نجوم

HASHTROODI SCHOOL ASTRONOMY GROUP

درخشندگي ستارگان

در قرن دوم پيش از ميلاد اولين مقياس روشنايي(مقياس قدر) توسط ابرخوس تعريف گرديد.     (و بعد مجددا در حدود 2000سال پيش توسط بطلميوس تعريف شد).

ابرخوس 20 ستاره اي را كه از بقيه پرنورتر بودند را به طور دلخواه ستارگان قدر اول و 50 ستاره بعدي به ترتيب درخشندگي ظاهري را ستارگان قدر دوم ناميد.نام قدر ششم به چند صد ستارهايي داده شد كه به دشواري با چشم انسان معمولي ديده مي شدند و بقيه ستارگان را بر اساس درخشندگي آنها در مرتبه ي قدري بين 3 تا 5 قرار داد.

او اولين كاتالوگ واقعي ستارگان را كه هم موضع و هم درخشندگي ستارگان را نشان مي داد،تدوين كرد.البته او ناچار بود بدون كمك هيچ وسيله اي و تنها با تكيه بر توانايي خود در باره ي درخشندگي ستارگان قضاوت كند.بديهي است كه روشهاي جديد اندازه گيري ستارگان(روشهاي نورسنجي)بسيار دقيق تر است.

بدين طريق يك طبقه بندي كاملا اختياري،بر اساس روشنايي به دست آمد.اما اين قدر ها صرفا قدر هاي ظاهري هستند.

برخي از ستارگان در واقع پر نور اند ولي در فاصله زيادشان كم نور به نظر مي رسند.

درخشندگي ظاهري ستاره مقدار انرژي است كه از ستاره به صورت نور به زمين مي رسد. درخشندگي ظاهري نزديكترين ستارگان 30 مليارد بار كمتر از درخشندگي ظاهري خورشيد است.

مقياس قدر يك مقياس كيفي بوده به اين دليل كه نمي توانيم بگوييم كه ستاره قدر اول چند برابر درخشنده تر از ستاره قدر سوم است.اختر شناسي امروز ضمن حفظ مقياس آشناي ابرخوس كار خود را با طرح زير آغاز ميكند.

در سال 1856 ان.آر.پاگسون نتيجه گرفت كه يك ستاره قدر اول 100 برابر نورانيتر از يك ستاره قدر ششم است.به اين ترتيب مقياس درخشندگي كمي شد.

به دليل اين اختلاف روشنايي 100 برابري اختر شناسان در پي عامل ضربي براي هر يك از 5 مرحله ميان قدر اول و ششم برآمدند كه اگر آن را 5 بار در خودش ضرب كنيم افزايش درخشندگي را 100 برابر نشان دهد.اگر اين عامل را K در نظر بگيريم.داريم:

=

K=  =  = 2.512

 

K=2.5

 

بنا بر اين اگر درخشندگي هر مرحله مقياس قدر 2.5 برابر درخشندگي مرحله قبلي باشد،افزايش درخشندگي در 5 مرحله 100 برابر مي شود.

(2.5) (2.5) (2.5) (2.5) (2.5) = 100

امروزه درجه بندي قدر اجرام نسبت به زمان ابر خوس دستخوش دو تغير اساسي شده.

اختر شناسان امروزي با تقريب مقياس رياضي و با استفاده از آشكار ساز هاي دقيق،تشخيص داده اند كه برخي از ستارگاني را كه ابرخوس قدر اول دانسته است،به نحو چشمگيري درخشانتر از ستارگان ديگري است كه او در همان قدر جاي داده است.مثلا ستاره شعراي يماني تقريبا 9 برابر درخشنده تر از ستاره دبران است بنابراين مقياس درخشندگي به 0و1-و2- و غيره گرايش صعودي يافته است.

در اين مقياس قدر ظاهري شعراي يماني 1.4- و قدر ظاهري ستاره دبران 0.86+ است.اجرام ديگر مانند برخي سيارات،ماه و خورشيد باز هم درخشنده تر اند.بدين ترتيب گسترش مقياس قدر بايد اين اجرام را نيز در بر بگيرد.

 

 

 

رابطه قدر ظاهري و درخشندگي:

توجه: درخشندگي با L و قدر با M  نشان داده شده است.

از تعاريف بالا ميتوانيم به رابطه ي زير برسيم.

Lb/La=2.5^Ma-Mb

در صورتي كه اختلاف قدري 1 باشد نسبت روشنايي هم 2.5 ميشود.

از دو طرف لگاريتم ميگيريم.

log(Lb/La) = log 2.5^Ma-Mb

log(Lb/La) =(Ma-Mb)log 2.5

log(Lb/La) =0.4(Ma-Mb)

**Ma-Mb=2.5 log(Lb/La)**

قدر مطلق:

قدر مطلق به درخشندگي واقعي ستاره مربوط مي شود.قدر مطلق مقايسه نورانيت ستارگان است هنگامي همه ي آنها فاصله اي يكسان از ما داشته باشند.(درخشندگي واقعي خورشيد متوسط است)

همين طور كه در تعريف گفته شد زماني ميتوان به يك نتيجه استاندارد براي روشنايي ستارگان رسيد كه همه ي انها را در فاصله اي معين از خورشيد ببريم.سپس با استفاده از روشنايي آنها عددي در مقياس قدر (كه به آن قدر مطلق ميگويند)به دست آوريم.اين فاصله معين بر طبق قرارداد 10 پارسك مقرر شده.(پارسك يك واحد اندازه گيري نجومي است)

يعني ستارگان را در فاصله 10 پارسكي از خودمان فرض مي كنيم.آنگاه روشنايي و قدر آنها را طوري كه در آن فاصله ديده ميشوند اندازه مي گيريم.

همه ي ما به تجربه ميدانيم كه وقتي از منبع نور دور مي شويم به نظرمان مي رسد كه در درخشندگي آن كاهش يافته است.

براي درك قانون عكس مربع لامپي را فرض كنيد كه در مركز كره اي به شعاع d در حال فعاليت است.اين لامپ در هر ثانيه مقدار انرژي معيني را از سطح خود ساطح ميكند كه به آن درخشندگي لامپ مي گويند.مقدار انرژي را كه به واحد سطح اين كره برخورد مي كند را در نظر مي گيريم.

حال شعاع اين كره را از d به 2d تغير مي دهيم. دوباره مقدار انرژي را كه به واحد سطح كره ي جديد برخورد ميكند را اندازه گيري و آن را در نظر مي گيريم.چون درخشندگي لامپ تغيري نكرده پس بديهي است كه بايد از كمتر باشد چون در حالت دوم سطح دريافت كننده انرژي بيشتر از حالت اول است،در نتيجه مقدار انرژي دريافتي كمتر مي شود.يك مثال ساده ميزنم.

اگر من 16 شكلات داشته باشم و بخواهم يك بار آن را بين 4 نفر و بار ديگر ان را بين 8 نفرتقسيم كنم،بديهي است كه در حالت دوم تعداد شكلات كمتري به هر نفر تعلق مي گيرد.در مثال بالا تعداد شكلات ها را به درخشندگي لامپ و تعداد نفرات را به سطح دريافت كننده انرژي تشبيه كردم.

در اينجا چون در باره تغيرات مساحت صحبت كرديم پس تمام ضرايب هم به توان دو ميرسد.يعني وقتي ما فاصله را 2 برابر ميكنيم،مقدار انرژي دريافتي ¼ برابر مي شود.

رابطه ي بين قدر مطلق،قدر ظاهري و فاصله را به دست مي آوريم.

اگر d به فاصله واقعي، D به فاصله 10 پارسكي، M به قدر مطلق، m به قدر ظاهري، L به درخشندگي مطلق و l به درخشندگي ظاهري ستاره اطلاق شود داريم:

بر اساس قانون عكس مربع:

l/L = (D/d)^2

l/L = (10/d)^2

از طرفي بر طبق رابطه ي روشنايي و قدر مي توانيم جايگذاري كنيم:

M-m =2.5 log (10/d)^2

M-m = 5 log (10/d)

M-m = 5(log 10- log d)

**M-m = 5- 5log d**

+ نوشته شده در  جمعه سوم آبان 1387ساعت 14:50  توسط کیارش وزیرزاده  | 

Big Bang

نظريه انفجار بزرگ بهترين مدلى است كه عالم شناسان از خاستگاه و تحول جهان در اختيار دارند. ولى آيا واقعاً اين تمام داستان است؟ و پيش از آن واقعه عظيم چه اتفاقى افتاد؟
اين بار كه در پى پيدا كردن كانال دلخواهتان در تلويزيون به دكمه كانال ياب تلويزيون تان ور مى رويد، آن قدر آن را فشار دهيد كه در فاصله بين كانال ياب قرار گيريد. خوب به برفكى كه صفحه تلويزيون را مى پوشاند نگاه كنيد. حدود يك درصد آن انرژى ريز موج (microwave energy) است، كه حدود ۱۴ ميليارد سال پيش به صورت حرارت از انفجار بزرگ حاصل شد.
•... در آغاز
از ميان تمام پيشرفت هاى علمى سده اخير، هيچ يك هيبت انگيزتر _ يا مبهوت كننده تر _ از كشف اين مطلب نبود كه جهان ما با انفجار عظيمى آغاز شد و از آن زمان تا كنون همواره در حال گسترش است. اين نتيجه گيرى آنچنان ژرف و اساسى است كه حتى اينشتين، راديكال ترين دانشمند دوران نوين، به زور آن را پذيرفت چگونه عالم مى توانست از هيچ كجا پديد آيد؟ چه كسى ماشه آن را كشيد _ و ماده اى كه هم اكنون شاهدش هستيم از كجا آمد؟
اكنون پس از ده ها سال تلاش اخترشناسان نظرى و رصدى، تازه پاسخ ها براساس مشاهدات عينى و محكم و نه صرفاً انديشه پردازى دارند ظاهر مى شوند. آنها جهانى را ترسيم مى كنند ساخته شده از نيروهايى كه خاستگاه شان چندان معجزه آساتر از گزارش انجيل درباره خلقت به نظر نمى رسد.
كافى است دلتان براى نگاه ساده فيلسوف يونانى ارسطو و سايرين در بيش از دو هزار سال پيش، كه براساس آن عالم بى انتها، ازلى و بلاتغيير است، تنگ شود. قطعاً آلبرت اينشتين زمانى كه گزارشى را پيرامون مفاهيم و نتايج حاصل از نظريه جديد جاذبه يعنى «نسبيت عام» در سال ۱۹۱۷ مى نگاشت، دليلى براى مخالفت با اين پذيرفته ها نداشت. براساس نسبيت عام ماده بافت مكان و زمان اطراف آن را كمانى مى سازد، آثارى را موجب مى شود كه ما آنها را «نيرو»ى جاذبه تعبير مى كنيم. اين فاصله گرفتن حسابى از نظريه نسبتاً مبهم جاذبه بود كه نيوتن ارائه داد و براساس آن نيروى مذكور مثل نوعى كنش نامرئى عمل مى كرد. اينشتين نشان داد كه «نسبيت عام» گزارش دقيق ترى از واقعيت نسبت به مفهوم جاذبه نيوتن لااقل در منظومه شمسى به دست مى دهد و كاملاً از موفقيت آن به هنگام كاربرد در عالم در مجموع اطمينان داشت.
•نظريه هاى جنجالى
وى به سرعت با مشكل بزرگى مواجه شد. اخترشناسان بر اين باور بودند كه عالم ايستا و بلاتغيير است، ليكن معادلات «نسبيت عام» در خالص ترين و شكوهمندترين شكل شان اشاره بدان داشتند كه عالم همه چيز ممكن است باشد مگر ايستا. به نظر آنها برعكس ،عالم بايد در حال گسترش باشد. اينشتين كه از اين نتيجه گيرى به ظاهر مسخره گيج شده بود، واژه ديگرى را وارد معادلاتش كرد، فاكتورى من درآوردى كه بعدها آن را «ثابت جهان شناسى» خواند تا بتواند به كمك «نسبيت عام» جهانى ايستا به وجود آورد. اين نخستين نشانه از مشكلاتى بود كه اينشتين ناچار به دست و پنجه نرم كردن با آنها در رابطه با پرسش هاى پيرامون جهان شناسى بود.
در سال ۱۹۲۲ يك هواشناس روس به نام الكساندر فريدمن كار را تمام كرد و نشان داد كه «نسبيت عام» امكان وجود مجموعه كاملى از جهان هايى را فراهم مى آورد كه نه ايستا و نه بلاتغييرند. اينشتين انتظار آن را داشت كه اين صرفاً يك اشتباه لپى باشد، ولى نتوانست مشكلى در محاسبات فريدمن بيابد و نهايتاً پذيرفت كه «نسبيت عام» امكان وجود جهانى در حال گسترش را مى دهد.
بزرگترين ضربه در سال ۱۹۲۷و زمانى اتفاق افتاد كه عالم شناس و كشيش بلژيكى ژرژ لامتر به همان نتايج نظرى فريدمن رسيد و اشاره كرد كه شواهد محكمى وجود دارند حاكى از آن كه عالم واقعاً در حال گسترش است. اخترشناس وستو اسليفر (Vesto Slipher) از رصدخانه لاول در آريزونا دريافت كه نور «سحابى ها»ى قطره اى در آسمان شب اغلب جابه جايى غريبى به سمت انتهاى سرخ تر _ يا نور با طول موج بيشتر _ طيف نشان مى دهند. اسليفر به اين فكر افتاد كه در واقع شاهد به اصطلاح اثر داپلر است، اثرى كه همگى ما با آن آشنا هستيم و زمانى كه طول موج امواج صوتى سوت پليس به هنگام دور شدن از ما افزايش مى يابد متوجه آن مى شويم. در واقع، او شاهد پديده اى بس ژرف تر از اين بود: كش آمدن نور به خاطر انبساط كل عالم.
•شواهد انبساط
نخستين اشارات در سال ۱۹۲۴ آشكار شدند و آن زمانى بود كه ادوين هابل از رصدخانه ماونت ويلسون در كاليفرنيا نشان داد كه سحابى ها در واقع كهكشان هاى وسيعى بسيار دور از كهكشان ما هستند. پنج سال بعد هابل اقدام به انتشار يكى از مهم ترين نتايج دانش امروز كرد: تصاويرى كه نشان مى داد «جابه جايى هاى قرمز» اين كهكشان هاى دوردست همراه با فاصله آنها از ما به طور ثابت در حال افزايش است. اين فرمول كه امروز آن را تحت قانون هابل مى شناسيم، دقيقاً بيانگر همان رفتارى است كه «نسبيت عام» براى عالم در حال گسترش پيش بينى مى كند.
در اين مباحثه و اختلاف نظر علمى حق با فريدمن و لامتر بود و اينشتين مى دانست كه با سازگار كردن زوركى معادلاتش با باورهاى قديمى در واقع توانايى شگفت انگيزترين پيش بينى در تاريخ علم را از خود سلب مى كرد. اين لامتر بود كه به مفهومى كه كمتر از اين شگفتى آور نبود اشاره كرد: اين كه عالم بايد زمانى با انفجارى بسيار عظيم موجوديت پيدا كرده باشد. وى بعدها به عنوان پدر نظريه «انفجار بزرگ» مورد تحسين قرار گرفت. در اين ميان، اينشتين اين از دست دادن فرصت را احمقانه ترين اشتباه زندگى خويش خواند.
به زودى آشكار شد كه عالم مى تواند با اخترشناسان و نيز نظريه پردازان بازى كند. نخستين اندازه گيرى هاى سرعت انبساط عالم اين معنا را مى رساند كه جهان تنها چند ميليارد سال قبل به وجود آمده كه بدين ترتيب حتى از كره زمين هم جوان تر مى نمود. در سال ،۱۹۴۸ سه نظريه پرداز دانشگاه كمبريج به نام هاى هرمان بوندى، تاماس گولد و فرد هويل راه حل ابتكارى مناسبى براى خارج شدن از اين وضعيت دشوار و معماگونه يافتند. آنها نشان دادند كه قانون هابل با جهانى سازگار است كه در «وضعيت ايستا» قرار دارد و سرعت توسعه و چگالى اش هيچ گاه تغيير نمى كند (كه آن تحت عنوان «نظريه وضعيت ايستا»ى عالم شناسى خوانده مى شود.) از نقطه نظر رياضى، اين گفته بدان معناست كه عالم به رغم آنچه كه از ظواهر امر بر مى آيد در واقع در زمانى بى نهايت دور متولد شده است. لذا مدل «وضعيت ايستا» با زرنگى تمام مشكل سن عالم را مرتفع كرد و بدين ترتيب بسيارى از ظرافت نهفته در آن به حيرت آمدند. با اين حال براى آن كه چگالى ماده ثابت باقى بماند، لازم بود ماده از جايى چون هيچ كجا به داخل عالم نشت كند. مطرح كنندگان اوليه اين نظريه به اين نكته اشاره داشتند كه اين موضوع كمتر از اين كه بگوييم عالم به يك باره در حادثه اى كه هويل به طعنه آن را «انفجار بزرگ» خواند پديد آمد غيرقابل قبول نيست. تا اواخر دهه ،۱۹۵۰ اندازه گيرى هاى جديد نشان دادند كه سن عالم بهتر است بالاتر از سن زمين باشد، كه در واقع به نوعى خالى كردن زير پاى مدل «وضعيت ثابت» بود. ولى ضربه واقعى خردكننده در سال ۱۹۶۴ با مهم ترين كشف در عالم شناسى از زمان قانون هابل وارد شد. دو مهندس آمريكايى در حال يافتن منبع نوعى «هيس» ريزموج بودند كه نوعى آنتن راديويى شيپورى شكل در آزمايشگاه بل در نيوجرسى آن را يافته بود. چنين به نظر مى رسد كه اين موج از ماوراى كره زمين آمده بود، ولى اهميت آن تنها پس از آن كه مهندسين با اختر _ فيزيكدانان در دانشگاه پرينستون گفت وگو كردند، مشخص شد. اختر _ فيزيكدانان به مهندسين گفتند كه هيس مذكور دقيقاً از تابش حرارتى انتقال يافته به قرمز كه پس از انفجار بزرگ باقى مانده انتظار مى رفت.
•شواهد نهايى و تعيين كننده
كشف اين پس زمينه ريز موجى عالم را امروز بهترين شاهد بر اين كه جهان به صورت يك گلوله آتشين عظيم آغاز شد، تلقى مى كنند. ليكن اين تنها قرينه و شاهد نيست. بيش از ۵۰ سال قبل، اختر _ فيزيكدان روسى _ آمريكايى جورج گاموف و همكارانش دريافتند كه حرارت حاصل از انفجار بزرگ آغاز واكنش هاى هسته اى بود كه مى توانستند عناصر شيميايى را به وجود آورند. آنها حساب كردند كه جهان بايد از حدود سه قسمت هيدروژن در برابر يك قسمت هليوم تشكيل شده باشد _ چيزى كه بعدها اخترشناسان آن را تائيد كردند.
در سال هاى دهه ،۱۹۷۰ نظريه پردازان شروع كردند به دست و پنجه نرم كردن با آثار كوانتومى كه احتمالاً در عالم كوچك و به شدت گرم اوليه وجود داشت. توجه ها معطوف به به اصطلاح ميدان هاى اسكالر شد، كه عالم شناسان در اتحاد جماهير شوروى و ايالات متحده نشان دادند مى توانستند موجب آغاز انبساط عالم با سرعتى باورنكردنى تحت عنوان بادكردگى شوند. از اين هم بهتر، اين ميدان هاى ضد جاذبه مى توانستند انرژى خويش به درون عالم تازه متولد شده را خالى كنند و بدين ترتيب نوعى از حرارت و ماده را توليد كنند كه مورد نياز انفجار بزرگ بود.
اين تنها يك نظريه بود، دلايل و شواهد به نفع آن در سال ۱۹۹۲ يعنى با شروع دوران جديد جهان شناسى ظاهر شدند. ماهواره «كاوشگر پس زمينه جهان» كه در نوامبر ۱۹۸۹ به فضا پرتاب شد، تابش ريزموجى را كه عالم را با دقتى بى سابقه پر كرده بود مورد توجه و بررسى قرار داد و بدين ترتيب نگرش هايى كه زمانى تنها مى شد خواب آنها را ديد به عالم شناسان داد. «كاوشگر پس زمينه جهان» نشان داد كه گلوله آتشين اوليه اكنون با دماى درست ۷۳/۲ درجه بالاتر از صفر مطلق سرد شده است. همچنين نشان داده شد كه پس زمينه ريزموجى جهان داراى ويژگى هاى فنى است كه به طور گسترده در راستاى نظريه بادكردگى (inflation) است.
•رازگشايى هاى جديدتر
از آن زمان تاكنون، رصدها از زمين و نتايج حاصل از ماهواره ناسا به نام Wilkinson Microwave Anisotropy Prohe كه دماى تابش پس زمينه اى جهان را بر پهنه آسمان اندازه مى گيرد جزئيات بيشترى به دست داده اند، انتظار مى رود كه ماهواره «آژانس فضايى اروپا» تحت عنوان پلانك كه قرار است سال ۲۰۰۷ به فضا پرتاب شود، شواهد بيشتر و نگرش گسترده ترى پيرامون بادكردگى فراهم شود. اگر هم اطلاعاتى را كه تاكنون جمع آورى شده روى هم بگذاريم تصويرى از يك عالم نوزاد به دست مى آيد كه حدود ۱۳۷۰۰ ميليون سال پيش به ناگهان و گويى از هيچ كجا دچار تورم و بادكردگى شد. سپس در حالى كه آكنده از ميدان هاى اسكالر بود به ناگهان دچار تورم شد و ظرف حدود ۱۲ _ ۱۰ ثانيه از چيزى در حدود يك ميليارد بار كوچكتر از پروتون به اندازه يك گريپ فروت رسيد، سپس بازهم به ناگهان، ميدان اسكالر فرو ريخت و انرژى به شكل تابش ماده آزاد كرد كه آن را ما انفجار بزرگ مى خوانيم.
لذا به نظر مى رسد كه انفجار بزرگ روى هم رفته آغاز همه چيز نبود، بلكه تنها حاصل آثارى بود كه پيش از آن در جهان تازه متولد دست اندركار بودند. درك اين آثار مستلزم نه چيزى كمتر از «نظريه همه چيز» كه قادر به توضيح تمام نيروهاى طبيعت و ذراتى كه اين نيروها بر آنها عمل مى كنند - و حتى منشاء مكان و زمان _ است.اين چشم اندازى ترس آور است، ولى نظريه پردازان اميدوارند كه بتوانند منبع توانمند جديدى براى ديدگاه هايمان فراهم آورند: امواج جاذبه.
تصور مى شود اين خيزابچه ها (ripples) در خود بافت مكان و زمان، كه در سال ۱۹۱۶ اينشتين وجود آنها را پيش بينى كرده بود، با شديدترين و قوى ترين رويدادهاى عالم مثل انفجار سوپرنوواها و تصادم چاله هاى سياه آغاز شدند. اخترشناسان هم اكنون به فكر ساخت رصدخانه هاى عظيم فضايى كه قادر به كشف امواج جاذبه اى كه در جريان انفجار بزرگ، بادكردگى و شايد حتى عملاً خود لحظه خلقت به وجود آمده اند باشند.
تا اين لحظه كسى نتوانسته امواج جاذبه را كشف كند؛ حضور آنها در واقع پيش گويى بزرگ اينشتين است كه هنوز در انتظار تائيد و تصديق است. اگر آن طور كه بيشتر دانشمندان عقيده دارند اينشتين حق داشته و امواج جاذبه واقعاً وجود داشته باشند، آنها همان كليدى خواهند بود كه قفل راز نهايى عالمى را كه خود وى بسيار براى حل آن تلاش كرد، خواهند گشود.
و امّا بیگ بنگ

