بازسازی آزمایشگاهی سیاه چاله توسط فیزیکدانان

دانشمندان تلاش می‌کنند تا با استفاده از یک مخزن آب در یک آزمایشگاه، به‌ بازسازی سیاه‌چاله‌ها بپردازند.

سیاه‌چاله‌ها مرموزترین راز کشف‌نشده در این جهان هستند. همه‌ی ما می‌خواهیم بدانیم که داخل این پدیده‌های فضایی منحصربه‌فرد چه خبر است، اما هنوز بهترین کاری که ما می‌توانیم انجام دهیم، بیرون ایستادن و گوش دادن به ریتم آن‌ها است.

برای انجام این کار، دانشمندان خود میزبان مهمانی خودشان هستند. مطمئناً، این‌ شبیه‌سازی‌ها به‌اندازه حفره‌های پیچیده‌ی فضا زمان جالب نیستند، ولی به اندازه‌ای نزدیک هستند که بتوانیم با استفاده از آن‌ها بلیط ویژه برای حضور در صحنه رقص یک سیاهچاله را پیدا کنیم. آزمایشگاه سیاه‌چاله در دانشگاه ناتینگهام در انگلستان هیچ سیاه‌چاله‌ای ندارد. آنچه در این آزمایشگاه موجود است، یک مخزن مواج از آب رنگ‌شده به رنگ سبز و یک سوراخ برای ارسال آن به پایین است.

فیزیکدانان این آزمایشگاه و دانشگاه فدرال ABC در برزیل، اخیراً از این دستگاه‌های نصب‌شده برای تشخیص الگوهای موج در آب در حال دور زدن در زه‌کشی که می‌تواند به ما در درک بهتر صدای بلند یک چاله‌ی تازه‌متولدشده کمک کند، استفاده کردند.

وقتی که سیاه‌چاله‌ها ظاهر می‌شوند و سیاه‌چاله‎‌های بزرگ‌تر را تشکیل می‌دهند، کل جهان صدای آن را می‌شنود: فضا با لحنی که حالت شبه نرمال (quasinormal) نامیده می‌شود، سرنخ‌هایی درباره‌ی مشخصات سیاه‌چاله جدید مانند جرم و حرکت زاویه‌ای آن را زمزمه می‌کند.

این حالت‌ها همراه‌با پیشرفت‌های مداوم در اخترشناسی موج گرانشی تبدیل به سبک‌های جدید فیزیک شده‌اند. همه‌ی فیزیکدانان علاقه‌مند به کشف جزییات بیشتر درباره‌ی لرزش فضا بعد از این سقوط کیهانی هستند.

بیرون کشیدن اطلاعات از یک حالت شبه نرمال نیازمند دانستن نکاتی درباره‌ی چگونگی آزاد شدن انرژی در یک میدان است و اینکه چگونه برخی مشخصات خاص در الگوهای موج با زمان تغییر می‌کنند یا  ثابت باقی می‌مانند.

 چرخش (گرداب) چیزی است که به‌طور بالقوه بر مشخصات یک موج تأثیر می‌گذارد (جریان انحنایافته از محیط پایه‌اش همان‌طور که توسط نیروهای رقابتی کشیده می‌شود). برای بیشتر مدل‌های ساده که نوسانات یک سیاه‌چاله را توصیف می‌کند، فرض شده که فضا چیزی بیشتر از یک زمینه ساکت است که ازطریق آن موج‌ها مواج می‌شوند، به این معنی که چرخش آن معمولاً به‌حساب نمی‌آید.

این موضوع ممکن است تفاوت زیادی ایجاد نکند یا می‌تواند مهم باشد. به‌نظر نمی‌رسد که ما بتوانیم برای فهمیدن این موضوع نگاه دقیقی به این گرداب‌های فضا زمان داشته باشیم. اما می‌توان حالت‌های شبه‌نرمال را در محیط‌های دیگر بررسی کرد و در جست‌وجوی علائم تداخل بود.

black-hole

قطعاً آب بهترین استعاره برای فضازمان نیست، ولی اصول کار درست است. این قیاس حتی در کار نظری که ۴۰ سال پیش توسط فیزیکدان کانادایی به‌نام ویلیام بیل اونرا انجام شد نیز وجود داشت. این کار نظری ثابت کرد که معادله‌های هیدرودینامیکی، تطبیق نزدیکی برای شرح گرانش در اطراف جرم‌های بزرگ هستند.

به دور از زه‌کشی، امواج روی سطح سریع‌تر از جریان حرکت می‌کنند. این موضوع به آن‌ها اجازه می‌دهد که تقریباً به هرجهتی موج‌دار شوند. اما همان‌طور که آب به سمت معادل یک سیاه‌چاله جریان می‌یابد، سرعتش بالا می‌رود و موجب آشفتگی الگوهای موج می‌شود.

موریشیو ریچاردز، فیزیکدان، به خوزه تادئو آرانتس از Agência FAPES گفت:

سرعت مایع بسیار بیشتر از سرعت موج است، بنابراین موج‌ها توسط جریان آب به پایین کشیده می‌شوند حتی وقتی‌که در حال پخش شدن در جهت مخالف هستند.

سیاه‌چاله‌ها ساکت نیستند و ما فقط باید چگونگی نواختن موسیقی توسط آن‌ها را یاد بگیریم

اندازه‌گیری این نوسانات الگوهایی را نشان داد که برای مدت‌زمان طولانی در نزدیکی لبه گرداب قرار داشتند، ویژگی‌های منعکس‌شده از چاله مانند اندازه و زاویه‌هایش را بیان می‌کند.

ریچاردز در ادامه گفت‌وگو با Agência FAPES گفت:

کشف اصلی ما این بود که برخی از نوسانات بسیار آهسته از بین رفتند، یا به‌عبارت دیگر برای مدت زمان طولانی فعال باقی ماندند، و به‌صورت یکنواخت در مجاورت زه‌کشی قرار داشتند.

این نوسانات دیگر در حالت‌های شبه‌نرمال نبودند بلکه الگوی متفاوت دیگری که به‌عنوان حالت‌های نیمه‌محدود شناخته می‌شوند را نشان می‌دادند.

پژوهشگران امید دارند که بتوانند تعداد بیشتری از این حالت‌های انرژی «نیمه محدود» طولانی مدت را برای بررسی مفاهیم آن‌ها برای چرخش سیاه‌چاله‌ها تحت شرایط مختلف ایجاد کنند.

بیش از یک قرن از اثبات معادله‌های میدان توسط انشتین می‌گذرد که منجر به ایجاد موضوعات جالبی که تحت عنوان تکینگی شد: تغییر شکل‌های عجیب‌وغریب فضا که باعث تولد هیولاهای گرانشی که ما آن‌ها را سیاه‌چاله می‌نامیم، می‌شود. بااین‌حال، با وجود دهه‌ها پژوهش، ما تنها به درک کمی از فیزیکی که سیاه‌چاله‌ها نمایش می‌دهند دست‌یافته‌ایم.

خوشبختانه، سیاه‌چاله‌ها به‌همان اندازه که تاریک هستند، ساکت نیستند. ما فقط باید یاد بگیریم که آن‌ها چگونه موسیقی خود را می‌نوازند.

منبع sciencealert

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید