذا كان الشخص الذي يدخل الثقب الأسود لا يتوقع إبلاغ النتائج لأي شخص في الكون بأسره.
نحن على حد سواء فيزيائيون الذين يدرسون الثقوب السوداء ، وإن كان ذلك من مسافة آمنة جدًا. الثقوب السوداء من بين أكثر الأجسام الفيزيائية الفلكية وفرة في كوننا. يبدو أن هذه الأشياء المثيرة للاهتمام هي عنصر أساسي في تطور الكون، من الانفجار العظيم حتى يومنا هذا. ربما كان لديهم تأثير على تكوين الحياة البشرية في مجرتنا.
نوعان من الثقوب السوداء
الكون مليء ب حديقة حيوانات شاسعة من أنواع مختلفة من الثقوب السوداء.
يمكن أن تختلف حسب الحجم وتكون مشحونة كهربائيًا ، بنفس طريقة وجود الإلكترونات أو البروتونات في الذرات. تدور بعض الثقوب السوداء بالفعل. هناك نوعان من الثقوب السوداء ذات صلة بمناقشتنا. الأول لا يدور ، وهو محايد كهربائيًا – أي ليس موجبًا أو سالبًا – وله كتلة شمسنا. النوع الثاني هو ثقب أسود فائق الكتلة ، كتلته أكبر من كتلة شمسنا بملايين إلى بلايين المرات.
إلى جانب اختلاف الكتلة بين هذين النوعين من الثقوب السوداء ، فإن ما يميزهما أيضًا هو المسافة من مركزهما إلى “أفق الحدث” – وهو مقياس يسمى المسافة الشعاعية. أفق الحدث للثقب الأسود هو نقطة اللاعودة. أي شيء يمر عبر هذه النقطة سيبتلعه الثقب الأسود وسيختفي إلى الأبد من كوننا المعروف.
المسافة من مركز كتلة الثقب الأسود إلى المكان الذي يكون فيه سحب الجاذبية قويًا جدًا بحيث لا يمكن التغلب عليه يسمى أفق الحدث. الائتمان: ليو وشانشان ، CC BY-ND
في أفق الحدث ، تكون جاذبية الثقب الأسود قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي قوة ميكانيكية التغلب عليها أو مواجهتها. حتى الضوء، الشيء الأسرع حركة في كوننا ، لا يمكنه الهروب – ومن هنا جاء مصطلح “الثقب الأسود”.
يعتمد الحجم الشعاعي لأفق الحدث على كتلة الثقب الأسود المعني وهو مفتاح بقاء الشخص على قيد الحياة في واحد. بالنسبة للثقب الأسود بكتلة شمسنا (كتلة شمسية واحدة) ، سيكون نصف قطر أفق الحدث أقل بقليل من ميلين.
الثقب الأسود الهائل في مركز درب التبانة على النقيض من ذلك ، تبلغ كتلة المجرة حوالي 4 ملايين كتلة شمسية ، ولها أفق حدث يبلغ نصف قطره 7.3 مليون ميل أو 17 نصف قطر شمسي.
وبالتالي ، فإن أي شخص يسقط في ثقب أسود بحجم نجمي سيقترب كثيرًا من مركز الثقب الأسود قبل تجاوز أفق الحدث ، بدلاً من السقوط في ثقب أسود فائق الكتلة.
وهذا يعني أنه نظرًا لقرب مركز الثقب الأسود ، فإن شد الثقب الأسود على الشخص سيختلف بمقدار 1000 مليار مرة بين الرأس وأصابع القدم ، اعتمادًا على أيهما يقود السقوط الحر. بعبارة أخرى ، إذا كان الشخص يسقط قدمه أولاً ، عندما يقترب من أفق الحدث لثقب أسود ذو كتلة نجمية ، فإن قوة الجاذبية على أقدامهم ستكون أكبر بشكل كبير مقارنة بسحب الثقب الأسود على رأسه.
سيواجه الشخص السباغيتيت ، وعلى الأرجح لن ينجو من التمدد إلى شكل طويل ورفيع يشبه الشعرية.
عندما يقترب الشخص من أفق الحدث لثقب أسود بحجم الشمس ، فإن الاختلاف الشاسع في الجاذبية بين رأس الجاذبية وأصابع القدمين يتسبب في تمدد الشخص في شكل معكرونة طويلة جدًا ، ومن هنا جاء مصطلح “السباغيتيتيف”. الائتمان: ليو وشانشان رودريغيز ، CC BY-ND
الآن ، الشخص الذي يسقط في ثقب أسود فائق الكتلة سيصل إلى أفق الحدث بعيدًا عن المصدر المركزي لسحب الجاذبية ، مما يعني أن الفرق في الجاذبية بين الرأس وأصابع القدم يساوي صفرًا تقريبًا. وهكذا ، فإن الشخص سيمر عبر أفق الحدث دون أن يتأثر ، ولا يتمدد إلى شكل طويل ورقيق ، ويبقى على قيد الحياة ويعوم دون ألم عبر أفق الثقب الأسود.
من المرجح أن ينجو الشخص الذي يسقط في ثقب أسود هائل. الائتمان: ليو وشانشان رودريغيز ، CC BY-ND
اعتبارات أخرى
معظم الثقوب السوداء التي نلاحظها في الكون محاطة بأقراص شديدة السخونة من المواد ، تتكون في الغالب من الغاز والغبار أو أشياء أخرى مثل النجوم والكواكب التي اقتربت جدًا من الأفق وسقطت في الثقب الأسود. تسمى هذه الأقراص أقراص التراكم وهي شديدة السخونة والاضطراب. من المؤكد أنها ليست مضيافة وستجعل السفر إلى الثقب الأسود في غاية الخطورة.
للدخول بأمان ، ستحتاج إلى العثور على ثقب أسود فائق الكتلة معزول تمامًا ولا يتغذى على المواد المحيطة أو الغاز أو حتى النجوم.
الآن ، إذا وجد شخص ما ثقبًا أسودًا فائقًا معزولًا مناسبًا للدراسة العلمية وقرر المغامرة ، فإن كل ما يتم ملاحظته أو قياسه من داخل الثقب الأسود سيكون محصورًا في أفق الحدث للثقب الأسود.
مع الأخذ في الاعتبار أنه لا يوجد شيء يمكن أن يفلت من الجاذبية وراء أفق الحدث ، فإن الشخص الساقط لن يكون قادرًا على إرسال أي معلومات حول النتائج التي توصلوا إليها إلى ما وراء هذا الأفق. ستضيع رحلتهم ونتائجهم لبقية الكون بأسره إلى الأبد. لكنهم سيستمتعون بالمغامرة طالما بقوا على قيد الحياة… ربما….
كتبه ليو رودريغيز ، أستاذ مساعد في الفيزياء ، كلية غرينيل وشانشان رودريغيز ، أستاذ الفيزياء المساعد ، كلية جرينيل.
نُشر في الأصل في المحادثة.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”