ما هو اشعاع هوكنك للثقوب السوداء..

اسم الكاتب (المؤلف) : مدرس دكتور زياد نبيل نجم
الكلية: كلية التربية للعلوم الصرفة – قسم الفيزياء

اشعاع (ستيفن هوكنك) يمكن ان يوصف الجسيمات الافتراضية التي تشكلت على حدود الثقوب السوداء. و هذا الاشعاع يشير الى ان هذه الثقوب يجب ان تمتلك درجة حرارة معينة و التي تتناسب عكسياً مع كتلة هذه الثقوب. و من جهة اخرى وحسب التعريف اعلاه وجب ان تكون هذه الثقوب متوهجة. و على الرغم من انها لم تشاهد بصورة مباشرة, الى ان اشعاع هوكينك هو استنتاج تم دعمه من خلال تجميع النظريات ذات العلاقة و التي هي ( النسبية بشكل عام و نظرية ميكانيك الكم), و التي سميت تيمنناً بواضعها ( ستيفن هوكينك), و الذي نشر في العالم 1979 اول بحث عنوانه ( انفجار الثقوب السوداء) و الذي يناقش وجودها في الفضاء.
ومن خلال هذا الاعتقاد, فان الثقوب السوداء اذا كانت تبعث مقدار من الاشعاع من الطاقة التي يتولد من التفاعلات التي تحثل داخلها , فان ذلك سوف يؤدي الى تقلص الحجم بسبب فقدان مقدار من المادة التي تتحول الى طاقة, و بسبب الهبوط العالي في الحجم و الكثافة العالية التي تمتلكها هذه الاجسام سوف يودي هذا الهبوط السريع سوف يودي الى انها ممكن ان تنفجر لمجرد وصلوها الى نقطة حرجة من انبعاث الحرارة او التعرض الى الحرارة و يمكن ان تتبخر بلحظات بسسب هذا لانخفاض السريع.
ما هو سبب الانبعاث و اللمعان للثقوب السوداء؟
عندما يدخل اي جسم الى الثقب الاسود فانه يصبح محجوبا عن باقي الكون. و هنا يحدث تغير في القياسات و كذلك في عدم الانتضام و الذي يعرف في الفيزياء ( بالانتروبيا) او الفوضى. بما ان هذا التغير يحصل في الكون في لحظات سريعة فانه يترك الكون في حالة اقل من الفوضى ( اي بمعنى اخر انجراف عدم الفوضى الى الثقوب السوداء يكون عالي لتنظيف الكون من هذه الاشياء و التي نقصد بها هنا هي الفوضى ). قام احد طلاب الفيزياء في جامعة برنستون الامريكي (جايكوب بيكنستون) بالاشارة الى ان الحدود التي تغلق الكون تكون متاثرة بالجاذبية العالية للثقوب – و يعرف هذا السطح المغلف للكون على انه (افق الحدث) و الذي يجب ان يتعاظم بالمساحة كلما دخلت اليه المادة( اي داخل الثقب الاسود)
و هنا كان العالم ( ستيفن هوكنك) لم يكن متيقناً من هذا الامر . حيث ان الانتروبيا هي طريقة ثانية لوصف الطاقة الحرارية التي يتم اشعاعها من قبل الجسم الاسود, فاذا كان لمنطقة افق الحدث انتروبيا معينة فان اشعاعها يعني ان لون هذه الثقوب لا يجب ان يكون اسوداً جداأ. و في جهوده المبذول لدحض ما تقدم به جايكوب بيكنستون من قبل ستيفن هوكنك, ناقش هوكنك الامر مع علماء الفيزياء الاخرين و حاول اظهار انه باستخدام النماذج الرياضية ان ما تقدم به بيكنستون لم يكن ممكن , بدلا من ذلك اكتشف بأن الثقوب السوداء تتالق و بضوء بارد
كيف يمكن للثقوب السوداء توليد اشعاع هوكنك؟
ان الغاية الفزيائية التي من اجلها تسع الاجسام في المناطق القريبة من افق الحدث هي غاية معقدة و التي تعتمد على الفهم العميق و الثابت لنظرية ميكانيك الكم و كذلك نظية الحقول. انه من الشائع ان يتم زصف النتائج لجسيمين توائم و الذان يخرجان من الفراغ و يتم تفريقهما باستخدام الجاذبية. في الحالة الاعتيادية سوف يتم اعادة ربط هاذين الجسيمين بعد مرور فترة زمنية معينة , و لكن في هذه الحالة فأن العملية تختلف يمقدار نص مستوي او نصف مقدار الطاقة في كل زوج يعاني من هذه الحالة ( فصل التؤائم ) لكي يهرب على شكل اشعاع . في الحقيقة , يصف تفسير هوكنك المتعارف عليه و من خلال استتخدام الوصف الرياضي ان الجسيمات التي تعبر و المتاثرة بالجاذبية الكبيرة للثقب الاسود , تكون منقوصة بمقدار نصف وزن الكتلة الاصلية و عليه فان ذلك سوف يعمل على تقليل الكتلة العامة للثقب الاسود بفضل الجاذبية الشديدة و التي تسبب الطاقة السلبية للجسيم . أما بالنسبة الى فيزيائيين اخرين, يعتقدون بأن هذه العملية هي موضعيةللجسيمات المنقسمة على خظ وهمي مضلل و غير حقيقي, لكن في الحقيقة نحن نحتاج الى نظرية كاملة واضحة للجاذبية في ظل النظرية الكمية لكي يتم رسم هذا خصائث هذا التفاعل, يوضح تفسير هوكنك ان الانحناء الشديد للفضاء يمكن ان يعيق مميزات و خواص نظرية ميكانيك الكم في الحقول القريبة من منظقة افق الحدث و التي تشير الى ان الثقب الاسود يعمل على حرف بعض المميزات و الخصائص للنظريات بينما يبقي على بعض الخصائص الاخرى ثابتة و غير متاثرة. هذه الخصائص التي تبقى بدون تغيير هي التي تشير الى تشابه الدرجات الحرارية لمناطق معينة من الاشعاع , و التي سوف تؤثر تاثيراً كبيرا في عملية تقليص كتلة و حجم الثقب الاسود..
المصادر:
[1] Jennie Traschen ,“An Introduction to Black Hole Evaporation”, Department of Physics University of Massachusetts Amherst, MA 01003-4525, traschen@physics.umass.edu
[2] Don N. Page, “HAWKING RADIATION AND BLACK HOLE THERMODYNAMICS”, by Institute for Theoretical Physics Department of Physics, University of Alberta Edmonton, Alberta, Canada T6G 2J1
[3] S.W. Hawking, Particle creation by black holes, Comm. Math. Phys. 43 (1975) 199.
[4] J.M. Bardeen, B. Carter and S.W. Hawking, The four laws of black hole
mechanics, Comm. Math. Phys. 31 (1973) 161.
[5] B. Carter, Black hole equilibrium states, in Black holes ed. C. DeWitt
and B.S. DeWitt, Gordon & Breach (1973).
[6] D. Kastor And J. Traschen, Particle production and positive energy the-
orems for charged black holes in DeSitter, Class. Quant. Grav. 13 (1996)
2753, e-print gr-qc/9311025.
[7] R.M. Wald, General Relativity, University of Chicago Press (1984).
[8] N.D. Birell and P.C.W. Davies, Quantum Fields in Curved Space, Cam- bridge University Press (1982).