پژوهش های انجام شده در سالهای پیش نشان می دهد كه جهان افزون بر آنكه در حال بزرگ شدن است، این انبساط دارای شتاب نیز می باشد. یعنی همچنان كه كهكشانها در حال دور شدن از یكدیگر هستند، افزون بر تندی (سرعت) دارای شتاب نیز می باشد .
هنگامی كه بحث انبساط جهان مطرح شد، برای توجیه آن باید یك نظریه منطقی و نو ارائه می شد تا بتواند بزرگ شدن جهان را توجیه كند.
این نظریه باید توضیح می داد كه بزرگ شدن جهان از كجا و چه زمانی آغاز شده است؟
برای توجیه بزرگ شدن جهان نظریه "مهبانگ" (انفجار بزرگ- Big Bang) مطرح شد كه بر پایه ی آن جهان از انفجار یك توده ی فوق العاده متراكم و با حجم ناچیز آغاز شده است .
پس از آنكه شتاب جهان مطرح شد، باید یك دلیل منطقی برای توجیه آن ارائه می شد. همچنانكه می دانید طبق قوانین فیزیك شتاب ناشی از اعمال نیرو یا انتقال انرژی صورت می گیرد. بنابراین باید نیرویی به جهان اعمال شود یا انرژی وجود داشته باشد تا بتواند شتاب جهان را توجیه كند. براین پایه بحث انرژی تاریك یا Dark Energy مطرح شد كه هنوز سرچشمه و چرایی آن ناشناخته است. البته در این زمینه نظریه های گوناگونی مطرح شده است، اما هیچ كدام نتوانسته پاسخی پذیرفتنی به آن بدهد .

نظریه ی سی.پی.اچ و انرژی تاریک
طبق نظریه ی CPH همه ی ذرات موجود در جهان از CPH تشكیل شده اند و CPH همواره با مقدار سرعت ثابت حركت می كنند و هنگامیكه یكدیگر را جذب می كنند مقداری از این سرعت ثابت به حركت دورانی تبدیل می شود كه آن را اسپین می نامند به طوری كه طبق نظریه CPH پس از مهبانگ CPHها به همه ی اطراف جهان پراكنده شدند كه با سرعت ثابت Vc , Vc>c به حركت خود ادامه می دادند. بتدریج CPH ها یكدیگر را جذب كردند و به انرژی تبدیل شدند و انرژی نیز به ماده و پاد ماده تبدیل شد. بتدریج غبارهای آسمانی تشكیل گردید و ستارگان و كهكشانها پدید آمدند. از آنجایی كه همه ی اجسام و ذرات موجود در جهان از CPH تشكیل شده اند و این CHP ها در ساختمان ماده دارای حركت دورانی یا اسپین هستند، لذا هر انفجاری كه در جهان صورت گیرد، مقداری از حركت دورانی یا اسپین CPH ها به حركت انتقالی تبدیل می شود .
چون بیشتر ماده ی موجود در جهان در ستارگان در حال انفجار است، لذا بطور مداوم حركت دورانی CPH ها به حركت انتقالی تبدیل می شود و این امر موجب انبساط و در عین حال شتاب جهان می شود .


نظری به چگونگی گسترش جهان
همه چیز در حال گردش است. زمین به گرد خورشید می چرخد و ماه به گرد زمین. زمین و همه ی سیاره ها ی منظومه خورشیدی نیز به دور ستاره بزرگ خورشید می چرخند. منظومه خورشیدی ما كه در یكی از بازوهای كهكشان راه شیری قرار دارد به گرد هسته مركزی راه شیری می چرخد. كهكشان راه شیری در خوشه ای به نام گروه محلی قرار دارد. همگی كهكشان های گروه محلی نیز به دور مركز گروه محلی می چرخند.
از گرد هم آمدن گروه ها و خوشه های بسیاری همچون گروه محلی، مجموعه بسیار بزرگ تری به نام «ابر خوشه» تشكیل می شود. جهانی كه ما در آن زندگی می كنیم از میلیون ها ابر خوشه تشكیل شده است. اکنون می خواهیم از زمین كوچكمان كه در این جهان بزرگ، حتی به اندازه یك نقطه كوچك هم نیست بیرون رویم و به سوی نخستین لحظه های تشكیل کیهان برویم .
بیش از 13 میلیارد سال پیش همه ی انرژی های دنیا، یعنی همه ی آن چیزی كه هم اكنون وجود دارد به صورت اصلی ترین ماده تشكیل دهنده ی انرژی در یك نقطه وجود داشت. (در طول مقاله واژه های كیهان و عالم به کار برده شده است كه هر دو به یك معنا است. ) این نقطه با انفجاری بزرگ گسست و انرژی خود را به هر سو پخش كرد.
این لحظه را «مهبانگ» (انفجار بزرگ – Big Bang ) می گویند. پس از انفجار بزرگ همه ی انرژی های جهان كه در یك نقطه جمع شده بود به هر سو پخش و گسترده شد كه اكنون نیز ادامه دارد. به زبان ساده جهان از زمان مهبانگ تا اكنون در حال انبساط (باز شدن) است. پس از دو دقیقه با همجوشی پروتون ها و نوترون ها، دوتریوم درست شد. پس از سه دقیقه، هلیم از همجوشی دوتریوم، پروتون ها و نوترون ها پدیدار شد. در آن هنگام چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها كمتر بوده است، در حالی كه هم اكنون چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها بیشتر است. در آغاز ساخته شدن کیهان نوترون ها، پروتون ها و الكترون ها تنها سهم ناچیزی از مقدار ماده را داشتند و این فوتون ها بوده اند كه انحنای فضا- زمان را به وجود می آوردند.
صدهزار سال پس از تشكیل عالم، دمای كیهان هشت هزار كلوین بود در حالی كه نهصد هزار سال بعد دمای جهان به سه هزار درجه كلوین كاهش یافت. در این زمان به دلیل افت دما و خنكی نسبی ای كه به وجود آمده بود پروتون ها و الكترون ها با یكدیگر درهم آمیخته شدند تا این كه اتم های خنثای هیدروژن را به وجود آوردند. كیهان در این زمان (یك میلیون سالگی) برای نخستین بار شفاف شد كه با وقوع شفافیت فوتون های زمینه میكرو موجی كیهانی در تمام عالم گسترش یافتند. در این هنگام بخش هایی از كیهان كه مقداری از میانگین چگال تر بودند تبدیل به خوشه ها، ابرخوشه ها و كهكشان ها شدند و بخش های كوچك و كم تراكم تر باقیمانده تبدیل به فضای میان ابرخوشه ها شدند.
طی یك دوره چند میلیون ساله ابر های گازی به وجود آمدند كه هسته آغازین تشكیل ستارگان بودند. كهكشان راه شیری در یك ابر چرخنده كم سرعت از هیدروژن و هلیوم كه در حدود 100 كیلو پارسك (326 سال نوری) پهنا دارد تشكیل شد. البته هنوز معلوم نیست كه كهكشان ما از یك ابر بزرگ گازی تشكیل شده یا آن كه شماری از ابرهای كوچك كه با یكدیگر درهم آمیخته شده اند. در راه تکمیل و گسترش کیهان در مركز كهكشان راه شیری دو مركز بسیار پرانرژی كه سیاه چاله هستند به وجود آمد كه به نوعی نقطه تعادل و جاذبه گردشی كهكشان است. بیش از 5/4 میلیارد سال پیش منظومه خورشیدی ما در درون یكی از ابرهای گازی كهكشان راه شیری زاده شد. در آغاز بخش هایی از این ابر بزرگ شروع به متراكم شدن كرد و بر اثر كشش گرانشی فشرده شد تا به صورت یك توده كروی شكل درآمد. پس از صد هزار سال خورشید به صورت یك كره بسیار كوچك زاده شد. خورشید كوچك پیاپی داغ تر و گرم تر می شد و به سرعت به گرد خود می چرخید و از خود ماده در فضا رها می كرد. پس از مدتی خورشید به دوران بلوغ خود رسید. در این دوره نخستین انفجارهای هسته ای خورشید آغاز شد كه سبب درخشش این ستاره بزرگ می شد. خورشید از آغاز پیدایش خود تاكنون پیاپی در حال تبدیل ماده به انرژی است.
حلقه هایی از موادی كه از خورشید جدا می شدند كم كم به صورت اجرام كوچكی درآمدند و پس از مدتی بر اثر گرانش بسیار بالای خورشید در مدار هایی متفاوت شروع به چرخیدن كردند. این اجرام كه توده های كوچك چرخانی در میان توده های بزرگی از گاز و غبار بودند پس از طی چندین میلیون سال تبدیل به سیاره های بزرگ و كوچكی شدند كه امروزه به نه نام مختلف همچنان به دور خورشید بزرگ در حال گردش هستند. هر نه سیاره منظومه خورشیدی در نه مدار مختلف و در فاصله های معینی از خورشید قرار دارند كه به ترتیب از اولین سیاره نزدیك به خورشید عبارتند از " تیر (عطارد)، ناهید (زهره)، زمین، بهرام (مریخ)، برجیس (مشتری)، کیوان (زحل)، اورانوس، نپتون و پلوتو "
یوهان كپلر قانون های سه گانه ای را كشف و برای حركت سیاره ها وضع كرده است كه شامل مواد زیر است:
1-همه سیاره ها در یك مدار بیضی شكل به گرد خورشید می چرخند.
2- هر سیاره ای كه در گردش خود نزدیك به خورشید می رسد، سرعتش بیشتر می شود.
3- بین مسافت و دوری سیاره از خورشید با زمانی كه مدار خود را می پیماید، نسبت خاصی برقرار است.

جهان پهناور ما همچون بادكنكی كه در حال باد شدن است مدام در حال بزرگ شدن است و هر روز بر پهنای آن افزوده می شود. بر طبق قانون هابل كهكشان های دوردست با سرعتی به تناسب دوریشان از ما فاصله می گیرند، بنابراین كیهان به طور یكنواخت در حال انبساط است. البته بایستی بدانید كه كهكشان ها خود در حال انبساط و بزرگ شدن نیستند بلكه این فضا- زمان است كه باز می شود و كهكشان ها را با خود می برد. بر پایه ی این قانون اگر کیهان باز باشد، انبساط تا بی نهایت ادامه دارد و اگر بسته باشد انبساط متوقف شده و کیهان شروع به رمبش (انقباض) می كند. چون گرانش از سرعت انبساط عالم می كاهد ممكن است كه روزی پیروز شود و موجب توقف گسترش کیهان و در نتیجه فروریختن كیهان در خود شود. برای درك بهتر آن نمونه ای می آوریم: سرعت گریز از زمین 4/11 كیلومتر بر ثانیه است. حال اگر موشكی با سرعت كمتر بخواهد از جو زمین خارج شود گرانش زمین این اجازه را به او نمی دهد و موشك به سوی زمین باز می گردد. پس اگر سرعت نسبی دو كهكشان از سرعت گریزشان كمتر باشد روزی انبساط پایان یافته و كیهان آغاز به انقباض می كند و اگر سرعت گریزشان بیشتر باشد انبساط عالم ادامه خواهد داشت. برای رسیدن به پاسخی قطعی درباره سرنوشت کیهان ما، در آغاز بایستی به چگونگی پیدایش آن پی برد. هم اكنون گروهی از دانشمندان فیزیك در حال بررسی زمان صفر انفجار بزرگ از راه «نظریه ریسمان ها» هستند. نظریه ریسمان ها فرضیه ای نوین است كه هنوز به صورت تجربی ثابت نشده است. بر طبق این نظریه، کیهان در رده ای بنیادی تر از رشته ها یا ریسمان هایی ساخته شده كه با فركانس های مختلف ارتعاش می كنند. پژوهش درباره ماهیت انفجار بزرگ به ظاهر تنها از طریق نظریه ریسمان ها امكان دارد اما زمان پاسخ به چنین پرسشی سخت و دشوار كه بزرگ ترین معمای عالم است مشخص نیست.


