نهاية الكون و الثقوب السوداء

تطور التقانة الفلكية:

اذا ما نظر الانسان لاول وهلة الى السماء لرآها ساكنة هادئة ولكن الامر في
حقيقته ليس كما يبدو عليه، حيث كشف لنا تطور التقانة ان تقلبات الاحوال
الفلكية مهولة في عظمتها، فانفجار قنبلة هيدروجينية تبدو كفقاعة مقابل
انفجار في غلاف شمسنا القريبة. ويظهر هذا الانفجار كنفخة طفل صغير مقابل
عاصفة هوجاء اذا قورنت بانفجارات السوبر نوفا.وانفجارات السوبر نوفا يبدو
كنسيم الليل العليل اذا قورن بانفجارات نوى مجرات الراديو وشبيهات النجوم
أو الثقوب السوداء . ولقد تطور هذا العلم كثيرا خاصة في نهاية القرن الماضي
مما حسن العديد من المفاهيم لدى البشر.

ويمكن تمثيل التطورات التي تراكمت عبر العصور على علم الفلك بخط تصاعدي
تتخلله قفزات عملاقة أدت الى تحسينات جبارة في نوعية الأرصاد وكميتها
والمعلومات المستنبطة منها خاصة بعد غزو الفضاء بالاقمار التي قد تصل
أعدادها الى قرابة التسعة آلاف، والتي أدت بدورها الى قفزة نوعية في تطوير
نظرة الانسان الى الكون وكذلك في توسيع آفاق ليس لهما مثيل فتبارك الله
أحسن الخالقين. وان من افضل المناظير الفضائية التي أرسلت لدراسة الفضاء
والأجرام السماوية بشكل عام المنظار الفضائي هابل، والذي زودنا ببيانات
ومعلومات خلال السنوات القليلة الماضية عجز البشر عن الحصول على مثلها عبر
مئات السنين من سواها من المناظير الارضية، وسوف نستدل بنتائج أحد أرصاده
الجمة لشرح موضوعنا هذا:


تمدد الكون :

لقد تمكن العالم الفلكي أدوين هابل من خلال دراسة تعرف بدراسة الازاحة
الحمراء لأطياف المجرات والتي تدل على أن المجرات تتباعد عن بعضها وأن
الكون في تمدد مستمر وكلما ازدادت المجرات بعدا ازدادت سرعتها في التباعد
عن بعضها .وكانت هذه الدراسة قد تمت في عام 1921 الا أن انشتاين كان قد
سبقه بستة أعوام من خلال حله للمعادلات النظرية للنسبية العامة وتطبيقها
على الكون والتي استنتج منها أن الكون غير مستقر. وكانت نظرية الانفجار
العظيم ما هي الا امتداد لتلك الفكرة والتي نشأت عام 1950 ومفادها أن الكون
ما دام في اتساع مستمر فانه لا بد وأن يكون قد انطلق من نقطة وانفجر عنها
وذلك قبل 15000 مليون عام قدر انها عمر الكون . وقد حسبت بأخذ مقلوب قيمة
ثابت هابل، وهي نسبة تسارع المجرات الى بعدها.

وتوضح نظرية الانفجار العظيم أن الكون قد يصل الى حد أقصى من الإتساع كما
انه سيعود للانكماش مرة أخرى اذا ما كان كثافة الكون أكبر من الكثافة
الحرجة، ولكن من المعلوم أن كتلة الكون تساوى 10% فقط من الكتلة اللازمة
لأن تكون كثافة الكون مساوية أو أكبر من الكثافة الحرجة، فأين تكمن الكتلة
المتبقية؟

ويوضح أحد أرجح التفسيرات أن بقية الكتلة اللازمة (90%) قد تكون مستترة في
الثقوب السوداء، وهي كما سنرى لاحقا، ليست سوى مواقع في السماء لا ترى ولا
ترصد ولا تصدر عنها معلومات مباشرة ولايعرف وجودها الا بأثرها على ما
جاورها من مادة أو نجوم، تبارك القائل }فَلا أُقْسِمُ بِمَوَاقِعِ النجُومِ
* وَإِنهُ لَقَسَمٌ لَوْ تَعْلَمُونَ عَظِيمٌ{ (الواقعة:76). وتصل هذه
الثقوب السوداء الى هذه الحالة والتي تعد مرحلة من مراحل حياة النجوم والتي
لا تستطيع أن تنطلق منها الاشعة الضوئية عندما تكون نسبة كتلة نجم ما الى
نصف قطره أكبر من قدر معين، وليتخيل القارىء مثالا على ذلك كوكبنا الارض
فلكي تصبح الاشعة أسيرة لها فانه لا بد من ضغطها حتى يصل نصف قطرها أقل من
1سنتيمتر، عندئذ لن تعكس الارض أشعة الشمس الساقطة عليها وبالتالي فانه لن
يتمكن أحد من رصدها من الخارج لان الاشعاعات لن تغادرها وبذا تصبح ثقبا
اسود.


ما هي طبيعة الثقوب السوداء؟

من المعلوم جيدا أنه لو تم قذف كرة تنس مضرب الى الاعلى فانها وبفعل
الجاذبية ستعود مرة أخرى الى الارض، وكلما كانت شدة رمي الكرة أقوى كلما
كانت سرعة صعودها أقوى كما أنها ستكون أكثر ارتفاعا. ولكن اذا ما قذفت الى
الاعلى وبقوة كافية فانها لن تعود ابدا حيث ان شدة الجاذبية لن تتمكن من
ارجاعها مرة اخرى، وهذه السرعة التي يجب ان تصل اليها الكرة لتهرب تسمى
بسرعة الهروب ومقدارها 11كم/ث، وذلك لاي مقذوف من على سطح الكرة الارضية.

ولقد اصبح من المسلمات أيضا أنه كلما تم ضغط جسم ما الى حجم أصغر، فان شدة
جاذبيته ستزداد وبالتالي سنحتاج الى سرعة هروب أكبر، وبالإستمرار طردا في
ذلك سنصل الى مرحلة لن يتمكن حتى الضوء من الهروب كما ذكرنا سابقا، وهنا لن
يتمكن أي شىء من الهروب لعدم معرفتنا بما هو أسرع من الضوء وتلك هي براثن
الثقب الأسود.

لقد تم تطوير النظرة الحديثة للثقوب السوداء بمساعدة النسبية العامة (نظرية
الجاذبية لأينشتا ين)، والتي تقول بان الجسم ذو الكتلة العالية يحني
الفضاء من حوله (أو بتعريف أكثر دقة : يحني المكان .الزمان ذو الأبعاد
الأربعة) وأن المسارات التي تتبعها أشعة ضوء أو جسيمات يحددها انحناء
المكان الذي تتحرك فيه هذه الجسيمات، فمسارات الكواكب مثلا يحددها انحناء
الفضاء المجاور للشمس.


ماهية الثقوب السوداء:

يتكون الثقب الاسود البسيط غير الدوار، من نقطة تفرد مركزية تحيط بها منطقة
كروية لها نصف قطر يساوي ذلك لشوارزشيلد وفي نصف قطر هذا تكون الجاذبية
قوية جدا حتى لا يتمكن شيء من الهروب منه، وتسمى حدود هذه المنطقة بأفق
الحدث، حيث انه لا تصل الى معلومات ولأي حادث ممكن حصوله داخل تلك الحدود
أو (الأفق) والى العالم الخارجي (كما في الشكل).

ولو تخيل القارىء أن فوتونا (جسيما لطاقة الضوء) انطلق من نقطة داخل أفق
الحدث فانه سيسقط في التفرد، وسوف يهرب الفوتون المتجه خارج منطقة الحدث
مباشرة من جاذبية الثقب، بينما لوكان الفوتون منبعثا عند الأفق تماما فانه
سيدور هنالك الى الأبد .

وعند مرور أي اشعة ضوئية بجوار منطقة الحدث فانها ستنحرف بتأثير مجال
الجاذبية الشديد للثقب، كلما قرب المسار كلما زادت شدة الانحراف حتى نصل
الى مسافة 501 قدر نصف قطر شوارزشيلد لذلك فان الاشعة ستسير في مسار دائري
الى الابد، كما ستسقط أي أشعة تسير داخل تلك المسافة الى مركز الثقب
الأسود، وبفعل جاذبية الثقب الأسود العالية فانه يستمر في جذبه للمواد
المحيطة به آسرا اياها ويزداد بذلك كتلة وحجما وعنفوانا.

تباطؤ الزمان والإزاحة الحمراء:

من المفاهيم التي وضحتها النسبية العامة ان عقارب الساعات تسير ببطء اكبر
في وجود مجالات جاذبية عالية وذلك عند مقارنتها بالمجالات الضعيفة، وقد
أيدت هذا المفهوم العديد من التجارب العملية، ويصبح هذا التباطؤ التجاذبي
للزمان كبيرا جدا في مجالات الجاذبية القوية المتوفرة بجوار أفق الحدث
للثقوب السوداء.

ولنفترض ان رجل فضاء يحمل معه ساعة دقيقة وهو ساقط من مكان بعيد نحو أفق
الحدث لثقب اسود بينما يراقبه راصد آخر من مكان بعيد وآمن،فعندما يكون رجل
الفضاء هذا بعيدا عن الافق فان الساعة ستكون متوافقة مع ساعة الراصد كما في
الشكل، وعندما تقترب هذه الساعة من الأفق فات تباطؤ الزمان التجاذبي سيكون
واضحا أكثر فأكثر، وسيلاحظ الراصد ان ساعة رجل الفضاء تسير من تلك التي
لديه.

