إذا كنت ممن تابعوا الحدث العالمى للإعلان عن أول صورة لأثر الثقب الأسود، أو الوحش الجائع، وشعرت بأنك فى حاجة للتعرف على المزيد من هذا "الوحش" الذى حير الكثير من العلماء، بعد مرور 100 عام من حديث عالم الفيزياء ألبرت أينشتاين (14 مارس 1879 – 18 أبريل 1955) عنه، فإن كتاب "تاريخ موجز للزمن من الانفجار الكبير حتى الثقوب السوداء" للعالم الفيزيائى ستيفن هوكينج، لاشك أنه سيكون بمثابة المصباح المضىء لك فى طريقك للتعرف عليه، خاصة وإن لم تكن من غير المعنيين بالمجالات العلمية، والفيزيائية.
كتاب تاريخ موجز للزمن
فى كتاب "تاريخ موجز للزمن من الانفجار الكبير حتى الثقوب السوداء" يصطحب البروفسور ستيفن هوكينج، أستاذ الرياضيات الذى شغل الكرسى نفسه الذى كان يشغله نيوتن فى كبمردج، جمهور القراء فى رحلة شيقة وممتعة معا، عبر دروب غامضة فى الزمان والكون وطبيعتهما، والحركة والفضاء والكواكب والنجوم والمجرات.
تاريخ موجز للزمن من الانفجار الكبير حتى الثقوب السوداء
ألف ستيفن هوكينج كتاب "تاريخ موجز للزمن من الانفجار الكبير حتى الثقوب السوداء" لغير المتخصصين، والذى يعد أول كتاب له أيضًا، وقد أثار هذا الكتاب، الذى يأتينا فى طبعة حديثة عن دار التنوير للنشر، ضجة كبيرة فى الأوساط الثقافية والعلمية، حيث استعرض "هوكينج" فيه بأبسط الأساليب الممكنة مسيرة النظريات الكبرى عن الزمان والمكان ابتداءً من أرسطو فجاليليو ونيوين وآينشتاين، ومن ثم تعمق فى الفضاء فى مغامرة وصفت بـ"الفذة"، فى محاولة لإيجاد خطوط نظرية جديدة توحد أهم نظريات القرن العشرين بلا تناقض، وخاصية نظريتى النسبية وميكانيكا الكم. ونظرية موحدة كهذه قد تكمن فيها الإجابة على أسئلة طالما حيرت العلماء وما زالت تحيرهم.
تاريخ موجز للزمن من الانفجار الكبير حتى الثقوب السوداء
أسئلة كتاب تاريخ موجز للزمن من الانفجار الكبير حتى الثقوب السوداء
ومن التساؤلات المثيرة التى يناقشها كتاب "تاريخ موجز للزمن من الانفجار الكبير حتى الثقوب السوداء": هل يمكن أن ينكمش الكون مثلا بدلا من أن يتمدد؟ وهل يرتد الزمان وقتها إلى الوراء فيرى البشر موتهم قبل ميلادهم؟ وهل للكون بداية أو نهاية وكيف تكونان؟ وهل للكون حدود؟ إن آينشتاين قد جعل للمكان – الزمان أربعة أبعاد، فماذا لو كانت للكون أبعاد أكثر، كأن يكون له – مثلا – أحد عشر بعدا أو أكثر؟.
أثر الثقب الأسود
الثقب الأسود
يوضح ستيفن هوكينج فى هذا الكتاب، أن أصل مصطلح الثقب الأسود أو الثقوب السوداء، حديث جدا، فقد صاغه فى عام 1969 العالم الأمريكى جون هويلر كوصف تصويرى لفكرة ترجع إلى الوراء حتى مائتى عام على الأثل، إلى وقت كانت فيه نظريتان عن الضوء: إحداهما، التى كان نيوتن يحبذها، وهو أن الضوء يتكون من جسيمات، والأخرى هى أنه يصنع من موجات. ونحن نعلم الآن أن النظريتين هما فى الواقع صحيحتان معا. فبواسطة ازدواجية الموجة / الجسين فى ميكانيكا الكم يمكن النظر إلى الضوء على أنه موجة وجسيم معا.
ولم يكن من الواضح كيف يستجيب الضوء للجاذبية حسب نظرية أنه مصنوع من الموجات. ولكن لو أن الضوء يتكون من جسيمات، فإن المرء قد يتوقع لها أن تتأثر بالجاذبية بالطريقة نفسها التى تتأثر بها قذائف المدفع، والصواريخ، والكواكب.
الثقب الأسود والضوء
الضوء والثقب الأسود
كان الناس يعتقدون أول الأمر أن جسيمات الضوء تنتقل بسرعة لا متناهية، وهكذا فإن الجاذبية لن تكون لها القدرة على تقليل سرعتها، ولكن اكتشاف رويمر أن الضوء ينتقل بسرعة متناهية كان معناه أن الجاذبية قد يكون لها تأثير مهم.
وبهذا الفرض، كتب أحد أساتذة كمبردج، وهو جون ميتشيل، ورقة بحث فى عام 1783 فى "التقارير الفلسفية للجمعية الملكية بلندن" بين فيها أن النجم الذى يكون له قدر كاف من الضخامة والاندماج سيكون له مجال جاذبية من القوة بحيث لا يتمكن الضوء من الهرب منه: وأى ضوء ينبعث من سطح النجم سيجر إلى الخلف بشدة جاذبية النجم قبل أن يتمكن من أن يبتعد كثيرا.
واقترح ميتشل أنه قد يكون عدد كبير من النجوم هكذا، ورغم أننا لن نتمكن من رؤيتها لأن ضوءها لن يصل إلينا، إلا أننا سنظل نحس بشد جاذبيتها. وهذه الأشياء هى ما نسميها الآن الثقوب السوداء، لأن هذا هو ما تكونه: فراغات سوداء فى الفضاء.
الثقب الأسود والنجوم
النجوم وتكون الثقب الأسود
ويوضح ستيفن هوكينج، أنه من أجل أن نفهم كيف يمكن أن يتكون الثقب الأسود، فإننا بحاجة أولا إلى أن نفهم دورة حياة النجم، فالنجم يتكون عندما تأخذ كمية كبيرة من الغاز، وعادة من الهيدروجين فى التقلص على نفسها للداخل بسبب شد جاذبيتها. وبينما هى تنكمش فإن ذرات الغاز تصطدم إحداها بالأخرى بتواتر أكثر وأكثر وسرعات أكبر وأكبر، ويسخن الغاز. فى النهاية يبلغ من سخونة الغاز أنه عندما تصطدم ذرات الهيدروجين فإنها لا تعود بعد مرتدة إحداها عن الأخرى، وإنما هى بدلا من ذلك تتلاحم لتكون الهيليوم. والحرارة التى تنطلق فى هذا التفاعل، والتى تشبه انفجارا محكوما لقنبلة هيدروجينية، هى ما يجعل النجم يسطع.
كيف يتكون الثقب الأسود
كيف يتكون الثقب الأسود
وتؤدى هذه الحرارة الإضافية أيضًا إلى زيادة ضغط الغاز عن الانكماش. الأمر يشبه البالونة نوعا، فثمة توازن بين ضغط الهواء من داخلها، الذى يحاول أن يجعل البالونة تتمدد، وتوتر المطاط، الذى يحاول أن يجعل البالونة أصغر، وتظل النجوم مستقرة هكذا زمنا طويلا، وحرارة التفاعلات النووية توازن شد الجاذبية، على أنه فى النهاية، ينفد ما لدى النجم من الهيدروجين وغير ذلك من الوقود النووى.
ومن المفارقة، أنه كلما زاد الوقود الذى يبدأ به النجم، فإنه ينفد بسرعة أمبر، وسبب ذلك أنه كلما كان النجم أضخم كتلة، احتاج لأن يسخن أكثر ليوازن شد جاذبيته. وكلما زادت سخونته، فإنه يستنفد وقوده بأسرع.
إن شمسنا فيما يحتمل لديها من الوقود ما يكفى لخمسة آلاف مليون سنة أخرى أو ما يقرب من ذلك. عندما ينفد وقود نجم، فإنه يبرد وبالتالى ينكمش، لم يفهم ما يمكن أن يحدث له بعدها إلا لأول مرة عند نهاية عشرينيات هذا القرن.