نظریه ی مهبانگ(نظریه ی انفجار بزرگ)


شرح گام به گام تاریخ کیهان از دید نظریه ی "مهبانگ" :
آشكار است برای آگاهی از چگونگی نخستین ثانیه ها و یا بهتر بگوییم نخستین اجزای ثانیه های پس از انفجار آغازین نباید از ستاره شناسان پرسید بلكه در این مورد باید به فیزیكدان های متخصص در امر فیزیك ذره ای مراجعه كرد كه در مورد تشعشعات و ماده در شرایط كاملا سخت و غیر عادی جستجو و تجربه می كنند. تاریخ كیهان معمولا به 8 مقطع كاملا متفاوت و نا مساوی بخش می شود:
مرحله نخست ( صفر تا10 به توان 43- ثانیه)
این مساله هنوز برایمان كاملا روشن نیست كه در این نخستین اجزای ثانیه ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد كه كیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله اندازه گیری برای دمای بسیار بالا و تصورناپذیری كه در این زمان حاكم بود در دست نمی باشد.
مرحله دوم ( از10 به توان 43- تا 10 به توان 32- ثانیه )
نخستین سنگ بناهای ماده مثلا كوارك ها و الكترون ها و پاد ذره های آنها از برخورد پرتوها با یكدیگر به وجود می آیند. بخشی از این سنگ بناها دوباره با یكدیگر برخورد می كنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ذره های فرا سنگین - x نیز می توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذره ها دارای این ویژگی هستند كه هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به پاد ماده و مثلا كوارك های بیشتری نسبت به آنتی كوارك ها ایجاد می كنند. ذره های x كه تنها در همان نخستین اجزای بسیار كوچك ثانیه ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند كه عبارت بود از : " افزونی ماده در برابر پاد ماده "
مرحله سوم ( از10 به توان 32- ثانیه تا 10 به توان 6- ثانیه )
كیهان از مخلوطی از كوارك ها - لپتون ها - فوتون ها و ذره های دیگر تشكیل شده كه متقابلا به ایجاد و نابودی یكدیگر مشغول بوده و همچنین خیلی سریع در حال از دست دادن دما هستند.
مرحله چهارم ( از 10 به توان 6- ثانیه تا 10 به توان 3- ثانیه )
(این مر حله در بعضی از نظریه ها وجود ندارد)کمابیش همگی كوارك ها و پاد كوارك ها به صورت پرتو ذره ها به انرژی تبدیل می شوند. كوارك های جدید دیگر نمی توانند در دماهای رو به كاهش به وجود آیند ولی از آن جایی كه كوارك های بیشتری نسبت به پاد كوارك ها وجود دارند برخی از كوارك ها برای خود جفتی پیدا نكرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر 3 كوارك با یكدیگر یك پروتون با یك نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اكنون ایجاد شده اند.
مرحله پنجم( از 10 به توان 3- ثانیه تا 100 ثانیه )
الكترون ها و پاد الكترون ها در برخورد با یكدیگر به اشعه تبدیل می شوند. شماری از الكترون ها باقی می ماند زیرا كه ماده بیشتری نسبت به پاد ماده وجود دارد. این الكترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند.

مرحله ششم ( از 100 ثانیه تا 30 دقیقه )
در دماهایی كه امروزه می توان در مركز ستارگان یافت نخستین هسته های اتم های سبك و به ویژه هسته های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته ای ساخته می شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا كربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی شوند. در آغاز آفرینش عملا تنها دو عنصر بنیادی كه از همه سبكتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن
مرحله هفتم ( از 30 دقیقه تا 1 میلیون سال پس از آفرینش )
پس از گذشت حدود 300000 سال گوی آتشین آنقدر دما از دست داده كه هسته اتم ها و الكترون ها می توانند در دمایی در حدود 3000 درجه سانتی گراد به یكدیگر بپیوندند و بدون اینكه دوباره بی درنگ از هم بپاشند اتم ها را تشكیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره ای كه قبلا نا مرئی بود اكنون قابل دیدن می شود.
مرحله هشتم ( از یك میلیون سال پس از آفرینش تا امروز )
از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری، ستارگان و سیاره ها به وجود می آیند. در درون ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اكسیژن و آهن تولید می شوند. كه بعد ها در انفجارهای ستاره ای آزاد می گردند و برای ساخت ستارگان و سیاره ها و زندگی جدید به كار می آیند.

عناصر اصلی زندگی زمینی چه موقع پدیدار شد؟

برای زمین با توجه به گوناگونی زندگی كه در آن وجود دارد 3 چیز از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است:
1. از همان ابتدای خلقت همیشه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراین همواره ماده برای ما باقی می ماند.
2. در مرحله ششم هیدروژن به وجود آمد این ماده كه سبك ترین عنصر شیمیایی می باشد سنگ بنای اصلی كهكشان ها و سیاره ها می باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده ای است كه بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند.
3. در مركز ستارگان نخستین هسته اتم های سنگین از قبیل اكسیژن و یا كربن یعنی سنگ بناهای اصلی مورد نیاز برای زندگی به وجود آمدند.

آیا جهان همواره در حال انبساط خواهد بود؟

جنبش انبساطی یا به عبارت دیگر از همدیگر دور شدن كهكشان ها به هر حال رو به كند شدن است. زیرا جزایر جهانی متعدد در واقع به سمت یكدیگر جذب می شوند و در نتیجه حركت انبساطی آن ها كند تر می شود. اكنون پرسش این است كه آیا زمانی همه ی این حركت ها متوقف خواهد گردید و این عالم در هم فرو خواهد پاشید؟ این مساله بستگی به تراكم ماده در جهان هستی دارد. هر چه این تراكم بیشتر باشد نیرو های گرانش میان كهكشان ها و دیگر اجزای گیتی بیشتر بوده و به همان نسبت حركت آن ها با شدت بیشتری متوقف خواهد شد. هم اکنون چنین به نظر می رسد كه تراكم جرم بسیار كمتر از آن است كه زمانی عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر روی این امكان وجود دارد كه هنوز جرم های بسیار بزرگ ناشناخته ای از قبیل ( سیاه چاله های اسرار آمیز) یا ( ابرهای گازی شكل تاریك) وجود داشته باشند و یا نوترینو ها كه بدون جرم به شمار می آیند جرمی هرچند كوچك داشته باشند. اگر این طور باشد در این صورت حركت كیهانی زمانی شاید 30 میلیارد سال دیگر متوقف خواهد شد. در آن زمان كهكشان ها با شتابی زیاد حركت به سوی یكدیگر را آغاز خواهند كرد تا در پایان به شكل یك گوی آتشین بزرگ یكپارچه شوند. آن زمان شاید می باید روی یك انفجار اولیه جدید دیگر و زاده شدن یك کیهان دیگر حساب كنیم. با توجه به سطح كنونی دانش آدمی و میزان پژوهش های انجام شده باید اینطور فرض كرد كه کیهان تا ابدیت انبساط خواهد یافت.


and other places ستارگان کویر یزد
+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و هشتم آذر 1385ساعت 22:1  توسط سلمان حسین نژاد  | 

سیاهچاله ها

 

سياه چاله ها

 

سياهچاله چيست

 

گرانش :

كره زمين و ديگر كرات و سيارات تشكيل دهنده جهان ما همگي داراي نيرويي هستند كه اشياء را به سوي خود جذب مي‌كنند اين نيرو را گرانِش يا جاذبه مي‌‌ناميم، كه نيوتن آن را كشف كرد. از دير باز همواره دو مسئله مورد توجه بود: تمايل اجسام به سقوط به طرف زمين هنگام رها شدن. حركات سيارات،از جمله خورشيد و ماه كه در آن زمان سياره بشمار مي‌آمدند. در گذشته اين دو موضوع را جدا از هم ميدانستند.يكي از دستاوردهاي بزرگ آيزاك نيوتن اين بود كه نتيجه گرفت: اين دو موضوع در واقع امر واحدي هستند و از قوانين يكساني پيروي مي‌كنند. در سال ۱۶۶۵ ،پس از تعطيلي مدرسه به خاطر شيوع طاعون، نيوتن، كه در آن زمان ۲۳ سال داشت،از كمبريج به لينكلن شاير رفت.او در حدود پنجاه سال بعد نوشت:....در همان سال (۱۶۶۵) اين فكر به نظرم آمد كه نيروي لازم براي نگه داشتن ماه در مدارش و نيروي گرانش در سطح زمين با تقريب خوبي با هم مشابهند. ويليام استوكلي، يكي از دوستان جوان ايزاك نيوتن مي‌‌نويسد، وقتي با آيزاك نيوتن زير درختان سيب يك باغ مشغول صرف چاي بوده است نيوتن به او گفته كه ايده گرانش در يك چنين حايي به ذهنش خطور كرده است. استوكس مي‌‌نويسد:«او در حالي كه نشسته و در فكر فرو رفته بود سقوط يك سيب توجهش را جلب مي‌كند و به مفهوم گرانش پي مي‌‌برد. پس از آن به تدريج خاصيت گرانش را در مورد حركت زمين و اجسام سماوي به كار مي‌‌برد........» البته بايد گفت: اينكه سيب مذكور به سر آيزاك نيوتن خورده است يا خيرمعلوم نيست! آيزاك نيوتن تا سال ۱۶۷۸ ،يعني تقريبا تا ۲۲ سال پس از درك مفهوم اساسي گرانش نتايج محاسبات خود را به طور كامل منتشر نكرد. در اين سال دستاوردهايش را در كتاب مشهور اصول كه از آثار بزرگ اوست منتشر كرد. از دلايلي كه باعث مي‌‌شد او نتايج خود را انتشار ندهد، مي‌توان به دو دليل اشاره :يكي شعاع زمين ،كه براي انجام محاسبات لازم بود و آيزاك نيوتن آن را نمي‌دانست و ديگري، آيزاك نيوتن به طور كلي از انتشار نتايج كار خود ابا داشت زيرا مردي كمرو و درونگرا بود واز بحث و جدل نفرت داشت. راسل در مورد او مي‌‌گويد:«اگر او با مخالفت‌هايي كه گاليله با آن‌ها مواجه بود ،روبرو مي‌‌شد، شايد هرگز حتي يك سطر هم منتشر نمي‌كرد. در واقع ،ادموند هالي(كه ستاره دنباله دار هالي به نام اوست) باعث شد آيزاك نيوتن كتاب اصول را منتشر كند. آيزاك نيوتن در كتاب اصول از حد مسائل سيب-زمين فراتر مي‌‌رود و قانون گرانش خود را به تمام اجسام تعميم مي‌دهد. گرانش را مي‌توان در سه قلمرو مطالعه كرد: جاذبه بين دو جسم مانند دو سنگ و يا هر دو شيئ ديگر.اگر جه نيروي بين اجسام به روش‌هاي دقيق قابل اندازه گيري است ولي بسيار ضعيف تر از آن است كه ما با حواس معمولي خود آن را درك كنيم. جاذبه زمين بر ما و اجسام اطراف ما كه يك عامل تعيين كننده در زندگي ماست و فقط با اقدامات فوق العاده مي‌توانيم از آن رهايي پيدا كنيم. مانند پرتاب فضاپيماهايي كه بايد از قيد جاذبه زمين رها شوند. در مقياس كيهاني يعني در قلمرو منظومه خورشيدي و بر هم كنش سياره‌ها و ستاره ها،گرانش نيروي غالب است. آيزاك نيوتن توانست حركت سيارات در منظومه خورشيدي و حركت در حال سقوط در نزديكي سطح زمين را با يك مفهوم بيان كند.به اين ترتيب مكانيك زميني و مكانيك سماوي را كه قبلا از هم جدا بودند در يك نظريه واحد با هم بيان كند.از نظريه‌هاي ديگر مي‌توان به نظريه گرانش اينشتين يا همان نسبيت عام و همچنين نظريه‌هاي كوانتومي اشاره كرد كه در اكثر آنها (نظريه‌هاي كونتومي) عامل انتقال گرانش ذرات بوزوني بنام گرويتون (Graviton) هستند....... ..... تئوري نسبيت عام انيشتين: نيوتون فرض مي كرد كه نيروي گرانش به طور لحظه اي عمل مي كرد . نظر او اين بود كه اعمال شدن كشش خورشيد بر روي زمين محتاج زمان نيست ، و بر هم كنش هاي گرانشي ، حتي در فواصل نامحدود ستارگان ، در آني روي مي دهد . انيشتين به نادرست بودن اين نظر پي برد ، چرا كه هيچ بر هم كنشي ( و همچنين هيچ جسمي ) نمي تواند سريع تر از سرعت نور منتشر شود . از اين رو ، انيشتين تكميل نظريه ي جديدي را در باره ي گرانش آغاز كرد كه در آن هم سرعت انتشار گرانش همان سرعت نور باشد و هم بتواند حركت هاي سيارات را به خوبي نظريه ي نيوتون توضيح دهد. به فرجام رساندن اين كار ، نه از نظر فرمول بندي رياضي آسان بود و نه به راحتي در تصور مي آمد . انيشتين مجبور بود كه پيش از ترسيم تصوير كاملي از گرانش ، بعضي از تصورات پيشين درباره ي ماهيت فضا ، زمان و حركت را كنار بگذارد . وي لازم ديد كه منظره ي ساده و به راحتي قابل تصوري كه از فضا داريم ، يعني فضاي مسطح سه بعدي ، را نيز كنار بگذارد . در عوض ، آنچه از جانب انيشتين مطرح و نشان داده شد اين بود كه ميدان گرانشي در فضا ، مثلا ميدان ناشي از وجود خورشيد ، به اعوجاجي در فضا مي انجامد ، كه شدت آن به ميزان جرم جسم بستگي دارد . علاوه بر اين ، انيشتين دريافت كه صرفا در قالب جهان سه بعدي نمي توان به راحتي اين موضوع را درك كرد و از اين رو ، در معادلات خود ، زمان را به منزله ي بعد چهارم به كار برد. ما معمولا فرض مي كنيم كه يك رويداد تنها در فضا روي مي دهد و بنابراين فكر مي كنيم كه هر رويداد را تنها به كمك سه عدد ، كه مختصات فضايي آن را نشان مي دهد ، مي توان وصف كرد . انيشتين رويداد ها را در فضا-زمان توصيف كرد ، اما باز قدمي جلوتر نهاد و فرض كرد كه چهار بعد فضا-زمان مي تواند خميده باشد. سرانجام ، در 1916 ، نظريه ي نسبيت عام به طور كاملا رياضي بسط داده شد ، كه شامل معادلات توصيف كننده ي انحناي فضا-زمان در پيرامون يك جسم پر جرم بود. براي اين كه اين مساله را راحت تر تجسم كنيد ، لحظه اي فكر كنيد كه فضا-زمان ، به عوض چهار بعدي بودن ، دو بعدي است . ما مي توانيم اين فضا-زمان دو بعدي را به صورت يك صفحه ي مسطح ، كه هيچ جسم داراي جرم در مجاورت آن نيست ، نشان دهيم . اما در حضور يك جسم ، مانند خورشيد ، صفحه ي مسطح معوج مي شود . فرورفتگي ظاهر مي گردد كه نشانگر انحناي فضا-زمان در نتيجه ي ميدان گرانشي جسم است . هر چه جرم جسم بيشتر باشد ، به فرورفتگي بزرگتري در فضا-زمان مي انجامد . هر جسمي كه به قدر كافي به اين فرو رفتگي نزديك شود مجبور است كه مسير خود را تغيير دهد . اگر حركت جسم بسيار آرام و كاملا به سمت مركز فرورفتگي باشد ، به درون حفره ي فرورفتگي مي افتد و در ته آن ساكن مي شود . اگر جسم به هنگام حركت به سوي خورشيد ، سرعت كافي داشته باشد ، خورشيد را پشت سر مي گذارد ، اما مسير آن خط راست نخواهد بود . جسم ، موقعي كه از فرورفتگي عبور مي كند ، مستقيم ترين مسير ممكن را طي مي كند ( خط ژئودزيك) ، اما آشكا است كه اين خط نمي تواند خط مستقيم باشد ، زيرا صفحه اي كه جسم در آن حركت مي كند ، خميده است. از اين رو ، جسمي مانند يك دنباله دار ، هنگامي كه از كنار خورشيد مي گذرد ، در اثر گرانش خورشيد چنان تغيير مسير مي دهد كه پس از عبور از مجاورت آن ، راستايي كاملا متفاوت را در پيش مي گيرد . به همين ترتيب ، سياره اي مانند زمين ، علي رغم سرعت بسيار زيادي كه در فضا دارد ، گرفتار فرورفتگي فضا-زمان خورشيد مي شود و در ميان دامنه هاي اين فرورفتگي براي هميشه گردش مي كند. ....... سياه چاله چيست؟: به طور ساده سياه چاله قسمتي از فضا است كه جرم متمركز بسيار زيادي دارد بطوري كه هيچ جسمي شانسي براي فرار از جاذبه ي آن ندارد. تا به امروز بهترين تئوري براي جاذبه تئوري نسبيت اينشتين است و ما بايد در نتايج اين نظريه به اندازه ي كافي د قيق شويم تا بتوانيم سياه چاله ها را در جزئيات اين نظريه پيدا كنيم . فرض كنيد شما روي سطح سياره اي ايستاده ايد و سنگي را به هوا مي اندازيد اگر آنو به اندازه ي كافي با شدت به بالا پرتاب نكنيد آن سنگ به اندازه كمي بالا مي رود اما بعد از مدتي به علت شتاب جاذبه زمين آن سنگ شروع به سقوط مي كنه اگر شما به اندازه ي كافي آن سنگ رو محكم به هوا پرتاب كنيد شما مي توانيد آن رو از دام جاذبه ي آن سياه خارج كنيد و آن تا ابد در حال اوج گيري نسبت به آن سياره به حركت خود ادامه مي دهد به سرعتي كه شما لازم داريد تا سنگ از جاذبه ي آن سياره فرار كند " سرعت گريز " گفته مي شود همان طور كه حدس زده مي شود سرعت گريز به جرم سياره بستگي داره اگر سياره به اندازه ي كافي جرم زياد داشته باشد قاعدتا سرعت گريز بيشتري را طلب مي كند البته اين تنها عامل سرعت گريز نيست بلكه فاصله ما تا مركز سياره هم شرط ديگري است كه بر سرعت گريز تاثير مي گذارد رابطه ي فاصله با سرعت گريز رابطه ي عكس است براي مثال سرعت گريز از سطح سياره ي زمين 11/2 كيلومتر بر ثانيه است يا 25000 مايل بر ساعت در صورتي كه سرعت گريز از سطح ماه فقط 2/4 كيلومتر بر ثانيه است يا 5300 مايل بر ساعت (براي تبديل اين سرعت ها از سيستمي كه در پايين صفحه قرار دارد مي توانيد استفاده كنيد) حال تصور كنيد كه جسمي با جرمي فوق العاده زياد و شعاع فوق العاده كم داريم كه سرعت گريز از سطح آن به اندازه ي سرعت نور است سرعت گريز را از رابطه ي زير محاسبه مي گردد : V2=MG/R كه در آن V سرعت گريز از مركز ، M جرم سياره ، G ثابت گرانش و R فاصله ما تا مركز سياره است كه اگر ما روي سطح آن قرار گرفته باشيم برابر با شعاع آن سياره خواهد شد. شروع اوليه ي مطالعه ي چگالي شديد سياه چاله ها در سده ي 18 شروع شد ، تقريبا به فاصله ي كمي از انتشار نظريه ي نسبيت اينشتين كارل شوارتسشيلد موفق به حل معادله اي شد كه در مورد يك شي بحث مي كرد بعد ها اشخاصي مانند اپنهايمر ، ولكف و اشنايدر در سال 1930 متوجه وجود شي اي به نام سياه چاله در جهان شدند (البته واژه ي سياه چاله در سال 1969 توسط دانشمندي به نام جان آرچيبالد ويلر ابداع شد) اين دانشمندان نشان دادند كه وقتي ستارگان پر جرم سوخت خود را به طور كامل از دست مي دهند نمي توانند خود را تحمل كنند و نيروي جاذبه خودشان بر خودشان غلبه مي كند و آنها را به اصطلاح رمبيده مي كند به درون خود. در جهان نسبيت گرانش خود را در لباس خمش فضا و زمان نشان مي دهد . اجرام پر جرم فضا زمان را خميده مي كنند ، به اين دليل است كه هندسه نمي تواند آن را توصيف كند در كنار سياه چاله خمش فضا بسيار شديد است و به همين دليل خصوصيتهاي سياه چاله عجيب به نظر مي رسد سياه چاله ها داراي خصوصيتي به نام افق رويداد است اين افق رويداد سطحي كروي شكل است كه از آن به مرز سياه چاله ها نام برده مي شود شما مي توانيد داخل آن شويد اما نمي توانيد از آن خارج شويد در واقع به محض آنكه شما وارد آن شويد شما محكوم شده ايد كه به سمت مركز تكينگي كه در مركز سياه چاله واقع شده است كشيده شويد . شما مي توانيد فكر كنيد كه افق رويداد مكاني است كه سرعت گريز از آن برابر با سرعت نور است قاعدتا خارج است افق رويداد سرعت گريز كمتر از سرعت نور است براي يك رصدگر وقتي كه به افق رويداد نگاهي مي اندازيم البته نه با امكانات رصد چشمي بلكه راديويي و ... افق رويداد را سطحي كاملا كروي ثابت خواهيم يافت ولي اگر به آن كمي نزديك تر شويم متوجه تندي آن مي شويم در واقع آن دارد با سرعت نور حركت مي كند پس ما براي اينكه بتوانيم از سياهچاله فرار كنيم بايد سرعتي مافوق نور داشته باشيم . هنگامي كه به افق وارد شويد مختصات وضعيت فاصله شما از مركز به طور شتابداري كم مي شود ولي در عوض به خاطر هندسه ي منحصر به فرد سياه چاله ها مختصات زمان شما به طور شتابدار به سمت جلو مي رود به طوري كه شما فلواقع در آينده به سر خواهيد برد . ............

انواع سياهچاله :

شوارتس شيلد: ساده ترين نوع سياهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها يك افق رويداد و يك فوتون كره دارد، از آن نمي توان انرژي استخراج كرد. شامل تكينگي ، نقطه‌اي است كه در آن ماده تا چگالي نامحدود در هم فرو رفته است......... رايزنر- نورد شتروم: هم بار دارد وهم چرخش ، مي تواند دو افق رويداد داشته باشد ، اما تنها يك فوتون كره دارد. شامل يك تكينگي نقطه اي است كه وجود آن در طبيعت نامحتمل است، زيرا بارهاي آن همديگر را خنثي مي كنند...... كر: چرخش دارد، اما بار ندارد. بيضي و از بيروني حد استاتيك است. منطقه تيره ميان افق رويداد و حد استاتيك ارگوسفر است، كه مي توان از آن انرژي استخراج كرد. مي تواند دو افق رويداد و دو حد استاتيك داشته باشد. دو فوتون كره دارد. شامل يك تكينگي حلقه‌اي است........... .. كر- نيومان: هم بار دارد و هم چرخش ، همان سياهچاله كر است، جز اينكه بار دارد، ساختارش شبيه ساختار سياهچاله كر است. مي‌توان از آن انرژي استخراج كرد. يك تكينگي حلقه‌اي دارد... .... به نظر پژوهشگران چهارنوع سياهچاله همچنانكه ذكر شد مي تواند وجود داشته باشند. مهمترين موضوع در باب سياه چاله آنست كه، بدانيم ماده در داخل سياهچاله‌اي كه حاصل آمده است در نهايت به چه سرنوشتي دچار مي شود؟ اختر فيزيكدانان مي‌گويند: اگر مقداري ماده به داخل حفره سياه از قبيل آنچه كه از يك ستاره وزين مرده بجاي مانده بيندازيد، نتيجه نهايي همواره الزاما يك چيز خواهد بود و تنها جرم ، بار الكتريكي و اندازه حركت زاويه اي كه جسم با خود حمل مي كند باقي خواهند ماند. اما اگر كل جهان به داخل حفره سياه خود بيفتد، يعني به شكل سياهچاله در آيد، ديگر حتي كمياب بنيادي (جرم) ، بار الكتريكي و اندازه حركت زاويه اي نيز ناپديد مي گردند.

(شعاع شوارتس شيلد : )

بعد از مدت كمي كه از انتشار نسبيت عام گذشته بود كارل شوارتسشيلد اخترشناس آلماني با بررسي معادلات اين نظريه راه حلي را يافت كه فضاي اطراف جسم فشرده بسيار پر جرمي را كه ميدان گرانشي بسيار شديدي دارد توصيف مي كرد اين نكته مهم است كه بگوييم نيروي گرانش نه تنها به جرم بلكه به فاصله نيز بستگي دارد شوارتسشيلد دريافت كه اگر جرم يك جسم چنان متراكم شود كه در واقع تمام جرم آن در مركزش جاي بگيرد آنگاه فضا-زمان در فاصله ي معيني از جسم كه همان شعاع شوارتسشيلد است هندسه ي خاصي به خود مي گيرد جالب است كه بگوييم كه هيچ چيز نمي تواند از اين شعاع بگذرد و آنرا پشت سر بگذارد آنچه كه در نزديكي شعاع شوارتسشيلد روي مي دهد از ۲ زاويه ديد متفاوت است ۱- از بيرون : از بيرون از شعاع شوارتسشيلد اگر ما در جائي ساكن باشيم خواهيم ديد كه آن فضاپيمائي كه به داخل سياه چاله دارد سقوط مي كند تا بينهايت بايد سفر كند تا به جسم مركزي كشيده شوند ۲- از داخل : به محض اينكه پا به داخل اين شعاع مرگبار بگذاريد دنيا پيش روي شما تيره و تار خواهد شد. ببينيد هر جسمي شعاع شوارتسشيلد مخصوص به خود را دارد نه اينكه بگوييم فقط سياه چاله ها دارند ...شعاع شوارتسشيلد هر جرمي از فرمول زير محاسبه مي شود... توجه داشته باشيد كه r اندازه ي شعاع G ثابت جهاني گرانش M جرم ماده ي مورد نظر و در نهايت C سرعت نور است براي جرم ۳۰ منظومه شمسي شعاع شوارتسشيلد برابر است با ۱۰۰ كيلومتر!!!....... جالب اينجاست كه شخصي با نام جان ميشل در سال ۱۷۸۳ نكته اي جالب را كشف كرد كه سرعت گريز از سطح اين چنين جرمهايي (مانند سياه چاله ها) را اگر در فرمول زير قرار دهيم سرعت نور بدست خواهد آمد يعني سرعت گريز از سطح براي يك همچين جرمهايي سرعت نور است: V2/2=GM/r ............ (V سرعت گريز از سطح است) همان طور كه گفته شد زمان در اين شعاع با زمان جهاني فرق زيادي مي كند و در واقع داخل آن به چشم ناظر خارح آن صفر است و اگر شخصي را در آنجا ببيند در حالت سكون خواهد ديد اين جاذبه كه زمان را در واقع نگه مي دارد كار ديگري را هم انجام مي دهد تا به حال كلمه ي انتقال به رنگ قرمز خطوط طيفي به گوشتان خورده است وقتي جسمي آسماني پر جرم از خود پرتو بلند قرمز ساطع مي كند اين پرتو به دليل گرانش بالاي جرم آسماني و تاثير جاذبه روي نور به رنگ قرمز متمايل مي شود بله در اين جاذبه ي زياد نور يك همچين حالتي را پيدا مي كند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

خصوصيات سياهچاله ها

نيروي گرانش نزديك يك سياهچاله بسيار قوي است چرا كه همه ذرات سياهچاله در يك نقطه در مركزآن متمركز شده اند. فيزيكدانان به اين نقطه، نقطه تمركز (singularity) مي گويند و بر اين باورند كه اندازه آن از هسته يك اتم نيز كوچك تر است.
به سطح يك سياهچاله افق رويداد مي گويند. اين سطح يك سطح معمولي قابل ديدن يا لمس كردن نيست. در افق رويداد، كشش نيروي گرانش بينهايت قدرتمند است. يك شي در اين منطقه تنها براي يك آن مي تواند حضور داشته باشد و سپس در ذرات نورغرق شده و فرو مي رود.
ستاره شناسان براي تعيين اندازه يك سياهچاله شعاع افق رويداد را اندازه مي گيرند. شعاع يك سياهچاله بر حسب كيلومتر برابر است با سه برابر جرم خورشيدي اجرام موجود در سياهچاله. جرم خورشيد برابر است با يك جرم خورشيدي.
هيچ سياهچاله اي به طور دقيق هنوز كشف نشده. دانشمندان براي اثبات اين كه يك جرم فشرده يك سياهچاله است بايستي اثراتي را اندازه گيري كنند كه تنها يك سياهچاله قادر به اعمال و ايجاد آنها مي باشد. انحناي شديد موج نور و كند شدن بيش از حد زمان مي توانند دو نمونه از آثار وجود يك سياهچاله باشند. اما ستاره شناسان اجرام فشرده اي را پيدا كرده اند كه با كمي ترديد مي توان آنها را سياهچاله فرض نمود و ادامه اين مقاله نيز بر اساس اين يافته ها مي باشد.

تشكيل سياهچاله ها

طبق نظريه نسبيت عام، يك سياهچاله زماني ايجاد مي شود كه يك ستاره سنگين سوخت هسته اي خود را به اتمام مي رساند و پس از آن توسط نيروي گرانش خودش فشرده مي گردد. تا هنگاميكه ستاره در حال مصرف سوخت مي باشد، انرﮊي ناشي از آن تعادل ستاره را در برابر نيروي گرانش حفظ مي كند. پس از اتمام سوخت ستاره ديگر قادر به تحمل وزن خود نيست در نتيجه مركز ستاره دچار فروريختگي مي شود. اگر جرم مركز ستاره بيش از سه برابر جرم خورشيد باشد، ظرف كمتر از يك ثانيه درون نقطه تمركز فرو مي ريزد.

سياهچاله هاي كهكشاني

اغلب ستاره شناسان بر اين باورند كه كهكشان راه شيري— كهكشاني كه منظومه شمسي ما در آن قرار گرفته – شامل ميليونها سياهچاله است. دانشمندان تعدادي از آنها را در راه شيري پيدا كرده اند. اين اجرام در ستاره هاي دوتايي كه اشعه ايكس صادر مي كنند مي باشند. يك ستاره دوتايي، يك جفت ستاره اند كه دور يكديگر مي چرخند.
در يك ستاره دوتايي كه شامل يك سياهچاله و يك ستاره معمولي است، ستاره در فاصله نزديكي از سياهچاله در گردش است. در نتيجه، سياهچاله گازهاي ستاره را به شدت به درون خود فرو مي برد. سايش و اصطكاك اتم هاي موجود در اين گازها در منطقه افق رويداد دماي گازها را به چندين ميليون درجه مي رساند. به دنبال آن، انرﮊي به صورت اشعه ايكس از اين گازها متشعشع مي گردد. ستاره شناسان اين تشعشعات را با استفاده از تلسكوپ اشعه ايكس تشخيص مي دهند.
ستاره شناسان بر اساس دو دليل مي پذيرند كه يك ستاره دوتايي شامل سياهچاله مي باشد: 1- هر دوتايي كه يك منبع شديد و متغير از اشعه ايكس است. وجود اين اشعه ها اثبات كننده وجود يك ستاره فشرده است. اين ستاره فشرده ممكن است يك سياهچاله و يا جرمي با فشردگي كمتر يعني ستاره نوتروني باشد. 2- يك ستاره مرئي با چنان سرعتي در مدار خود در گردش است كه تنها يك جرم با سه برابر جرم خورشيد ممكن است عامل اين سرعت باشد.

سياهچاله هاي عظيم الجثه

دانشمندان بر اين باورند كه همه كهكشانها داراي يك سياهچاله عظيم الجثه در مركز خود مي باشند. گمان مي رود جرم هريك از اين سياهچاله ها بين يك ميليون تا يك بيليون جرم خورشيدي باشد. ستاره شناسان به اينكه اين سياهچاله ها بيليونها سال پيش در اثر گازهاي متمركز شده در مركز كهكشانها توليد شده باشند مظنون مي باشند.
دلايلي قطعي وجود يك سياهچاله عظيم الجثه در مركز كهكشان راه شيري را اثبات ميكنند . ستاره شناسان بر اين باورند كه اين سياهچاله يك منبع عظيم از امواج راديويي به نام سگيتاريوس آ (Sagittarius A* (SgrA*)) مي باشد. مهمترين دليل براي اينكه ثابت نمايد SgrA يك سياهچاله عظيم الجثه است، سرعت حركت ستاره ها به دور آن است. سريعترين ستاره كه تا به حال در كهكشان راه شيري مشاهده شده هر 2/15 سال يكبار به دور SgrA با سرعت 5000 كيلومتر (3100 مايل) در ثانيه گردش مي نمايد. حركت اين ستاره، ستاره شناسان را متقاعد مي كند كه شئ سنگيني چندين ميليون برابر جرم خورشيد در مركز مدار اين ستاره وجود دارد. تنها جرم شناخته شده كه مي تواند به اين سنگيني باشد و در مركز مدار اين ستاره قرار بگيرد يك سياهچاله است.

 

 

 

 

 

پايان

 

+ نوشته شده در  دوشنبه بیست و هفتم آذر 1385ساعت 15:8  توسط کیارش وزیرزاده  | 

انرژى سياه انقلابي در اخترفيزيك

 

به رغم مفاهيمى كه هفتاد سال پيش مطرح و پذيرفته شدند، امروز پژوهشگران عقيده دارند كه عالم به سرعت در حال گسترش است. آنها اين انرژى تسخيرناپذير دافعه را شاهدى بر وجود نوعى انرژى ناشناخته و داراى قدرت و حضور مطلق مى دانند...

آيا آلبرت اينشتين، پدر عالم شناسى مدرن، اشتباه مى كرد؟ آيا نظريه نسبيت اش خطا بود؟ امروز جامعه اخترشناسان جملگى بر اين موضوع توافق دارند. مسلماً اينگونه نتيجه گيرى خالى از عيب و ايراد نيست. ولى ظاهراً هيچ چيز مانع حيات دوباره و باشكوه اين علم نيست. ظرف چند سال ديدگاه فيزيكدانان اخترشناس به عالم شاهد دگرگونى هاى شگرفى بود. هفتاد سال است كه همواره يك سخن را از فيزيكدانان مى شنويم: انبساط عالم به كندى مى گرايد. به دليل جاذبه ناشى از جرم بين كهكشان ها در عمل از سرعت دور شدن آنها از يكديگر كاسته مى شود. با اين حال، پديده مذكور آثار و نتايج چندانى ندارد. بنابراين به رغم آنچه كه انتظار مى رود انبساط جهان هردم سرعت بيشترى مى گيرد. يك نتيجه گيرى شگفتى آور اين واقعيت آن است كه نظريه پردازان ناچار شدند وجود نوعى «انرژى سياه» اسرارآميز را كه قدرت دافعه فعال در سرتاسر عالم است فرض كنند.ميشل كاسه از بخش فيزيك اخترشناسى وزارت انرژى اتمى فرانسه با شوق و شور ورود اين تازه وارد را جشن مى گيرد. «اين يك انقلاب است.» كتاب اوليه ژاكوب تحت عنوان ماده سياه، انرژى سياه روز 27 سپتامبر بر روى پيشخوان كتابفروش ها بود. نويسنده با لحنى حماسى از انرژى تازه متولد شده تعريف و تمجيد مى كند: «رحمت، صعود، پرواز بر فراز چتر نجات، ضد جاذبه!» به قول نويسنده به شكرانه چنين پديده اى مى توان تصويرى معقول از عالم پديد آورد. تصوير به غايت زيباتر از تمام آنچه كه الهيون و اساطير مذهبى به دست دادند.

ماجرا در سال 1988 آغاز شد. در اين سال سول پرل موتر از دانشگاه هاى هاروارد و بركلى، پژوهشگر 28 ساله بسيار درخشان كه به تازگى فارغ التحصيل شده بود، مبلغى بابت اندازه گيرى ميزان كاسته شدن از سرعت انبساط جهان دريافت كرد. گروه كوچك چهار نفره وى براى آن كه بتواند از عهده انجام اين وظيفه برآيد ناچار بود كه يكى از تماشايى ترين پديده هايى را كه در آسمان رخ مى دهند- انفجار سوپرنوا- دنبال كند. هنگامى كه عمر سوپرنوا به سر مى رسد، بزرگ ترين ستارگان به شدت درخشان و پرنور مى شوند و انرژى نورانى معادل يك ميليارد ستاره را به داخل فضا رها مى كنند. صحنه اى ديدنى ولى در عين حال نادر، ماجرايى كه در طول يكصد سال در هر كهكشان حداكثر دو تا سه بار اتفاق مى افتد. مشاهده انفجار سوپرنوا براى پروژه سول پرل موتر لزوم صددرصد داشت. بدين ترتيب سوپرنواى مذكور تنها جسمى در عالم هستى است كه «امكان اندازه گيرى دقيق فاصله اش با زمين وجود خواهد داشت، درست شبيه فانوس دريايى كه آنقدر از ما دور است كه نورش به صورت لكه اى تيره در مى آيد

«
اشتباه بزرگ» آلبرت اينشتين

به گفته سول پرل موتر، كه هم اكنون استاد فيزيك در دانشگاه بركلى است پروژه ظرف سه سال آينده به نتيجه خواهد رسيد. در واقع تاكنون حدود ده سال است كه پروژه مذكور به طول انجاميده است. «لازم است دوربين هاى الكترونيك كاملاً مدرن در اختيار داشته باشيم و نرم افزارى را براى آن كه بتوانيم تصاوير را در قوى ترين كامپيوترها به هر سو كه بخواهيم بچرخانيم طراحى كنيم، تا 42 سوپرنوا تحت عنوان SNIa قابل بررسى باشند. با گذشت ساليان و انباشته شدن مشاهدات گروه سول پرل موتر، پروژه شناسايى سوپرنوا، و فيزيك پروژه ديگر تحت عنوان تيم جست وجوى سوپرنواى High-z كه روى همين غبارها كار مى كرد. ناچار با نتيجه اى غير منتظره روبه رو گرديد. دورترين سوپرنواهاى SNIa رنگ پريده تر از آن كه انتظار مى رود به نظر مى رسند. پس آيا انبساط عالم سرعت مى گيرد؟ در واقع «هنگامى كه به سوپرنوا در جهانى كه به سرعت در حال بزرگ تر شدن است مى نگريم، مى بينيم فوتون هايى كه به ما مى رسند بايد فاصله مكانى بيشترى از گذشته را طى كنند و بدين ترتيب خود سوپرنوا از نظر ما درخشندگى كمترى خواهد داشت. اين آن چيزى است كه پژوهشگران تصور مى كنند و روبرت كريشن عضو تيم High-z در كتاب خودش «عالم بدون مرز» انتشارات دانشگاه پرينستون 2002 آورده است.«ما شايد بهترين راه نزديك شدن به خدا را در فيزيك يافته ايم.»هيچ يك از اين دو گروه، كه هردو هم آمريكايى هستند نمى تواند تصميم بگيرد كه اطلاعات مذكور را بپذيرد چه واژگون كننده تمام عقايد كنونى شان است. آنها از بيم آن كه در صورت اشتباه مورد تمسخر ديگران قرار گيرند، محاسباتشان را از سر گرفتند و ماه ها حتى سال ها تلاش كردند كه تصويرى را كه ساخته بودند، بهبود بخشند. اين تصوير علاوه بر آن كه مفاهيم كاملاً جاافتاده را در ده جهانشناسى زير و رو مى كند بلكه مى توان گفت تصور «جهان در حال گسترش هرچه سريع تر سوء قصد به جان اعليحضرت است. «در سال هاى دهه ،1910 آلبرت اينشتين اصطلاح ثابت جهانى را وارد نظريه نسبيت كرد تا وفادارى خويش را به عقايد رايج در آن زمان نشان دهد. جهان ثابت بدون هيچ انبساطى» اين سخن پير آنيتلوگوس پژوهش گر «آزمايشگاه فيزيك هسته اى و انرژى هاى عالى» است ليكن در سال 1929 ادوين هابل فيزيكدان و ستاره شناس كشف كرد كه كهكشان ها از يكديگر دور مى شوند و لذا عالم منبسط مى شود. بلافاصله آلبرت اينشتين، طبق داستانى كه از آن زمان سينه به سينه جهان شناسان منتقل شده، ثابت فوق را با گفتن اين كه «بزرگ ترين خطا»يى است كه وى هيچ گاه حاضر به ارتكاب آن نيست، رد كرد پير آنيتلوگوس مى گويد: «زمان درازى است كه ما فيزيكدان ها كه اساتيد خويش را گرامى مى داريم نتوانسته ايم اين ثابت را زير سئوال ببريم، به همين سادگى»بالاخره در سال 1998 دو گروه آمريكايى مذكور بر آن شدند كه كشف خويش را در مورد اين كه جهان همواره و با سرعتى فراتر از آن كه «ثابت از عهده توصيف و توضيح آن برآيد در حال گسترش است، اعلام كنند. امروزه تمامى جامعه علمى با اين واقعيت وفق يافته اند. ميشل كاسه كه خود با بازگشت به ايده ثابت جهانى آتش بحث و مباحثه را دامن زد. به حرف يونانى لاندا (ى) اشاره مى كند كه سمبل رياضى پرواز عالم است، آنچه كه امروز نمادى از انفجار عالم است. عنصر خالق ناپيدا و جهانى كه هم اكنون پرده از رويش برداشته شده همانا لاندا است [...] بهترين راه نزديك شدن به خدا در فيزيك.بايد گفت كه تاكنون شواهد و قرائن نيز به نفع تز سرعت گرفتن انبساط عالم به دست آمده است. در ابتدا مشاهده صدها سوپرنواى مكمل آن را تصديق كرد. مهم تر از آن به نوشته ميشل كاسه «انسجام نتايج آن اندازه خيره كننده است كه مى توانيم به حق اعلام كنيم كه سرانجام مدلى باوركردنى از عالم در اختيار داريم.» و بالاخره جامعه علمى پى به مزاياى عظيم آن برده است. برخى معماها كه از سال هاى دهه 1990 مطرح شده اند به لطف اين تز راه حلى هايى براى خود پيدا كرده اند. به عنوان مثال، سن عالم ديگر تناقضى با سن برخى ستارگان، كه به نحو شگفت آورى پيرتر از آن به نظر مى رسند، ندارد.

بنابراين انرژى سياه در آينده قطعه گم شده اى خواهد بود كه دانشمندان براى بازسازى پازل بزرگ خويش از عالم در پى آنند تا بدان جا كه اين تز در مطالعاتى كه توسط بالون هاى استراتوسفر مجهز به تلسكوپ و ماهواره اى آمريكايى موسوم به Wilkinson Microwave Anisotropy Probe به عمل آمده، مورد تاييد قرار گرفته است تمام اين پروژه يك ماموريت دارند. «اندازه گيرى» عالم و نتيجه گيرى شان تا حدى شگفت آور است. براساس نتايج حاصل از اين ابزارهاى اندازه گيرى، ماده اى كه مى شناسيم (ستارگان، سيارات، موجودات زنده يا اتم) در واقع نماينده تنها 5 درصد كل انرژى موجود در عالم است. اكنون مى توانيم حدود 25 درصد «ماده سياه» را نيز به آن بيافزاييم. اين احتمالاً از ذرات مجزايى تشكيل شده كه اگر چه آثار حاصل از آنها قابل رويت است ولى تاكنون نتوانستيم خودشان را پيدا كنيم. در واقع جاذبه ايجاد شده به وسيله ماده كلاسيك قادر به توضيح دليل حفظ ساختمان هاى عظيمى چون كهكشان ها يا لايه هاى كهكشانى در عالم نيست. بايد ماده اى نامريى و ناشناخته، اعمال كننده چنين جاذبه اى باشد.خوب 70 درصد بقيه چه؟ قطعاً نمى تواند انرژى سياه باشد، و اين كه بالاترين وزن را در صورتحساب عالم دارد. روشن است كه قدر قدرت است، چرا كه بر عالم حاكميت مى كند و حتى سرعت گام هايش را نيز او تحميل و ديكته مى كند. همه جا حاضر و محيط بر ماست و قوانين ماده اى را كه ما جزء كوچكى از آن هستيم او تعيين مى كند و به قول ميشل تورنه جهان شناس در دانشگاه شيكاگو و مبتكر اصطلاح «انرژى سياه»: «با اين همه هيچ چيز از آن نمى دانيم.» ماهيت آن براى ما ناشناخته است آيا اين «انرژى خلأ» است؟ فيزيكدان ها دوست دارند اين طور باشد چرا كه خلأ كه عالم را «پر مى كند» اصلاً نمى تواند وجود نداشته باشد. به عنوان مثال ذرات موسوم به «مجازى» مى توانند از آن به وجود آيند، به سرعت به صورت ذرات مادى درآيند و سپس نابود شده و به جايى كه از آن جا آمده اند، بازمى گردند ولى اين «خلاء كاذب» آن گونه كه ميشل كاسه آن را مى خواند، مى تواند پر از انرژى سياه باشد.

اگر وضع از اين قرار است، پس عواقبى هم در تاريخ انبساط عالم بر جاى خواهد گذاشت. دنياى ما 7/13 ميليارد سال پيش به وجود آمد، زمان، مكان و انرژى به ناگهان دستخوش جنبش انبساط عمومى گرديدند. به همان اندازه كه ماده در اين فضاى همواره در حال حجيم تر شدن رقيق تر مى شود از قدرت جاذبه اش كاسته مى شود در حالى كه انرژى خلأ باقى مى ماند. هر چند كه 7 ميليارد سال است كه اين انرژى سياه جاى خالى جاذبه را پر كرده است اين درست زمانى است كه انبساط عالم سرعت مى گيرد.

جهانى داراى پنج بعد

با اين حال، اين گزينه مشكل كوچكى نيز دارد: اين فرضيه توضيح نمى دهد كه در پى چه رويداد شگفتى آورى سرنوشت هاى انرژى ماده و انرژى سياه يكى مى شوند. ده ميليارد سال است كه ماده برترى خود را به عالم تحميل كرده؛ حالا ديگر نوبت انرژى سياه است با اين حال معجزه اى باعث خواهد شد كه بتوانيم لحظه اى را كه جنگ بر سر برترى بين اين دو دشمن ديرينه مغلوبه خواهد شد، بيابيم؟عالم شناسان علاقه اى به همزمانى ندارند. از اين روست كه برخى به فرضيه جوهر سره (اشاره به عنصر پنجم «اتر» كه سابقاً تصور مى شد عالم از آن ساخته شده) روى آورده اند براساس اين فرضيه انرژى سياه نه «از» مكان بلكه «در» مكان است. انرژى سياه مى تواند شكل خاصى باشد كه تا زمانى كه به صورت جرم درنيايد متوجه آن نمى شويم هر چند كه تمامى همين جرم از آن تشكيل شده است. با اين حال اين جوهر سره اين مزيت را دارد كه مى توانيم شاهد تحول و تكامل انرژى آن در طول زمان باشيم طورى كه به قول پير آنتيلوگوس «شمايل موجود تعادل نسبى (70/30) ديگر يك استثناى لحظه اى نيست بلكه يك نتيجه گيرى منطقى صرف نظر از آن است كه نقطه عزيمت ما كجا باشد.»يك امكان ديگر نيز وجود دارد هم اكنون فيزيكدان جوان از «انستيتو فيزيك اختر شناسى پاريس»، سدريك دفايه آن را مورد بررسى قرار مى دهد. يك تز سنت شكن كه شامل حال تمامى انرژى خارجى مى شود و به تغيير نظريه نسبيت عمومى آلبرت اينشتين مى پردازد. بايد ديد چه مى كند! سدريك دفايه با كار هايش، كه با همراهى و همكارى دانشمندان برجسته در دانشگاه نيويورك شروع كرد در تلاش است بعد پنجمى را به دنياى چهار بعدى آلبرت اينشتين (سه بعد مكانى و يك زمانى) در چارچوب مفهوم مكان _ زمان بيفزايد در واقع در دنياى پنج بعدى، خود مفهوم جاذبه دستخوش تغيير مى شود تغييرى كه مى تواند توجيه كننده سرعت انبساط عالم كه شاهدش هستيم باشد.اگر چنين بعد پنجمى وجود داشته باشد اين بعد مكمل به نوعى و در مقياسى كاملاً پايين تر از بعدى كه در آن زندگى مى كنيم «به خود برخواهدگشت»، كه احتمالاً دليل آن است كه تاكنون از حواس ما پنهان مانده است. سدريك دفايه توضيح مى دهد: «دقيقاً شبيه طناب كشيده اى كه از نظر بندبازى كه روى آن پيش مى رود جسمى است كه تنها يك بعد دارد؛ در حالى كه از نظر مورچه جسمى دوبعدى است، حيوان مى تواند هم در طول آن حركت كند و هم در عرض آن.»در ميان اين فرضيات، كدام يك بهتر از همه است؟ پيش از آنكه پاسخى براى اين پرسش پيدا شود، قطعاً بحث هاى طولانى در پيش خواهند بود. تا آن زمان اتفاقات عظيمى در آن سوى اقيانوس اطلس در شرف وقوع است. سول برلموتر قصد دارد با ماهواره اى به ارزش يك ميليون دلار به نام Supernova Acceleration Probe به فضا رود. در آن مكان كه مشاهده هزاران سوپرنواى بسيار دور ميسر است، پى بردن به تاريخ انبساط عالم هستى آسان تر خواهد بود و البته با شگفتى هاى بسيار. هيچ كس نمى تواند بگويد كه در آن سوى انبساط عالم، وراى جاذبه و دافعه كه ماده و انرژى سياه اعمال مى كنند نيرو هاى پنهان و راز آميز ديگرى وجود ندارند. مسلما اين دنيايى به مراتب اسرار آميزتر است.

 

 

+ نوشته شده در  شنبه یکم مهر 1385ساعت 15:55  توسط کیارش وزیرزاده  | 

اسرار جدید اختروش‌ها

اختروش‌ها، چشمه‌های بسیار پُرانرژی اما کوچک کیهانی در دوردست‌های عالم مدت‌هاست ذهن اخترشناسان را به‌خود مشغول کرده‌اند. درحالی که اکنون سال‌هاست اخترشناسان منبع تولید انرژی اختروش را اَبَرسیاهچاله‌هایی در مرکز آنها می‌دانند، گروهی از اخترشناسان نظریهِ تازه‌ای به‌جای سیاهچاله مطرح کرده‌اند.
تحریریه نجوم
در عالم دوردست و جوان، اختروش‌ها (کوازارها) با چنان درخششی می‌تابند که هیچ چیز در کل عالم با آنها برابری نمی‌کند. هر چند اختروش‌ها از درون تلسکوپ‌های نوری اجرامی ستاره‌مانند به‌نظر می‌رسند، در واقع هسته‌های بسیار درخشان کهکشان‌هایی‌اند که میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند. آنها اغلب بر اثر برخورهای میان‌کهکشانی که در دوران جوانی عالم (یعنی در فواصل دور) بیشتر رخ می‌داده است شکل می‌گیرند. هسته مُتلاطم اختروش‌ها تابه‌حال چنین تصویر شده که دارای قرصی از گاز داغ چرخان به‌دور سیاهچاله‌ای اَبَرپُرجرم (صدها میلیون تا چندین میلیارد جرم خورشید) است. بخشی از این گاز با فشار به‌شکل دو فوران از دو سو بیرون می‌زند و با سرعتی نزدیک به‌سرعت نور به‌فضا پرتاب می‌شود. نظریه‌پردازان مُشتاقِ درک فیزیک قرص بَرافزایشی و فوران‌ها، و اخترشناسانِ رصدگر مُشتاقِ نفوذ به‌قلب اختروش‌ها هستند. بررسی <موتور> مرکزی که نیروی فوران‌ها را فراهم می‌کند با تلسکوپ‌های زمینی مشکل است چون این ناحیه بسیار فشرده است و رصدگران زمینی بسیار دورند.

اخترشناسان مرکز اخترفیزیک هاروارد-‌اسمیتسونی اختروش ۵۶۱+۰۹۵۷Q را بررسی کردند که در فاصله ۹ میلیارد سال نوری از ما در جهت صورت فلکی دُب‌اکبر قرار دارد. در مرکز این اختروش جرمی فشرده با جرم ۳ تا ۴ میلیارد برابر جرم خورشید قرار دارد. بیشتر اخترشناسان آن را سیاهچاله می‌دانستند اما بررسی‌ها چیز دیگری نشان داد. آنها شواهدی پیدا کردند که این جسم در درون حاوی میدان مغناطیسی‌ای است که درست از میان سطح جسم رُمبیده مرکزی رِخنه کرده و با محیط اختروش برهم‌کنش دارد.

گروه شیلد نشان داده‌اند که میدان مغناطیسی اختروش برخلاف تصور عمومی اخترشناسان که آن را حاصل قرص برافزایشی می‌دانند، متعلق به‌هسته مرکزی اختروش است. اگر واقعاً چنین باشد باید یا در سناریوهای موجود درباره سیاهچاله‌های اَبَرپُرجرم تغییر داد یا هسته مرکزی این اختروش و شاید نمونه‌های مشابه آن را چیزی بجز سیاهچاله دانست.