وعندما يصل رجل الفضاء بساعته الى منطقة الحدث، فان الفترة الزمنية بين
اللحظة الأخيرة والتي تسبقها، بالنسبة للراصد، ستكون طويلة بشكل غير متناه،
وسينتج الراصد البعيد ان الزمن قد يتوقف بالنسبة لرجل الفضاء كما انه هو
وساعته سيدوران حول افق الحدث الى الابد.

أما بالنسبة لرجل الفضاء المتجه نحو مركز الثقب هو وساعته فسيينقضي الزمن
بشكل طبيعي حيث انه سيقتحم أفق الحدث ويصطدم بنقطة التفرد بعد حوالي واحد
من العشرة آلاف من الثانية، ومع الفارق الكبير الظاهر بين الشخصين، الا أن
وجهة نظر كل منهما صحيحة تماما وذلك حسب الاطار المحدد والموجود فيه.

وبالمثل أيضا فان النجم المنهار سيبدو لمشاهد بعيد على انه يدور في أفق
الحدث الى الابد، ولكن في حقيقة الامر سيتلاشى ذلك النجم عند وصوله لتلك
المنطقة وذلك بسبب الازاحة الحمراء التجاذبية، وهي الظاهرة التي مفادها ان
الضوء الخارج من مصدر جذب قوي سيفقد طاقة، فيقل تردده كما ان طوله الموجي
سيزداد.

وقريبا من أفق الحدث فان الازاحة الحمراء التجاذبية تكون كبيرة جدا، ولكنها
عند الأفق تكون كبيرة بشكل لا نهائي، وعندما يصل النجم المنهار الى نصف
قطر شوارزشيلد فان جميع موجات الضوء المنبعثة منه تمتد بسرعة بعيدا عن
المدى المرئي، وعندها تكون المسافة بين الموجة النهائية والسابقة لها .
وذلك من وجهة نظر المشاهد، كبيرة بشكل لا نهائي، وتكون الطاقة التي تحملها
الموجة مساوية للصفر ومن ثم فان النجم المنهار يتلاشى.



الثقوب السوداء المتبخرة:

من المعلوم ان الثقوب السوداء لا ترسل ايا كان باتجاه الخارج ولكنها بدلا
من ذلك تستمر في امتصاص اي مادة أو اشعاع يسقط في أفق الحدث.

وعند مقارنة القوانين المؤثرة في تداخلات الثقوب السوداء مع قوانين
الديناميكا الحرارية، وبالاخذ في الاعتبار ظاهرة الكم،فقد وضح هاوكنز ان
للثقب حرارة محددة ولذا فانه سيشع طاقة وجسيمات.

فثقب اسود ذو كتلة تساوي كتلة الشمس، فان درجة حرارة سطحه ستكون 017 كلفن
(واحد من العشرة ملايين من الدرجة فوق الصفر المطلق)، وعند مثل هذه الحرارة
لا يشع الثقب الاسود سوى كمية من الممكن اهمالها بل انه سيمتص اكثر مما
يشع من المادة والاشعاع.

الا ان درجة حرارة الثقب الاسود تتناسب عكسيا مع كتلته، فلو كان لدينا ثقب
اسود ذو كتلة تساوي 0121 كجم( 1بليون طن) فان حرارته ستكون في حدود 0121
كلفن وسيشع بشكل كبير جدا.

وكلما قلت كتلة الثقب الاسود كلما ازدادت حرارته وفقد كتلته ومادته بشكل
أسرع،لذا فان صحت فكرة هاوكنز ان الثقوب السوداء ستفقد كتلتها بمعدل سريع
جدا، متبخرة وينطلق منها جسيمات وأشعة جاما قوية.



الثقوب السوداء كمصدر للطاقة:

بالرغم من انه لا يوجد طاقة تنبعث من أفق الحدث الا ان المادة الساقطة نحو
أفق الحدث تسير بسرعة تقارب سرعة الضوء لذا فان طاقته الحركية ستتحول الى
حرارة وطاقة اشعاعية اذا ما سقطت في قرص الالتحام( قرص من المادة يدور خارج
أفق الحدث).

ان تحطم نجم ليشكل ثقبا اسود أو التهام كمية هائلة من المادة بثقب أسود، او
اصطدام واتحاد ثقبين اسودين هي أمثلة على عمليات لانتاج كميات مهولة من
الطاقة، معظمهما على شكل موجات تجاذبية . ومثل تلك الظواهر قد تنتج طاقة
مساوية لما يقارب 24% من الكتلة المكونة وهي عملية انتاج وتحرير طاقة اكبر
بكثير من تلك التي للاندماج النووي والتي تحرر في النجوم ولاقل من 1% من
الكتلة الاساسية .

