Language
Country/Area
No result found
عالم الثقوب السوداء المذهل: لماذا تختفي طاقتها؟
في اتساع الكون، تجذب الثقوب السوداء عددًا لا يحصى من المادة والضوء بجاذبيتها الغامضة والقوية. مع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا، اكتسب علماء الفلك تدريجيًا فهمًا أعمق للثقوب السوداء، لكن هناك سؤال واحد لا يزال يؤرق علماء الفيزياء: كيف تفقد الثقوب السوداء طاقتها؟ يتضمن هذا السؤال مفهوم الطاقة السلبية التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بطبيعة الثقوب السوداء.
الطاقة السلبية هي مفهوم يستخدم في الفيزياء لشرح خصائص مجالات معينة، بما في ذلك مجالات الجاذبية وتأثيرات المجال الكمي المختلفة.
طاقة الجاذبية والثقوب السوداء
تشير طاقة الجاذبية أو طاقة وضع الجاذبية إلى الطاقة الكامنة التي يمتلكها جسم ضخم بسبب وجوده في مجال الجاذبية. في الميكانيكا الكلاسيكية، توجد دائمًا طاقة وضع الجاذبية بين كتلتين أو أكثر. ووفقاً لمبدأ حفظ الطاقة، فإن طاقة مجال الجاذبية هذه يجب أن تكون سالبة، وبالتالي تكون قيمتها صفراً عندما يكون الجسم بعيداً إلى ما لا نهاية. عندما يقترب جسمان من بعضهما البعض، تعمل الجاذبية على تسريع حركتهما، مما يؤدي إلى زيادة الطاقة الإيجابية للنظام.
في الكون الذي تهيمن عليه الطاقة الإيجابية، سيقع في نهاية المطاف في انهيار كبير؛ بينما في الكون "المفتوح" الذي تهيمن عليه الطاقة السلبية، سوف يتوسع إلى ما لا نهاية أو يتفكك في النهاية.
دوران الثقب الأسود وتحويل الطاقة
بالنسبة للثقب الأسود الدوار الكلاسيكي، فإن دورانه يخلق منطقة تسمى "الفوسفور النشط" خارج أفق الحدث، حيث يبدأ الزمكان أيضًا في الدوران، وهي ظاهرة تُعرف باسم سحب الإطار. وفي هذه المنطقة قد تتحول طاقة الجسيم إلى طاقة سالبة، أي في ظل الدوران النسبي لمتجه الكيلنين الخاص به. عندما تعبر جزيئات الطاقة السلبية أفق الحدث وتدخل ثقبًا أسود، وفقًا لقانون حفظ الطاقة، يجب أن تهرب نفس الكمية من الطاقة الإيجابية.
في عملية بنروز، ينقسم الجسم إلى قسمين، يكتسب أحدهما طاقة سلبية ويسقط في الثقب الأسود، بينما يكتسب الجزء الآخر نفس القدر من الطاقة الإيجابية ويهرب.
الطاقة السلبية في تأثيرات المجال الكمي
تتوافق الطاقة السلبية وكثافة الطاقة السلبية أيضًا إلى حد ما في نظرية المجال الكمي. في نظرية الكم، يسمح مبدأ عدم اليقين لأزواج الجسيمات والجسيمات المضادة الافتراضية بالظهور تلقائيًا في الفراغ والتواجد لفترة وجيزة من الزمن. قد تحمل بعض الجسيمات الافتراضية طاقة سلبية، وتلعب هذه الخاصية دورًا رئيسيًا في العديد من الظواهر المهمة.
في تأثير كازيمير، فإن التباعد بين لوحين مسطحين يحد من الطول الموجي الذي يمكن أن تتواجد عنده الجسيمات الكمومية، مما يؤدي إلى انخفاض في عدد وكثافة أزواج الجسيمات الافتراضية، مما يؤدي إلى كثافة طاقة سلبية.
إشعاع الثقب الأسود واختفاء الطاقة
بجانب أفق الحدث للثقب الأسود، سيتم امتصاص جزء من زوج الجسيمات الافتراضي إلى داخل الثقب الأسود، وقد تصبح طاقة أحد الجسيمات سلبية بسبب هذا الامتصاص. يمكن للجسيمات الموجبة أن تفلت وتشكل إشعاع هوكينج، في حين أن وجود جزيئات الطاقة السلبية سيقلل من الطاقة الصافية للثقب الأسود. وهذا يخلق ظاهرة مثيرة للاهتمام: بمرور الوقت، قد يشع الثقب الأسود طاقة ببطء، مما يؤدي في النهاية إلى اختفائها.
الاحتمالات المستقبلية: الثقوب الدودية والتحليق بسرعة أكبر من الضوء
في بعض النظريات، تعتبر الطاقة السلبية هي العنصر الأساسي في الثقوب الدودية، والتي يمكن أن تربط مباشرة موقعين متباعدين للغاية في المكان والزمان، مما يجعل من الممكن تحقيق السفر شبه اللحظي. ومع ذلك، يعتقد بعض الفيزيائيين أن هذه الأفكار غير واقعية للغاية.
إن فكرة استخدام المبادئ النظرية للطاقة السلبية لتصميم طائرة أسرع من الضوء (FTL) هي أيضًا فكرة رائعة، وأكثر تمثيلاً لهذه الفكرة هي كبسولة ألكوبيير.
إن استكشاف هذه النظريات لا يتحدى فهمنا للكون فحسب، بل يجعلنا أيضًا نعيد التفكير في العلاقة بين الطاقة والزمان والمكان. في هذا الكون المليء بالألغاز، تستمر الثقوب السوداء والطاقة السلبية في دفع التقدم العلمي، لكن لا يزال يتعين علينا مواجهة سؤال جوهري: ما مدى عمق فهمنا للثقوب السوداء؟