سناریو گروه شیلد آن‌قدر عجیب و غیرمنتظره است که برخی از اخترشناسان آن را حاصل اشتباه داده‌ها دانسته‌اند اما به‌نظر می‌رسد نتایج این گروه بسیار به‌واقعیت نزدیک باشد.

منبع:سایت نجوم
+ نوشته شده در  سه شنبه چهاردهم شهریور 1385ساعت 14:51  توسط کامیار احمدی  | 

انرژي تاريك

آغاز داستان انرژی تاریک

داستان انرژی تاریک از سال 1998 آغاز شد. در آن زمان دانشمندان دریافتند که بسیاری از کهکشانهای دور دست....................


ادامه مطلب
+ نوشته شده در  یکشنبه پنجم شهریور 1385ساعت 8:58  توسط کامیار احمدی  | 

سياه چاله ها

تشکیل ستاره‌ها

 

گوی آتشین مورد نظر در نظریه انفجار بزرگ ، حاوی هیدروژن و هلیوم بود، که در اثر انفجار بصورت گازها و گرد و غباری در فضا بصورت پلاسمای فضایی متشکل از ذرات بسیاری از جمله الکترونها ، پروتونها ، نوترونها و ...


ادامه مطلب
+ نوشته شده در  یکشنبه پنجم شهریور 1385ساعت 8:54  توسط کامیار احمدی  | 

اثبات جرم گمشده یا ماده تاریک:

بسمه تعالی

اثبات جرم گمشده یا ماده تاریک:

از دو روش می توانیم پدیده ای را اثبات کنیم. یکی مشاهده پدیده و یا اثر جاذبه آن بر اجرام آسمانی.

هنگامی که در شبی تاریک به آسمان صاف می نگریم حداکثر حدود6000 ستاره را با چشمان عاری از هر ابزار رصدی می بینیم.آنچه را که ما با چشمان غیر مسلح می بینیم فقط تعدادی از ستاره های کهکشان ما هستند،در حالی که 80000 میلیارد میلیارد ستاره در عالم وجود دارند.محاسبه ساده نشان می دهد که جرم تمامی ستاره های عالم (16×10به توان 52) کیلو گرم است. اگر جرم سیاهچاله ها و ابر های عظیم گازهای فضایی میان ستاره ای را به آن اضافه کنیم عدد بزرگی که خارج از تصور ماست به دست        می آید.اما این فقط پنج تا ده درصد کل عالم را تشکیل می دهد. بقیه به شکل ماده ای است که ما       نمی توانیم ببینیم،اما به دلیل اثری که روی حرکت ستاره ها و آنچه می بینیم می گذارد شک نداریم که وجود دارد. بیشتر اجرام سماوی در ساختارهایی که آنها را کهکشان می نامیم قرار دارد.خود کهکشان ها در گروههایی کنار هم جمع می شوند و از گرد آمدن گروهها خوشه های کهکشانی و از اجتماع آنها ابر خوشه ها پدید می آید. هر یک ازاین ساختارها حول نقطه ای که مرکز جرم مجموعه است می گردد.ما میتوانیم با روش های مختلف جرم هر یک از این کهکشان ها را به دست آوریم. با استفاده از نوری که به ما می رسند تعداد ستاره های آن را به دست آوریم و جرم کل را تخمین بزنیم.روش دیگر استفاده از سرعت دوران حول مرکز جرم مثلا مرکز کهکشان است.ما می توانیم این سرعت را با بررسی کهکشان هایی که از روی زمین از پهلو دیده می شوند به دست آوریم.در سال 1933 مریتز زوییکی حرکت کهکشان های دور را با هر دو روش بررسی کرد. اما هنگامی که نتایج را مقایسه کرد متوجه شد که چهارصد برابر با یکدیگر فرق دارند.او این اختلاف را به اثر جرم ناپیدایی نسبت دادکه قابل مشاهده نبود و آن را جرم گمشده نامید.حضور جرم گمشده در سنجش سرعت  چرخش کهکشان مشخص می شود.تک ستاره های داخل کهکشان نیزمانند سیارات در منظومه شمسی رفتار می کنند و حول مرکز کهکشان می گردند. هر چقدر ستاره دورتر باشد سرعت آن کمتر است(قانون دوم دوپلر)این قوانین می گویند سرعت چرخش آنها بستگی به فاصله آنها از هسته و جرمشان در مدار دارند..اما سرعت هایی که با توجه به مقدار جابجایی دوپلری برای ستاره های دور دست به دست آمده نشان می دهد که آنها بسیار سریعتر از آچه که قانون دوم دوپلر تعیین می کند حرکت می کنند.با این سرعت زیاد ستاره ها نمی توانند در کهکشان باقی بمانند و باید به سمت بیرون کهکشان پرتاب شوند،همانطور که در لبه های کهکشان میزان نور به سرعت کم می شود انتظار می رود که سرعت هم کم شود ولی هچنین اتفاقی نمی افتد و سرعت نسبت به جسم بالا می باشد.سرعت کهکشان های موجود در خوشه ها را در سال 1930 بررسی کردند عدد به دست آمده ده تا صد برابر مقداری بود که انتظار داشتند.به نظر شما این به چه معنی می تواند باشد؟آیااین وسط عاملی باید وجود داشته باشد که بر روی این کهکشان ها وستاره ها اثر بگذارد؟بله عامل دیگری وجود دارد.این نیروی اضافی فقط می تواند بر اثر جاذبه گرانشی مقدار زیادی ماده تاریک باشد که داخل خود کهکشان قرار دارد.یافته های زوئیکی تا دهه 1970 در محاق قرار داشت تا اینکه سرانجام پذیرفته شد که فقط مقدار زیادی جرم پنهان می تواند بسیاری از مشاهدات دیگر را توجیه کند و نظریه های گوناگون درباره ساختار عالم را تایید کند.وجود ماده تاریک نه فقط اختلاف در محاسبات جرم کهکشان ها را توضیح می دهد بلکه یکی از مشکلات نظریه بیگ بنگ(مهبانگ)را که سالها موجب آزار کیهان شناسان بود حل می کند.                                                                                                             

چه میزان ماده تاریک در عالم وجود دارد؟                                                                             

کیهان شناسان میزان موجود در عالم را با پارامتری به نام امگا مورد بحث قرار می دهند.در یک عالم بسته یعنی عالمی که جرم ان در حدی است که عاقبت در خودش فرو می ریزد.امگا بیشتر از یک تعریف می شود. در یک عالم باز یعنی عالمی که تا ابد اجزای آن در حال دور شدن از یکدیگر هستند امگا کمتر از یک است و یک عالم مسطح به طور ایده ال برابر یک خواهد داشت و این که 90 تا 95% عالم را ماده تاریک تشکیل داده است.                                                         

ما در جهانی بسته یا باز یا مسطح قرار گرفته ایم؟                                                                                

ما در جهانی باز قرار گرفته ایم پس امگا کمتر از یک می باشد و 93% این عالم را ماده تاریک فرا گرفته است.                                                       ماهیت ماده تاریک:             

ماخوها  ماچوها:                                                              

وجود ماده تاریک یا جرم گم شده نه فقط سرعت بالای ستارها در لبه کهکشانها را توجیه میکند بلکه به نظریه موجود در باره آغاز و سرنوشت عالم اعتبار می بخشد.                                                           

برسیها نشان می دهد که حدود 90 تا 95% جرم کل عالم ماده تاریک است ما نمی توانیم ماده تاریک را ببینیم وجود آن فقط از روی اثری که بر ماده قابل مشاهده در عالم می گذارد اثبات می شود.اما جنس این ماده کهکشان هستند.چیست؟                                                                                دو امکان   وجود دارد. یکی وجود ماخو یا ماچو است. ماخوها اجرام پر جرم وفشرده هاله

ماخوها اجرام پر جرمی هستند که جرم آنها از ستارهای کوچک تا سیاهچاله ها ابر پر جرم تغییر می کند آنها از ماده معمولی که می شناسیم(ماده باریونی) ساخته شده اند. ماخوها همانطور که توضیح نام شان نشان می دهد در هاله کهکشان پنهان اند.                                                                                         

ماخوها بطور عمده کوتوله های قهوه ای، کوتوله های سفید دور دست و سیاه چاله ها هستند که وجود آنها حتی بیش از احتمال وجود ماده تاریک پیش بینی شده بود.                                                              

تصاویر تلسکوپ هابل از کوتوله های قهوه ای تعداد زیادی را که اختر شناسان پیش بینی می کردند نشان نمی دهد و این اجسام بسیار پراکنده اند در حال حاضر تخمین زده می شود که کوتوله های قهوه ای فقط 6% از ماده تاریک در هاله کهکشانها را تشکیل می دهند.                                                                          

نوترونیوها:                                                                  

نوترونیوهاذرات بدون جرمی هستند که وجودشان ثابت شده ولی دلایلی وجود دارد که نشان داده گاهی اوقات جرم بسیار کوچکی دارند.در عالم مقدار بسیار زیادی نوترونیو وجود دارد.با این حال حتی یک جرم بسیار کوچک تر برای ماده تاریک پر اهمیت است وجرمی به اندازه 1/5000 جرم الکترون امگایی به اندازه 1 به دست می دهد.                                                                                 

و یمپ ها:                                          

با توجه به دست اوردهای فیزیکدان ها(ذرات بنیادی)با اطمینان بیشتری مدعی هستند که ماخو ها        نمی توانند 90%جرم عالم را تشکیل بدهند. برای همین مصرانه در جست و جوی ویمپ ها هستند. این ذرات بسیار کوچک تر از اتم اما دارای جرم اند. با ماده باریونی واکنش نمی دهند وحتی به راحتی ان عبور می کند.                                                                                                    از انجا که جرم این ذرات بسیار کم است تعداد زیادی از انها لازم است تا بتوانند مقدار عظیمی ماده تاریک را تامین کنند.                                                                                                        

ویمپ ها ذرات سنگینی هستند که می توان در تراسنیو ها و اکسیون ها را نام برد.                                   

برای اشکار سازی ویمپ ها سرد کردن یک بلور بزرگ تا دمای صفر مطلق یا حدود 273درجه سیلسیوس(1کلوین)است.                                                                 

در این شرایط حرکت و ارتعاش اتم های بلور به حداقل ممکن می رسد و اگر در این حالت یک ویمپ به اتمی بر خورد کند آن را مرتعش می کند و دمایش را بالا می برد. این گرمای ناچیز ایجاد شده قابل اندازه گیری است که می توانند از یخهای قطبی به جای بلور استفاده کنند.                                                 

تهيه كننده : اعظم دشتي آهنگر

استاد راهنما: جناب آقاي احمدي

+ نوشته شده در  یکشنبه بیست و نهم مرداد 1385ساعت 10:41  توسط کامیار احمدی  | 

انتقال به سرخ

به نام خدا

بااستفاده ازطیف میتوان اطلاعاتی درباره ی حرکت جسمی که نور گسیل میکندنیزبه دست آورد.این امرمربوط میشودبه پدیده ای که آن رااثردوپله مینامیم.اثردوپلرتغییردرطول موج ناشی ازحرکت منبع یا ناظریاهردوی آنهاست .فرض کنیدیک ماشین آتش نشانی باسیرن یا سوت خودکه نت معین میزند(صوتی باطول موج ثابت گسیل میکند) به شمانزدیک میشودکسی که سواربراین ماشین است آن طول موج به خصوص رامیشنود،اماشمانتی رامیشنوید که بانزدیک شدن ماشین،ارتفاع بیشتری پیدامیکند(طول موجش کوتاهترمیشود). ودلیل آن این است که هرزمان که سیرن قله موج جدیدی گسیل میکنداین قله به شمانزدیک تراست،بنابراین هرقله موج متوالی فاصله ای کوتاهترازقله ی موج پیشین رابایدطی کند.دراین صورت،وقتی که  ماشین ازبرابرشمامیگذردودورمیشود،نتی که میشنویدارتفاع کمتری دارد.زیراهرزمان که سیرن قله موج صوتی جدیدی گسیل میکنداین قله ازشمادورتراست وهرقله موج متوالی فاصله ی طولانی تری راباید طی کند.هرچه ماشین سریعترحرکت کندتغییرحرکت صوت بیشترمیشود.

اثردوپلرچگونه درنورودردیگرپدیدههای الکترومغناطیسی آشکارمی شود؟ هرگاه ستاره ای ازناظردورشود،طول موجهای خط معینی از 

طیف آن ستاره طویلترمیشود،درنتیجه موضع آن خط به سوی انتهای سرخ طیف جابه جامی شودوهرگاه ستاره ای به طرف ناظر

حرکت میکندخط معینی ازطیف درموضع خودبه سوی انتهای آبی طیف جابه جامیشود.مقدارتغییر طول موج (λ∆)فقط بستگی داردبه سرعت نسبی ستاره نسبت به زمین،درامتداد خط دید ناظر.اگرc سرعت نوروλطول موج خط معین درآزمایشگاه باشد دراین صورت تغییرطول موج ناشی ازحرکت بافرمول زیرمعین میشود:

 

             λ×V             λ∆

              C               

اگراین فرمول رابه ازای V حل کنیم،روش تعیین سرعت شعاعی یک ستاره مشخص میشود:

                    λ∆×C     =V

                      λ

نظریه سی.پی .اچ وانتقال به قرمز

بادرنظرگرفتن اینکه طبق نظریه سی.پی.اچ.انرژی فوتون هاتابع ذرات زیرکوانتومی به نام سی.پی.اچ است که دراین صورت خواهیم داشت:        Ephoton=nEcph

مقدارRبستگی به انرژی تابش دارد،چنانچه تابش پرانرژی باشد فوتون های آن ازتعداد سی.پی.اچ های بیشتری برخورداراست. بنابراین تراکم سی.پی.اچ هادریک تابش مشخص کننده ی انرژی آن تابش است.این ذرات بنابرنظریه ی سی.پی.اچ هیچگاه نسبت به هیچ دستگاهی به حالت سکون درنمی آیندودارای دو حرکت انتقالی ودورانی(اسپین)هستندوهمراه فوتون باسرعت نورحرکت میکند، همچنین اسپین این ذرات ثابت نبوده وتحت شرایط محیطی تغییر می کند.

سی.پی.اچ هادریک فوتون براثرتداخل اسپینی (برخوردباتماس بایکدیگر)یکدیگررامیرانندوبه صورت یک تابع احتمالی ازساختمان فوتون خارج می شوندودرتابش ایجادافت انرژی میکنند.روندخروج سی.پی.اچ هاازتابش باکم شدن چگالی آنهادرفوتون کاهش می یابدونهایتادرطول موج مشخصی احتمال این خروج به سمت صفر میل می کند،بعضی ازعوامل مانندگرانش باعث تشدیدخروج یاورود آنهاهنگام انتقال به آبی صورت میگیرد.بافرض اینکه یک فوتون ازتعدادی سی،پی،اچ تشکیل شده که این سی.پی.اچ هادارای اسپین هستندوبراثرتماس یکدیگررامیرانندآنگاه میتوان پذیرفت که باافزایش چگالی سی.پی.اچ درساختمان فوتون،احتمال برخوردآنهانیزافزایش مییابدوعلاوه برآن طی شدن مسافت طولانی توسط فوتون(یاگذشت 

زمان بیشتر)نیزاحتمال خروج سی.پی.اچ راافزایش میدهد.

دریک تابش پرانرژی مانندپرتوگامابه علت بالا بودن چگالی سی.پی.اچ های موجوددرفوتون های آن نسبت به یک تابش باانرژی کمترمانندتابش ماکروویوخروج سی.پی.اچ هاازشدت بیشتری برخورداراست زیرا تراکم سی.پی.اچ هاموجب افزایش تداخل اسپینی سی.پی.اچ هاشده وبه دنبال آن احتمال خروج افزایش می یابد.براساس این دیدگاه یکی ازدلایل قرمزگرایی خطوط طیفی ستارگان وکهکشان های دوردست ناشی ازتحلیل انرژی نورارسالی ازآنهامیباشد که باافزایش فاصله این تحلیل انرژی نیزافزایش می یابدوبه دنبال آن طول موج تابش دریافت شده نسبت به طول موج اولیه بیشترخواهد شد.بنابراین هرچه چشمه ی گسیل دهنده ی تابش درفاصله ی دورتری ازماقرارداشته باشداحتمال خروج سی.پی.اچ های بیشتری وجودخواهدداشت.

بااین نگاه جدیدبه انتقال قرمزطیف ستارگان وکهکشان هاازدید سی.پی .اچ وجودمقوله پیچیده ی انرژی تاریک که هنوزتوضیح قابل قبولی برای آن داده نشده،دیگرغیرضروری به نظرمی آیدوانتقال به قرمزرانمی توان تنهاناشی ازانبساط جهان دانست. انبساطی که به موجب آن کهکشان ها باحجم عظیمی ازماده باسرعتی بسیاربالادرحال فرارهستند.

باتوجه به فرض خروج سی.پی.اچ است که تابش زمینه به عنوان حالتی خاص ازافزایش طول موج تابش های کیهانی موردتوجه قرارمیگیردنه بازمانده ای ازانفجاربزرگ.

                                                 احمدی(شهرری)

+ نوشته شده در  چهارشنبه بیست و پنجم مرداد 1385ساعت 10:49  توسط کامیار احمدی  | 

Inside Zero Point Energy

Inside Zero Point Energy
 

Introduction

For the first time in history, a lot of media attention is being paid to the sea of energy that pervades all of space. It just happens to be the biggest sea of energy that is known to exist and we’re floating inside it. (Credit due to The Sea of Energy by T. Henry Moray for the idea.) Not only is it big but its energy is estimated to exceed nuclear energy densities, so even a small piece of it is worth its weight in gold. What is it? Many people are not sure what “zero point energy” (ZPE) is. Most agree that virtual particle fluctuation contributes to it and van der Waals forces don’t explain everything. Does it offer a source of unlimited, free energy for homes, cars, and space travel? Depending on who we talk to, ZPE can do everything and ZPE can do nothing useful. How can the energy be converted to a usable form? What are the basic explanations of ZPE and the new discoveries, which have rocked the U.S. Patent Office, Physical Review Letters, Science, Scientific American, and the New York Times? Why is ZPE implicated in the latest confirmation of cosmological antigravity? Can the Casimir effect be a source of energy? This article is intended to give a review of the latest developments (as well as an introduction to the topic for those who are non-specialists).

Contains;

The Casimir Effect

Lamb Shift

The Classical Vacuum

Tutorial

Cosmological ZPE

Experimental ZPE

The First ZPE Patent

ZPE and Sonoluminescence

Dr. Harold Puthoff’s ZPE

Inertia is a ZPE Effect

Newton’s Law is a ZPE Effect

ZPE Critical AcclaimThe

Author

Mr. Thomas Valone has degrees in electrical engineering and physics and is a professional engineer. He is presently the President of the Integrity Research Institute in Washington, DC providing technical consultation for engineering and law firms, authors, videos.  Clients include Lightworks AV, Alternative Energy Institute, Starburst Foundation, The Magnetizer Group, Saladoff and Associates, ELF International, Sachs-Freeman Associates, AquaQueen, Newline Investments.  Services provided: Electrical product design/development, engineering testing, expert testimony and opinion, magnetic field measurement & shielding, circuit design.  He is the Editor of the Future Energy newsletter and has 3 books and 50 articles in print covering a broad range of engineering and energy issues.

Full article;

http://www.seaspower.com/InsideZeroPoint-Valone.htm

 

+ نوشته شده در  چهارشنبه هجدهم مرداد 1385ساعت 21:21  توسط کامیار احمدی  | 

A Black Hole is Born by Red-Shif

 

A Black Hole is Born by Red-Shif

As the nuclear fuel is exhausted, the outward forces of radiation diminish, allowing the gravitation to compress the star inward. The contraction of the core causes its temperature to rise and allows remaining nuclear material to be used as fuel. The star is saved from further collapse, but only for a while.

Eventually, all possible nuclear fuel is used up and the core collapses. The star’s final mass and the remaining outward pressure that the burnt-up nuclear residue can muster determine how far it collapses, into what kind of object, and at what rate. If the star is sufficiently massive or compressible, it may collapse to a black hole. *

Let take a new look at the star’s compress.

When a photon is moving upward the star, its frequency shifts toward the red. Suppose a photon does form on the surface of star. Photon shifts to red. In during photon is leaving the star it loses its energy. So, the momentum of photon decreases.

The relationfiltered=dp/dt shows when momentum of photon changes, the strongly of gravity field cannot be stable.

In during that nuclear fuel of star is used, mass converts to energy and energy converts to gravitation force too. And the strongly of gravity force is increasing. It means the outward forces of radiation diminish and inward pressure of gravitational force multiples. Then star collapses and a black hole is born.

All of our ideas about the universe formed by our experiences on the earth. In the earth redshift and multiplying of gravity field is inconsiderable, but in a With Dwarf is considerable. 

 

+ نوشته شده در  چهارشنبه هجدهم مرداد 1385ساعت 21:15  توسط کامیار احمدی  | 

هندسه نااقليدسى و نسبيت عام اينشتين

هندسه نااقليدسى و نسبيت عام اينشتين

در قرن نوزدهم دو رياضيدان بزرگ به نام «لباچفسكى» و «ريمان» دو نظام هندسى را صورت بندى كردند كه هندسه را از سيطره اقليدس خارج مى كرد. صورت بندى «اقليدس» از هندسه تا قرن نوزدهم پررونق ترين كالاى فكرى بود و پنداشته مى شد كه نظام اقليدس يگانه نظامى است كه امكان پذير است. اين نظام بى چون و چرا توصيفى درست از جهان انگاشته مى شد. هندسه اقليدسى مدلى براى ساختار نظريه هاى علمى بود و نيوتن و ديگر دانشمندان از آن پيروى مى كردند. هندسه اقليدسى بر پنج اصل موضوعه استوار است و قضاياى هندسه با توجه به اين پنج اصل اثبات مى شوند. اصل موضوعه پنجم اقليدس مى گويد: «به ازاى هر خط و نقطه اى خارج آن خط، يك خط و تنها يك خط به موازات آن خط مفروض مى تواند از آن نقطه عبور كند.» هندسه «لباچفسكى» و هندسه «ريمانى» اين اصل موضوعه پنجم را مورد ترديد قرار دادند. در هندسه «ريمانى» ممكن است خط صافى كه موازى خط مفروض باشد از نقطه مورد نظر عبور نكند و در هندسه «لباچفسكى» ممكن است بيش از يك خط از آن نقطه عبور كند. با اندكى تسامح مى توان گفت اين دو هندسه منحنى وار هستند. بدين معنا كه كوتاه ترين فاصله بين دو نقطه يك منحنى است.
هندسه اقليدسى فضايى را مفروض مى گيرد كه هيچ گونه خميدگى و انحنا ندارد. اما نظام هندسى لباچفسكى و ريمانى اين خميدگى را مفروض مى گيرند. (مانند سطح يك كره) همچنين در هندسه هاى نااقليدسى جمع زواياى مثلث برابر با ۱۸۰ درجه نيست. (در هندسه اقليدسى جمع زواياى مثلث برابر با ۱۸۰ درجه است.) ظهور اين هندسه هاى عجيب و غريب براى رياضيدانان جالب توجه بود اما اهميت آنها وقتى روشن شد كه نسبيت عام اينشتين توسط بيشتر فيزيكدانان به عنوان جايگزينى براى نظريه نيوتن از مكان، زمان و گرانش پذيرفته شد. چون صورت بندى نسبيت عام اينشتين مبتنى بر هندسه «ريمانى» است. در اين نظريه هندسه زمان و مكان به جاى آن كه صاف باشد منحنى است. نظريه نسبيت خاص اينشتين تمايز آشكارى ميان رياضيات محض و رياضيات كاربردى است. هندسه محض مطالعه سيستم هاى رياضى مختلف است كه به وسيله نظام هاى اصول موضوعه متفاوتى توصيف شده اند. برخى از آنها چندبعدى و يا حتى nبعدى هستند. اما هندسه محض انتزاعى است و هيچ ربطى با جهان مادى ندارد يعنى فقط به روابط مفاهيم رياضى با همديگر، بدون ارجاع به تجربه مى پردازد. هندسه كاربردى، كاربرد رياضيات در واقعيت است. هندسه كاربردى به وسيله تجربه فراگرفته مى شود و مفاهيم انتزاعى برحسب عناصرى تفسير مى شوند كه بازتاب جهان تجربه اند. نظريه نسبيت، تفسيرى منسجم از مفهوم حركت، زمان و مكان به ما مى دهد. اينشتين براى تبيين حركت نور از هندسه نااقليدسى استفاده كرد. بدين منظور هندسه «ريمانى» را برگزيد.
هندسه اقليدسى براى دستگاهى مشتمل بر خط هاى راست در يك صفحه طرح ريزى شده است اما در عالم واقع يك چنين خط هاى راستى وجود ندارد. اينشتين معتقد بود امور واقع هندسه ريمانى را اقتضا كرده اند. نور بر اثر ميدان هاى گرانشى خميده شده و به صورت منحنى در مى آيد يعنى سير نور مستقيم نيست بلكه به صورت منحنى ها و دايره هاى عظيمى است كه سطح كرات آنها را پديد آورده اند. نور به سبب ميدان هاى گرانشى كه بر اثر اجرام آسمانى پديد مى آيد خط سيرى منحنى دارد. براساس نسبيت عام نور در راستاى كوتاه ترين خطوط بين نقاط حركت مى كند اما گاهى اين خطوط منحنى هستند چون حضور ماده موجب انحنا در مكان - زمان مى شود.
در نظريه نسبيت عام گرانش يك نيرو نيست بلكه نامى است كه ما به اثر انحناى زمان _ مكان بر حركت اشيا اطلاق مى كنيم. آزمون هاى عملى ثابت كردند كه شالوده عالم نااقليدسى است و شايد نظريه نسبيت عام بهترين راهنمايى باشد كه ما با آن مى توانيم اشيا را مشاهده كنيم. اما مدافعين هندسه اقليدسى معتقد بودند كه به وسيله آزمايش نمى توان تصميم گرفت كه ساختار هندسى جهان اقليدسى است يا نااقليدسى. چون مى توان نيروهايى به سيستم مبتنى بر هندسه اقليدسى اضافه كرد به طورى كه شبيه اثرات ساختار نااقليدسى باشد. نيروهايى كه اندازه گيرى هاى ما از طول و زمان را چنان تغيير دهند كه پديده هايى سازگار با زمان - مكان خميده به وجود آيد. اين نظريه به «قراردادگرايى» مشهور است كه نخستين بار از طرف رياضيدان و فيزيكدان فرانسوى «هنرى پوانكاره» ابراز شد. اما نظريه هايى كه بدين طريق به دست مى آوريم ممكن است كاملاً جعلى و موقتى باشند. اما دلايل كافى براى رد آنها وجود دارد؟

+ نوشته شده در  دوشنبه شانزدهم مرداد 1385ساعت 22:37  توسط کامیار احمدی  | 

What is a black hole

What is a black hole?
---------------------
Loosely speaking, a black hole is a region of space that has so much mass concentrated in it that there is no way for a nearby object to escape its gravitational pull. Since our best theory of gravity at the moment is Einstein's general theory of relativity, we have to delve into some results of this theory to understand black holes in detail, but let's start of slow, by thinking about gravity under fairly simple circumstances.

Suppose that you are standing on the surface of a planet. You throw a rock straight up into the air. Assuming you don't throw it too hard, it will rise for a while, but eventually the acceleration due to the planet's gravity will make it start to fall down again. If you threw the rock hard enough, though, you could make it escape the planet's gravity entirely. It would keep on rising forever. The speed with which you need to throw the rock in order that it just barely escapes the planet's gravity is called the "escape velocity." As you would expect, the escape velocity depends on the mass of the planet: if the planet is extremely massive, then its gravity is very strong, and the escape velocity is high. A lighter planet would have a smaller escape velocity. The escape velocity also depends on how far you are from the planet's center: the closer you are, the higher the escape velocity. The Earth's escape velocity is 11.2 kilometers per second (about 25,000 m.p.h.), while the Moon's is only 2.4 kilometers per second (about 5300 m.p.h.).

Now imagine an object with such an enormous concentration of mass in such a small radius that its escape velocity was greater than the velocity of light. Then, since nothing can go faster than light, nothing can escape the object's gravitational field. Even a beam of light would be pulled back by gravity and would be unable to escape.

The idea of a mass concentration so dense that even light would be trapped goes all the way back to Laplace in the 18th century. Almost immediately after Einstein developed general relativity, Karl Schwarzschild discovered a mathematical solution to the equations of the theory that described such an object. It was only much later, with the work of such people as Oppenheimer, Volkoff, and Snyder in the 1930's, that people thought seriously about the possibility that such objects might actually exist in the Universe. (Yes, this is the same Oppenheimer who ran the Manhattan Project.) These researchers showed that when a sufficiently massive star runs out of fuel, it is unable to support itself against its own gravitational pull, and it should collapse into a black hole.

In general relativity, gravity is a manifestation of the curvature of spacetime. Massive objects distort space and time, so that the usual rules of geometry don't apply anymore. Near a black hole, this distortion of space is extremely severe and causes black holes to have some very strange properties. In particular, a black hole has something called an 'event horizon.' This is a spherical surface that marks the boundary of the black hole. You can pass in through the horizon, but you can't get back out. In fact, once you've crossed the horizon, you're doomed to move inexorably closer and closer to the 'singularity' at the center of the black hole.

You can think of the horizon as the place where the escape velocity equals the velocity of light. Outside of the horizon, the escape velocity is less than the speed of light, so if you fire your rockets hard enough, you can give yourself enough energy to get away. But if you find yourself inside the horizon, then no matter how powerful your rockets are, you can't escape.

The horizon has some very strange geometrical properties. To an observer who is sitting still somewhere far away from the black hole, the horizon seems to be a nice, static, unmoving spherical surface. But once you get close to the horizon, you realize that it has a very large velocity. In fact, it is moving outward at the speed of light! That explains why it is easy to cross the horizon in the inward direction, but impossible to get back out. Since the horizon is moving out at the speed of light, in order to escape back across it, you would have to travel faster than light. You can't go faster than light, and so you can't escape from the black hole.

(If all of this sounds very strange, don't worry. It is strange. The horizon is in a certain sense sitting still, but in another sense it is flying out at the speed of light. It's a bit like Alice in "Through the Looking-Glass": she has to run as fast as she can just to stay in one place.)

Once you're inside of the horizon, spacetime is distorted so much that the coordinates describing radial distance and time switch roles. That is, "r", the coordinate that describes how far away you are from the center, is a timelike coordinate, and "t" is a spacelike one. One consequence of this is that you can't stop yourself from moving to smaller and smaller values of r, just as under ordinary circumstances you can't avoid moving towards the future (that is, towards larger and larger values of t). Eventually, you're bound to hit the singularity at r = 0. You might try to avoid it by firing your rockets, but it's futile: no matter which direction you run, you can't avoid your future. Trying to avoid the center of a black hole once you've crossed the horizon is just like trying to avoid next Thursday.

Incidentally, the name 'black hole' was invented by John Archibald Wheeler, and seems to have stuck because it was much catchier than previous names. Before Wheeler came along, these objects were often referred to as 'frozen stars.' I'll explain why below.

Back to Black Hole Question List

How big is a black hole?
------------------------

There are at least two different ways to describe how big something is. We can say how much mass it has, or we can say how much space it takes up. Let's talk first about the masses of black holes.

There is no limit in principle to how much or how little mass a black hole can have. Any amount of mass at all can in principle be made to form a black hole if you compress it to a high enough density. We suspect that most of the black holes that are actually out there were produced in the deaths of massive stars, and so we expect those black holes to weigh about as much as a massive star. A typical mass for such a stellar black hole would be about 10 times the mass of the Sun, or about 10^{31} kilograms. (Here I'm using scientific notation: 10^{31} means a 1 with 31 zeroes after it, or 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000.) Astronomers also suspect that many galaxies harbor extremely massive black holes at their centers. These are thought to weigh about a million times as much as the Sun, or 10^{36} kilograms.

The more massive a black hole is, the more space it takes up. In fact, the Schwarzschild radius (which means the radius of the horizon) and the mass are directly proportional to one another: if one black hole weighs ten times as much as another, its radius is ten times as large. A black hole with a mass equal to that of the Sun would have a radius of 3 kilometers. So a typical 10-solar-mass black hole would have a radius of 30 kilometers, and a million-solar-mass black hole at the center of a galaxy would have a radius of 3 million kilometers. Three million kilometers may sound like a lot, but it's actually not so big by astronomical standards. The Sun, for example, has a radius of about 700,000 kilometers, and so that supermassive black hole has a radius only about four times bigger than the Sun.

Back to Black Hole Question List

What would happen to me if I fell into a black hole?
----------------------------------------------------

Let's suppose that you get into your spaceship and point it straight towards the million-solar-mass black hole in the center of our galaxy. (Actually, there's some debate about whether our galaxy contains a central black hole, but let's assume it does for the moment.) Starting from a long way away from the black hole, you just turn off your rockets and coast in. What happens?

At first, you don't feel any gravitational forces at all. Since you're in free fall, every part of your body and your spaceship is being pulled in the same way, and so you feel weightless. (This is exactly the same thing that happens to astronauts in Earth orbit: even though both astronauts and space shuttle are being pulled by the Earth's gravity, they don't feel any gravitational force because everything is being pulled in exactly the same way.) As you get closer and closer to the center of the hole, though, you start to feel "tidal" gravitational forces. Imagine that your feet are closer to the center than your head. The gravitational pull gets stronger as you get closer to the center of the hole, so your feet feel a stronger pull than your head does. As a result you feel "stretched." (This force is called a tidal force because it is exactly like the forces that cause tides on earth.) These tidal forces get more and more intense as you get closer to the center, and eventually they will rip you apart.

For a very large black hole like the one you're falling into, the tidal forces are not really noticeable until you get within about 600,000 kilometers of the center. Note that this is after you've crossed the horizon. If you were falling into a smaller black hole, say one that weighed as much as the Sun, tidal forces would start to make you quite uncomfortable when you were about 6000 kilometers away from the center, and you would have been torn apart by them long before you crossed the horizon. (That's why we decided to let you jump into a big black hole instead of a small one: we wanted you to survive at least until you got inside.)

What do you see as you are falling in? Surprisingly, you don't necessarily see anything particularly interesting. Images of faraway objects may be distorted in strange ways, since the black hole's gravity bends light, but that's about it. In particular, nothing special happens at the moment when you cross the horizon. Even after you've crossed the horizon, you can still see things on the outside: after all, the light from the things on the outside can still reach you. No one on the outside can see you, of course, since the light from you can't escape past the horizon.

How long does the whole process take? Well, of course, it depends on how far away you start from. Let's say you start at rest from a point whose distance from the singularity is ten times the black hole's radius. Then for a million-solar-mass black hole, it takes you about 8 minutes to reach the horizon. Once you've gotten that far, it takes you only another seven seconds to hit the singularity. By the way, this time scales with the size of the black hole, so if you'd jumped into a smaller black hole, your time of death would be that much sooner.

Once you've crossed the horizon, in your remaining seven seconds, you might panic and start to fire your rockets in a desperate attempt to avoid the singularity. Unfortunately, it's hopeless, since the singularity lies in your future, and there's no way to avoid your future. In fact, the harder you fire your rockets, the sooner you hit the singularity. It's best just to sit back and enjoy the ride.

Back to Black Hole Question List

My friend Penelope is sitting still at a safe distance, watching me fall into the black hole. What does she see?
-------------------------------------------------------------------

Penelope sees things quite differently from you. As you get closer and closer to the horizon, she sees you move more and more slowly. In fact, no matter how long she waits, she will never quite see you reach the horizon.