ان الثقوب السوداء الموجودة في الانظمة المزدوجة والتي تلتهم الكتلة
والمادة من النجوم المحيط بها، او الثقوب السوداء العملاقة والتي تبتلع سحب
الغاز والنجوم في مراكز المجرات قد تكون من اقوى مصادر الطاقة في الكون .

الثقوب السوداء الدوارة:

قد يتكون الثقب الاسود ذو كتلة ما من اي شيء، فعلى سبيل المثال لن يكون
هنالك فارق بين ذلك الذي ينشأ عن نجم منهار وبين الذي ينشأ من كتلة مساوية
لسابقه من مادة الورق مثلا، وستكون الخصائص الوحيدة الثابتة والتي من
الممكن قياسها من راصد بعيد هي الكتلة، والعزم الزاوي (وهي مقدار كمية
الحركة الدورانية بداخل جسم ما ) وكذلك الشحنة الكهربية.


وتختلف الثقوب الدوارة عن تلك المستقرة غير الدوارة في عدد من المفاهيم،
حيث يعتمد نصف قطر افق الحدث على كل من الكتلة والعزم الزاوي للثقب الدوار
كما يحيط به منطقة على شكل قطع ناقص تسمى الارجوسفير والذي لن ينجو شيء من
الانجذاب نحو اتجاه دوران الثقب وكفكرة اولية من الممكن اشتقاق جزء من طاقة
دوران الثقب الاسود وذلك بارسال جسيم الى منطقة الاورجوسفير، فاذا ما
انشطر هذا الجسيم الى جزئين داخل الاورجوسفير بحيث ان احدهما سقط في الثقب
فان الآخر سيظهر حاملا طاقة اشد من تلك للجسيم كاملا وتسمى هذه الظاهرة
بظاهرة بنسور وهو اسم مكتشف هذه العملية.

كما ان نقطة التفرد في الثقب الاسود الدوار تكون على هيئة حلقة أو خاتم
بدلا من نقطة، ومن الممكن نظريا، لجسيم أو راصد أن يسقط في منطقة أفق الحدث
ليتجنب الاصطدام بالتفرد وأن يظهر في موقع آخر من زمان كوننا هذا، ويلاحظ
أن هذا الثقب يطوى ما حوله من الكون وبشكل يشبه السجل المطوي، وسيكون بذلك
هي المرحلة النهائية والاخيرة من مراحل كوننا هذا كما ذكر المولى ـ عز وجل
يوم نطوى السماء كطى السجل للكتب كما بدأنا أول خلق نعيده)



أول دليل لرصد الثقوب السوداء:

لقد ورد مؤخرا أنه قد تم رصد أول دليل مادي على وجود ثقب أسود في مركز
كوكبة الدجاجة (سيجنس Xr-1) و الذي يبعد عن الأرض بمقدار 6000 سنة ضوئية،
وقد وجد أن الغاز المنبعث من نجم مجاور له يتم سحبه الى ثقبه الأسود، حيث
رصد منظار هابل الفضائي ومضات لأشعة فوق بنفسجية من غاز ساخن يدور حول
سيجنس Xr-1.

ولا يرصد ذلك الا عندما ينجذب الغاز خلال الحافة الخارجية للثقب الأسود أو
ما تسمى بأفق الحدث، ولم يتمكن منظار هابل من رصد هذه المنطقة لأنها صغيرة
جدا بالاضافة لبعدها الشاسع ولكنه رصد حالتين لاشارات اشعة فوق بنفسجية
متلاشية لغاز ساخن يدخل الثقب الأسود أو ما يعرف بنبضات القطار المتلاشية
وقد تم أخذ هذه الأرصاد من على بعد 1600 كم فقط من افق الحدث، وكان أحدهما
له ست نبضات متلاشية والآخر له سبع، وقد استغرقت كل منهما قرابة 0.2 من
الثانية.

وأخيرا سنتناول الأهداف الرئيسة من دراسة الثقوب :

أولا : أنها تؤكد على صحة النظريات الموضحة للمراحل التي يمر بها الكون
بدءا من الانفجار العظيم أو الفتق حتى نهايته أو الرتق، وأنها دافع قوي
للتفكر والتدبر في آيات اعجاز الخالق في الكون، وأنها كلام الله الخالق
الذي أبدع هذا الكون بقوة وحكمة وقدرة وعلم.

ثانيا: أنها من أقوى مصادر موجات التجاذب، وقد يستطيع البشر مستقبلا
استغلال الطاقة الصادرة منها.

ثالثا: بدراستها نستطيع أن نتعرف على قوى أساسية في الكون وهي الجاذبية.

رابعا: بحث البشر الدؤوب للمعرفة وخاصة أنها من أكثر الأجرام السماوية
غموضا في الكون.