علم الفلك والثقوب السواء وكيف تكونت عبر السنين - black holes
 |
| علم الفلك والثقوب السواء - black holes |
من مسابقة Elomgy علومجى
المتسابق : وليد بادنجكي.
"الوصفة السرية لصُنع ثقب أسود من الضوء"
لو سألت أي هاوي فلك، إيه أكتر جَرم فلكي بتحبه؟؟
فغالباً وقتها هتكون إجابته (الثقوب السوداء)، وديه إجابة متوقعة صراحةً، لإن فعلا مين مننا من بعد مشاهدته لفيلم Interstellar موقعش بعشق الثقوب السوداء، الأجرام الكونية المرعبة، اللي قادرة إنها تشوه حدود الواقع والزمن من حوالينا.
وعلشان الدهشة اللي ترسمت على وشك بمجرد سماعك لكلمة الثقوب السوداء، ف يُسعدني أقولك إني جايبلك النهاردة معايا وصفة جديدة من نوعها ومعتمدة دوليًا، علشان نحضر مع بعض ثقب أسود من الضوء على طريقة الشيف الشربيني! ف يلا ورقة وقلم وإكتب ورايا.
أول حاجة هنحتاج لكمية كبيرة من غاز الهيدروجين، كمية تكفي إنها تعمل نجم ضخم كتلته 10 مرات ضعف كتلة شمسنا تقريبًا، بعد كده هنشغل البوتجاز بتاعنا على نار هادية لمدة قدرها ملايين من السنين، والبوتجاز اللي بنستخدمه هنا هو نوعا ما بوتجاز مش منتشر محليا، لإنه بوتجاز طبيعي بيعتمد على عملية الاندماج النووي، واللي بتعتبر عملية الغذاء الضرورية علشان النجم يحافظ على نفسه من ضغط الجاذبية اللي عايز يسحقه، ومع الوقت هنبدأ نحس إن الطبخة بدئت تستوي ونشوف الهيدروجين بيتحول لهيليوم، والهيليوم بيتحول لعنصر أثقل، وهكذا نفضل مستمرين في العملية ديه، لغاية ما تبقى الطبخة بتاعتنا مستوية كويس، وده هنعرفه لما نلاحظ إن النجم خلاص معدش قادر يدمج عناصر أتقل من الحديد، وبمجرد وصول النجم للحالة الحرجة ديه، بينفذ غذاؤه النووي اللي كان مخليه محافظ على إستقراره ك نجم، نجم كافح ملايين السنين علشان يروي قصته، وهنا بتيجي لحظة سكرات الموت، واللي بيكون فيها النجم عملاق ولونه أحمر، وفي لحظة زمنية فارقة بتتغلب قوة الجاذبية على ثبات النجم، وبيحصل إنفجار نووي مرعب للطبقات الخارجية للنجم، على شكل ما يُعرف بالسوبر نوفا أو المستعر الأعظم، بينما في مركز الإنفجار بتنكمش نواة النجم الكثيفة على نفسها، وتروح متحولة لثقب أسود عائم في الفضاء.
الحقيقة أنا خدعتك لإن الوصفة اللي أنا قلتها ديه، هي الوصفة التقليدية لتكوين الثقوب السوداء، واللي كلنا نعرفها ومش جديدة علينا، أما عن الوصفة المميزة اللي قادرة تعملنا من الضوء ثقب أسود، فده اللي أنا هقوله دلوقتي، ولكن قبل ما نسجل الوصفة السرية ديه، تعالا معايا في رحلة قصيرة نعرف فيها شوية حاجات مهمة.
في سنة 1905، نشر ألبرت أينشتاين 5 ورقات بحثية، واحدة منهم كانت بتتكلم عن وجود علاقة غريبة بين المادة والطاقة، والعلاقة ديه هي E=mC^2، واللي بتقولنا ببساطة، إن الطاقة والمادة وجهين لعملة واحدة، وده بظبط اللي حصل في القنبلة الذرية اللي إترمت على هيروشيما وناغازاكي، لإن من خلال العلاقة ديه قدرنا نعرف إن المادة ممكن تتحول لطاقة، طب طالما الطاقة والمادة وجهين لعملة واحدة، ليه منحولش الطاقة لمادة؟؟!