أثر الثقب الأسود ومحاكاة للثقب الأسود
الثقب الأسود وانفجار النجوم
ويوضح ستيفن هوكينج، كيف يتقلص النجم ليكون ثقبا أسود، فإنه علينا أن نتذكر أنه فى النظرية النسبية ما من زمان مطلق. وكل راصد لديه قياسه الخاص للزمان. والزمن عند شخص ما فوق أحد النجوم يكون مختلفا عن الزمن عند شخص آخر على معبدة، وذلك بسبب مجال جاذبية النجم.
لنفترض أن رائد فضاء على سطح نجم ينهار متقلصا وهو يتقلص معه للداخل، ويرسل إشارة كل ثانية، حسب ساعته، إلى سفينته الفضائية التى تدور حول النجم. وعند وقت ما حسب ساعته، وليكن مثلا الساعة 11، سينكمش النجم إلى ما هو أقل من نصف القطر الحرج الذى يصبح عنده مجال الجاذبية من القوة بحيث لا يستطيع أى شيء فرارا، وهكذا فإن إشارته لن تصل إلى سفينة الفضاء.
جاذبية الثقب الأسود
ماذا يحدث لمن يجذبه الثقب الأسود
وفى نفس الوقت، فإن زملاءه الذين يراقبونه من سفينة الفضاء سيجدون أن الفواصل التى بين الإشارات المتتالية الآتية من رائد الفضاء تصبح أطول وأطول، ولكن هذا التأثير يكون صغيرا جدا.
وفى نقطة أخرى، يوضح ستيفن هوكينج، أنه وفقا لأن الجاذبية تزداد ضعفا كلما ابتعدت عن النجم، فإن قوة الجاذبية عند قدمى رائد الفضاء ستكون دائما أعظم مما عند رأسه. وفارق القوى هذا سيمط رائد الفضاء ليصح مثل الاسباجتى أو يمزقه قبل أن ينكمش النجم إلى نصف قطره الحرج الذى يتشكل عنده أفق الحدث.
تليسكوبات لتصوير أثر الثقب الأسود
المجرات وتكون الثقوب السوداء
ويشير ستيفن هوكينج أن هناك اعتقد بأن فى الكون أشياء أكبر كثيرا مثل المناطق المركزية فى المجرات، هى أيضًا يمكن أن تخضع للتقلص بالجاذبية لتنتج ثقوبا سواء، وإذا كان ثمة رائد فضاء فوق واحد منها، فإن لن يتمزق قبل أن يتكون الثقب الأسود. فهو فى الحقيقة لن يشعر بأى شيء عند الوصول إلى نصف القطر الحرج، ويمكنه أن يتجاوز نقطة اللاعودة من دون أن يلحظها، على أنه خلال ساعات معدودة فحسب، إذ تستمر المنطقة فى التقلص، سيصبح الفارق بين قوى الجاذبية عند رأسه وقدميه من القوة بحيث أنه سيمزقه مرة أخرى.
انعدام قوانين الفيزياء داخل الثقب الأسود
ويشير ستيفن هوكينج إلى أن البحث الذى قام به مع روجر بنروز بين عامى 1965 و1970، أنه حسب النسبية العامة، يجب أن يكون من داخل الثقب الأسود متفردة من اللاتناهى فى الكثافة وانحناء المكان – الزمان. ويكاد يكون هذا يشبه الانفجار الكبير عند بدء الزمان، إلا أنه سيكون نهاية الزمان للجسيم المتقلص ورائد الفضاء. وعند هذه المتفردة تنهار قوانين العلم وقدرتنا على التنبؤ بالمستقبل.
الثقب الأسود وابتلاع الأرض
ابتلاع الثقب الأسود لكوكب الأرض
أما عن سؤال البعض حول إذا ما كان يمكن للثقب الأسود، أن يبتلع الأرض، فيقول ستيفن هوكينج: إن حركة الأرض فى مدارها حول الشمس تنتج أمواجا داذبية، وتأثير فقدان الطاقة هو أن يتغير مدار الأرض، بحيث إنها تدريجيا تزيد قربا من الشمس، وتصطدم بها فى النهاية، وتستقر فى حالة ثابتة، ومعدل فقدان الطاقة فى حالة الأرض والشمس هو معدل منخفض جدا، يقارب ما يكفى لتشغيل سخان كهربائى صغير، ويعنى هذا أن الأرض سوف تستغرض ما يقرب من ألف مليون مليون مليون سنة لتتحرك متجهة نحو داخل الشمس، وهكذا فليس من سبب مباشر للانزعاج.