In fact, more or less the same thing can be said about the material that formed the black hole in the first place. Suppose that the black hole formed from a collapsing star. As the material that is to form the black hole collapses, Penelope sees it get smaller and smaller, approaching but never quite reaching its Schwarzschild radius. This is why black holes were originally called frozen stars: because they seem to 'freeze' at a size just slightly bigger than the Schwarzschild radius.

Why does she see things this way? The best way to think about it is that it's really just an optical illusion. It doesn't really take an infinite amount of time for the black hole to form, and it doesn't really take an infinite amount of time for you to cross the horizon. (If you don't believe me, just try jumping in! You'll be across the horizon in eight minutes, and crushed to death mere seconds later.) As you get closer and closer to the horizon, the light that you're emitting takes longer and longer to climb back out to reach Penelope. In fact, the radiation you emit right as you cross the horizon will hover right there at the horizon forever and never reach her. You've long since passed through the horizon, but the light signal telling her that won't reach her for an infinitely long time.

There is another way to look at this whole business. In a sense, time really does pass more slowly near the horizon than it does far away. Suppose you take your spaceship and ride down to a point just outside the horizon, and then just hover there for a while (burning enormous amounts of fuel to keep yourself from falling in). Then you fly back out and rejoin Penelope. You will find that she has aged much more than you during the whole process; time passed more slowly for you than it did for her.

So which of these two explanation (the optical-illusion one or the time-slowing-down one) is really right? The answer depends on what system of coordinates you use to describe the black hole. According to the usual system of coordinates, called "Schwarzschild coordinates," you cross the horizon when the time coordinate t is infinity. So in these coordinates it really does take you infinite time to cross the horizon. But the reason for that is that Schwarzschild coordinates provide a highly distorted view of what's going on near the horizon. In fact, right at the horizon the coordinates are infinitely distorted (or, to use the standard terminology, "singular"). If you choose to use coordinates that are not singular near the horizon, then you find that the time when you cross the horizon is indeed finite, but the time when Penelope sees you cross the horizon is infinite. It took the radiation an infinite amount of time to reach her. In fact, though, you're allowed to use either coordinate system, and so both explanations are valid. They're just different ways of saying the same thing.

In practice, you will actually become invisible to Penelope before too much time has passed. For one thing, light is "redshifted" to longer wavelengths as it rises away from the black hole. So if you are emitting visible light at some particular wavelength, Penelope will see light at some longer wavelength. The wavelengths get longer and longer as you get closer and closer to the horizon. Eventually, it won't be visible light at all: it will be infrared radiation, then radio waves. At some point the wavelengths will be so long that she'll be unable to observe them. Furthermore, remember that light is emitted in individual packets called photons. Suppose you are emitting photons as you fall past the horizon. At some point, you will emit your last photon before you cross the horizon. That photon will reach Penelope at some finite time -- typically less than an hour for that million-solar-mass black hole -- and after that she'll never be able to see you again. (After all, none of the photons you emit *after* you cross the horizon will ever get to her.)

Back to Black Hole Question List

If a black hole existed, would it suck up all the matter in the Universe?
---------------------------------------------------------------

Heck, no. A black hole has a "horizon," which means a region from which you can't escape. If you cross the horizon, you're doomed to eventually hit the singularity. But as long as you stay outside of the horizon, you can avoid getting sucked in. In fact, to someone well outside of the horizon, the gravitational field surrounding a black hole is no different from the field surrounding any other object of the same mass. In other words, a one-solar-mass black hole is no better than any other one-solar-mass object (such as, for example, the Sun) at "sucking in" distant objects.

Back to Black Hole Question List

What if the Sun became a black hole?
------------------------------------

Well, first, let me assure you that the Sun has no intention of doing any such thing. Only stars that weigh considerably more than the Sun end their lives as black holes. The Sun is going to stay roughly the way it is for another five billion years or so. Then it will go through a brief phase as a red giant star, during which time it will expand to engulf the planets Mercury and Venus, and make life quite uncomfortable on Earth (oceans boiling, atmosphere escaping, that sort of thing). After that, the Sun will end its life by becoming a boring white dwarf star. If I were you, I'd make plans to move somewhere far away before any of this happens. I also wouldn't buy any of those 8-billion-year government bonds.

But I digress. What if the Sun *did* become a black hole for some reason? The main effect is that it would get very dark and very cold around here. The Earth and the other planets would not get sucked into the black hole; they would keep on orbiting in exactly the same paths they follow right now. Why? Because the horizon of this black hole would be very small -- only about 3 kilometers -- and as we observed above, as long as you stay well outside the horizon, a black hole's gravity is no stronger than that of any other object of the same mass.

Back to Black Hole Question List

Is there any evidence that black holes exist?
---------------------------------------------

Yes. You can't see a black hole directly, of course, since light can't get past the horizon. That means that we have to rely on indirect evidence that black holes exist.

Suppose you have found a region of space where you think there might be a black hole. How can you check whether there is one or not? The first thing you'd like to do is measure how much mass there is in that region. If you've found a large mass concentrated in a small volume, and if the mass is dark, then it's a good guess that there's a black hole there. There are two kinds of systems in which astronomers have found such compact, massive, dark objects: the centers of galaxies (including perhaps our own Milky Way Galaxy), and X-ray-emitting binary systems in our own Galaxy.

According to a recent review by Kormendy and Richstone (to appear in the 1995 edition of "Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics"), eight galaxies have been observed to contain such massive dark objects in their centers. The masses of the cores of these galaxies range from one million to several billion times the mass of the Sun. The mass is measured by observing the speed with which stars and gas orbit around the center of the galaxy: the faster the orbital speeds, the stronger the gravitational force required to hold the stars and gas in their orbits. (This is the most common way to measure masses in astronomy. For example, we measure the mass of the Sun by observing how fast the planets orbit it, and we measure the amount of dark matter in galaxies by measuring how fast things orbit at the edge of the galaxy.)

These massive dark objects in galactic centers are thought to be black holes for at least two reasons. First, it is hard to think of anything else they could be: they are too dense and dark to be stars or clusters of stars. Second, the only promising theory to explain the enigmatic objects known as quasars and active galaxies postulates that such galaxies have supermassive black holes at their cores. If this theory is correct, then a large fraction of galaxies -- all the ones that are now or used to be active galaxies -- must have supermassive black holes at the center. Taken together, these arguments strongly suggest that the cores of these galaxies contain black holes, but they do not constitute absolute proof.

Two very recent discovery has been made that strongly support the hypothesis that these systems do indeed contain black holes. First, a nearby active galaxy was found to have a "water maser" system (a very powerful source of microwave radiation) near its nucleus. Using the technique of very-long-baseline interferometry, a group of researchers was able to map the velocity distribution of the gas with very fine resolution. In fact, they were able to measure the velocity within less than half a light-year of the center of the galaxy. From this measurement they can conclude that the massive object at the center of this galaxy is less than half a light-year in radius. It is hard to imagine anything other than a black hole that could have so much mass concentrated in such a small volume. (This result was reported by Miyoshi et al. in the 12 January 1995 issue of Nature, vol. 373, p. 127.)

A second discovery provides even more compelling evidence. X-ray astronomers have detected a spectral line from one galactic nucleus that indicates the presence of atoms near the nucleus that are moving extremely fast (about 1/3 the speed of light). Furthermore, the radiation from these atoms has been redshifted in just the manner one would expect for radiation coming from near the horizon of a black hole. These observations would be very difficult to explain in any other way besides a black hole, and if they are verified, then the hypothesis that some galaxies contain supermassive black holes at their centers would be fairly secure. (This result was reported in the 22 June 1995 issue of Nature, vol. 375, p. 659, by Tanaka et al.)

A completely different class of black-hole candidates may be found in our own Galaxy. These are much lighter, stellar-mass black holes, which are thought to form when a massive star ends its life in a supernova explosion. If such a stellar black hole were to be off somewhere by itself, we wouldn't have much hope of finding it. However, many stars come in binary systems -- pairs of stars in orbit around each other. If one of the stars in such a binary system becomes a black hole, we might be able to detect it. In particular, in some binary systems containing a compact object such as a black hole, matter is sucked off of the other object and forms an "accretion disk" of stuff swirling into the black hole. The matter in the accretion disk gets very hot as it falls closer and closer to the black hole, and it emits copious amounts of radiation, mostly in the X-ray part of the spectrum. Many such "X-ray binary systems" are known, and some of them are thought to be likely black-hole candidates.

Suppose you've found an X-ray binary system. How can you tell whether the unseen compact object is a black hole? Well, one thing you'd certainly like to do is to estimate its mass. By measuring the orbital speed of visible star (together with a few other things), you can figure out the mass of the invisible companion. (The technique is quite similar to the one we described above for supermassive black holes in galactic centers: the faster the star is moving, the stronger the gravitational force required to keep it in place, and so the more massive the invisible companion.) If the mass of the compact object is found to be very large very large, then there is no kind of object we know about that it could be other than a black hole. (An ordinary star of that mass would be visible. A stellar remnant such as a neutron star would be unable to support itself against gravity, and would collapse to a black hole.) The combination of such mass estimates and detailed studies of the radiation from the accretion disk can supply powerful circumstantial evidence that the object in question is indeed a black hole.

Many of these "X-ray binary" systems are known, and in some cases the evidence in support of the black-hole hypothesis is quite strong. In a review article in the 1992 issue of Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics, Anne Cowley summarized the situation by saying that there were three such systems known (two in our galaxy and one in the nearby Large Magellanic Cloud) for which very strong evidence exists that the mass of the invisible object is too large to be anything but a black hole. There are many more such objects that are thought to be likely black holes on the basis of slightly less evidence. Furthermore, this field of research has been very active since 1992, and the number of strong candidates by now is larger than three.

Back to Black Hole Question List

How do black holes evaporate?
-----------------------------

This is a tough one. Back in the 1970's, Stephen Hawking came up with theoretical arguments showing that black holes are not really entirely black: due to quantum-mechanical effects, they emit radiation. The energy that produces the radiation comes from the mass of the black hole. Consequently, the black hole gradually shrinks. It turns out that the rate of radiation increases as the mass decreases, so the black hole continues to radiate more and more intensely and to shrink more and more rapidly until it presumably vanishes entirely.

Actually, nobody is really sure what happens at the last stages of black hole evaporation: some researchers think that a tiny, stable remnant is left behind. Our current theories simply aren't good enough to let us tell for sure one way or the other. As long as I'm disclaiming, let me add that the entire subject of black hole evaporation is extremely speculative. It involves figuring out how to perform quantum-mechanical (or rather quantum-field-theoretic) calculations in curved spacetime, which is a very difficult task, and which gives results that are essentially impossible to test with experiments. Physicists *think* that we have the correct theories to make predictions about black hole evaporation, but without experimental tests it's impossible to be sure.

Now why do black holes evaporate? Here's one way to look at it, which is only moderately inaccurate. (I don't think it's possible to do much better than this, unless you want to spend a few years learning about quantum field theory in curved space.) One of the consequences of the uncertainty principle of quantum mechanics is that it's possible for the law of energy conservation to be violated, but only for very short durations. The Universe is able to produce mass and energy out of nowhere, but only if that mass and energy disappear again very quickly. One particular way in which this strange phenomenon manifests itself goes by the name of vacuum fluctuations. Pairs consisting of a particle and antiparticle can appear out of nowhere, exist for a very short time, and then annihilate each other. Energy conservation is violated when the particles are created, but all of that energy is restored when they annihilate again. As weird as all of this sounds, we have actually confirmed experimentally that these vacuum fluctuations are real.

Now, suppose one of these vacuum fluctuations happens near the horizon of a black hole. It may happen that one of the two particles falls across the horizon, while the other one escapes. The one that escapes carries energy away from the black hole and may be detected by some observer far away. To that observer, it will look like the black hole has just emitted a particle. This process happens repeatedly, and the observer sees a continuous stream of radiation from the black hole.

Back to Black Hole Question List

Won't the black hole have evaporated out from under me before I reach it?
---------------------------------------------------------------------

We've observed that, from the point of view of your friend Penelope who remains safely outside of the black hole, it takes you an infinite amount of time to cross the horizon. We've also observed that black holes evaporate via Hawking radiation in a finite amount of time. So by the time you reach the horizon, the black hole will be gone, right?

Wrong. When we said that Penelope would see it take forever for you to cross the horizon, we were imagining a non-evaporating black hole. If the black hole is evaporating, that changes things. Your friend will see you cross the horizon at the exact same moment she sees the black hole evaporate. Let me try to describe why this is true.

Remember what we said before: Penelope is the victim of an optical illusion. The light that you emit when you're very near the horizon (but still on the outside) takes a very long time to climb out and reach her. If the black hole lasts forever, then the light may take arbitrarily long to get out, and that's why she doesn't see you cross the horizon for a very long (even an infinite) time. But once the black hole has evaporated, there's nothing to stop the light that carries the news that you're about to cross the horizon from reaching her. In fact, it reaches her at the same moment as that last burst of Hawking radiation. Of course, none of that will matter to you: you've long since crossed the horizon and been crushed at the singularity. Sorry about that, but you should have thought about it before you jumped in.

Back to Black Hole Question List

What is a white hole?
---------------------

The equations of general relativity have an interesting mathematical property: they are symmetric in time. That means that you can take any solution to the equations and imagine that time flows backwards rather than forwards, and you'll get another valid solution to the equations. If you apply this rule to the solution that describes black holes, you get an object known as a white hole. Since a black hole is a region of space from which nothing can escape, the time-reversed version of a black hole is a region of space into which nothing can fall. In fact, just as a black hole can only suck things in, a white hole can only spit things out.

White holes are a perfectly valid mathematical solution to the equations of general relativity, but that doesn't mean that they actually exist in nature. In fact, they almost certainly do not exist, since there's no way to produce one. (Producing a white hole is just as impossible as destroying a black hole, since the two processes are time-reversals of each other.)

Back to Black Hole Question List

What is a wormhole?
-------------------

So far, we have only considered ordinary "vanilla" black holes. Specifically, we have been talking all along about black holes that are not rotating and have no electric charge. If we consider black holes that rotate and/or have charge, things get more complicated. In particular, it is possible to fall into such a black hole and not hit the singularity. In effect, the interior of a charged or rotating black hole can "join up" with a corresponding white hole in such a way that you can fall into the black hole and pop out of the white hole. This combination of black and white holes is called a wormhole.

The white hole may be somewhere very far away from the black hole; indeed, it may even be in a "different Universe" -- that is, a region of spacetime that, aside from the wormhole itself, is completely disconnected from our own region. A conveniently-located wormhole would therefore provide a convenient and rapid way to travel very large distances, or even to travel to another Universe. Maybe the exit to the wormhole would lie in the past, so that you could travel back in time by going through. All in all, they sound pretty cool.

But before you apply for that research grant to go search for them, there are a couple of things you should know. First of all, wormholes almost certainly do not exist. As we said above in the section on white holes, just because something is a valid mathematical solution to the equations doesn't mean that it actually exists in nature. In particular, black holes that form from the collapse of ordinary matter (which includes all of the black holes that we think exist) do not form wormholes. If you fall into one of those, you're not going to pop out anywhere. You're going to hit a singularity, and that's all there is to it.

Furthermore, even if a wormhole were formed, it is thought that it would not be stable. Even the slightest perturbation (including the perturbation caused by your attempt to travel through it) would cause it to collapse.

Finally, even if wormholes exist and are stable, they are quite unpleasant to travel through. Radiation that pours into the wormhole (from nearby stars, the cosmic microwave background, etc.) gets blueshifted to very high frequencies. As you try to pass through the wormhole, you will get fried by these X-rays and gamma rays.

Back to Black Hole Question List

Where can I go to learn more about black holes?
-----------------------------------------------

Let me begin by acknowledging that I cribbed some of the above material from the article about black holes in the Frequently Asked Questions list for the Usenet newsgroup sci.physics. The sci.physics FAQ is posted monthly to sci.physics and is also available by anonymous ftp from rtfm.mit.edu (and probably other places). The article about black holes, which is excellent, was written by Matt McIrvin. The FAQ contains other neat things too.

There are lots of books out there about black holes and related matters. Kip Thorne's "Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy" is a good one. William Kaufmann's "Black Holes and Warped Spacetime" is also worth reading. R. Wald's "Space, Time, and Gravity" is an exposition of general relativity for non-scientists. I haven't read it myself, but I've heard good things about it.

Both of these books are aimed at readers without much background in physics. If you want more "meat" (i.e., more mathematics), then you probably start with a book on the basics of relativity theory. The best introduction to the subject is "Spacetime Physics" by E.F. Taylor and J.A. Wheeler. (This book is mostly about special relativity, but the last chapter discusses the general theory.) Taylor and Wheeler have been threatening for about two years now to publish a sequel entitled "Scouting Black Holes," which should be quite good if it ever comes out. "Spacetime Physics" does not assume that you know vast amounts of physics, but it does assume that you're willing to work hard at understanding this stuff. It is not light reading, although it is more playful and less intimidating than most physics books.

Finally, if "Spacetime Physics" isn't enough for you, you could try any of several introductions to general relativity. B. Schutz's "A First Course in General Relativity" and W. Rindler's "Essential Relativity" are a couple of possibilities. And for the extremely valiant reader with an excellent background in physics, there's the granddaddy of all books on general relativity, Misner, Thorne, and Wheeler's "Gravitation." R. Wald's book "General Relativity" is at a comparable level to "Gravitation," although the styles of the two books are enormously different. What little I know about black-hole evaporation comes from Wald's book. Let me emphasize that all of these books, and especially the last two, assume that you know quite a lot of physics. They are not for the faint of heart.

Back to Black Hole Question List

+ نوشته شده در  یکشنبه پانزدهم مرداد 1385ساعت 10:55  توسط کامیار احمدی  |