وده بظبط اللي فكر فيه عالم الفيزياء جون أرشيبالد ويلرJohn Wheeler، لما نشر سنة 1955 ورقة بحثية في مجلة physical review، وكان بيقترح فيها فكرة جديدة، وهي إننا نغير من وصفة الطبيخ الخاصة بالثقب الأسود التقليدي، وبدل ما أقولك روح جيبلي كمية كبيرة من غاز الهيدروجين، هقولك وبكل بساطة هاتلي كشاف ضوئي، وبما إن الطاقة والمادة وجهين لعملة واحدة، فوقتها الفضاء مش هيقدر يفرق بينهم، ومع تركيز طاقة الضوء لمدة من الزمن على مساحة صغيرة في الفضاء، وقتها هيحصل إنحناء في نسيج الزمكان، وبكده هيكون معانا ثقب أسود وليه أفق حدث برضه، ثقب أسود كتلته الأصلية، جاية من شكل من أشكال الطاقة بدلاً من المادة، وبمجرد تشكل الثقب ده، فساعتها مش هنعرف إننا نميز بينه وبين الثقب الأسود العادي، وجون ويلر قرر يسمى الثقب الأسود ده ب ال kugelblitz، واللي معناها بالألماني الضوء الكروي.
وأنا عارف بعد كل الكلام ده، هتيجي وتقولي إيه فايدة كل الكلام ده اصلاً، ما إحنا كده كده عندنا عدد كبير من الثقوب السوداء في الكون. ولكن الحقيقة يا صديقي إن فكرة صناعة ال kugelblitz، هتكون مفيدة فوق ما تتخيل، وكمثال يأكد كلامي… في سنة 2015 نشر العالم جيفري لي Jeffrey Lee من جامعة بايلور ورقة بحثية، الورقة ديه بتقولنا إن ال kugelblitz هتكون مصدر قوي جدا لإنتاج كميات مهولة من الوقود النظيف، كميات هنقدر وقتها نستخدمها في تسريع سُفُن الفضاء، ويمكن تكون بقيت مبسوط من اللي بتسمعه، وبتفكر ف أنهي مجرة هتحب تزورها قريبا وإنت مسافر بالطريقة ديه.
ولكن خليني أصدمك شوية وأقولك إن الموضوع مش بالبساطة ديه لإنه بتواجهنا شوية من التحديات في صناعة ال kugelblitz، زي مثلا إن الليزر اللي هنطوره علشان يسلط طاقة الضوء، لازم يكون مصدره أشعة جاما اللي بتتميز بطاقتها العالية، ده غير إن الليزر ده لازم يكون بيُطلق كمية طاقة في الثانية تُعادل 10% من طاقة الشمس اللي بتطلقها في الثانية الواحدة، و بناء ليزر زي ده نظريًا يُعتبر تحدي صعب، وديه مشاكل ممكن تتحل مع تقدم التكنولوجيا في المستقبل القريب.
ولكن المشاكل الأكتر صعوبة اللي بتواجهنا، هي إن النوعية ديه من الثقوب، درجة حرارتها بتكون سخنة جدا، لدرجة إن فهمنا الحالي للفيزياء ميقدرش يتبنأ بكيفية تصرف الثقب تحت الحرارة ديه، وعلشان تتخيل درجة الحرارة ديه، فيكفيني أقولك إنها مكنتش موجودة حتى في لحظة بداية الكون, وصراحةً درجة الحرارة الكبيرة ديه هتخلي الرياضيات اللي بنستخدمها تنهار، وده مش معناه إن الفيزياء مش هتبقى موجودة، إنما فهمنا هو المحدود في الظروف ديه، بس برضه منيأسش لإنه من الممكن مع تقدمنا في قدراتنا التكنولوجية وفهمنا النظري، يبقى استخدام ال kugelblitzes في المركبات الفضائية هو طريقتنا المفضلة للسفر بين النجوم.