لحل ألغاز الثقوب السوداء، على الإنسان ببساطة أن يغامر بفتح واحدة.
ومع ذلك ، هناك مشكلة معقدة إلى حد ما: لا يمكن للإنسان القيام بذلك إلا إذا كان الثقب الأسود المعني فائق الكتلة ومعزولًا ، وإذا كان الشخص الذي يدخل الثقب الأسود لا يتوقع إبلاغ النتائج لأي شخص في كل ذلك.
نحن الأثنين فيزيائيون الذين يدرسون الثقوب السوداء ، ولكن من مسافة آمنة جدًا. الثقوب السوداء من بين أكثر الأجسام الفيزيائية الفلكية وفرة في عالمنا.
يبدو أن هذه الأشياء المثيرة للاهتمام هي عنصر أساسي في تطور الكون، ال الانفجار العظيم حتى يومنا هذا. ربما كان لديهم تأثير على تكوين الحياة البشرية في مجرتنا.
الشخص الذي يقع في ثقب أسود ويتمدد. (ليو رودريغيز / شانشان رودريغيز / CC BY-ND)
نوعان من الثقوب السوداء
الكون مليء حديقة حيوانات ضخمة لأنواع مختلفة من الثقوب السوداء.
يمكن أن تختلف في الحجم وتكون مشحونة كهربائيًا ، بنفس الطريقة التي توجد بها الإلكترونات أو البروتونات في الذرات. بعض الثقوب السوداء تدور بالفعل. هناك نوعان من الثقوب السوداء ذات صلة بمناقشتنا.
الأول لا يدور ، وهو محايد كهربائيًا – أي ليس موجبًا أو سالبًا – وله كتلة شمسنا. النوع الثاني هو ثقب أسود هائل ، كتلته تبلغ ملايين أو حتى بلايين المرات كتلة شمسنا.
إلى جانب الاختلاف في الكتلة بين هذين النوعين من الثقوب السوداء ، فإن ما يميزهما أيضًا هو المسافة من مركزهما إلى “أفق الحدث” – وهو مقياس يسمى المسافة الشعاعية.
من المرجح أن ينجو الشخص الذي يسقط في ثقب أسود هائل. (ليو وشانشان رودريغيز / CC BY-ND)
أفق الحدث للثقب الأسود هو نقطة اللاعودة. أي شيء يتجاوز هذه النقطة سيبتلعه الثقب الأسود وسيختفي إلى الأبد من كوننا المعروف.
في أفق الحدث ، تكون جاذبية الثقب الأسود قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي قوة ميكانيكية التغلب عليها أو إحباطها. حتى الضوء، أسرع شيء في عالمنا ، لا يمكنه الهروب – ومن هنا جاء مصطلح “الثقب الأسود”.
يعتمد الحجم الشعاعي لأفق الحدث على كتلة الثقب الأسود المعني وهو ضروري لحدوث الشخص عند الوقوع في ثقب أسود واحد. بالنسبة للثقب الأسود بكتلة شمسنا (كتلة شمسية) ، سيكون نصف قطر أفق الحدث أقل بقليل من 3.2 كيلومتر.
شخص يقترب من أفق الحدث لثقب أسود بحجم الشمس. (ليو وشانشان رودريغيز / CC BY-ND)
من ناحية أخرى ، يبلغ حجم الثقب الأسود الهائل في مركز مجرتنا درب التبانة حوالي 4 ملايين كتلة شمسية ، وله أفق حدث يبلغ نصف قطره 7.3 مليون ميل أو 17 شعاعًا.شمسي.
لذا فإن الشخص الذي يسقط في ثقب أسود بحجم نجمي سيقترب كثيرًا من مركز الثقب الأسود قبل تجاوز أفق الحدث ، بدلاً من الوقوع في ثقب أسود فائق الكتلة.
هذا يعني ، نظرًا لقرب الثقب الأسود من مركز الثقب الأسود ، أن جاذبية الثقب الأسود لدى الشخص ستختلف بمقدار 1000 مليار مرة بين الرأس وأصابع القدم ، اعتمادًا على أي منهما يقود السقوط الحر. ..
بعبارة أخرى ، إذا سقط الشخص بقدميه أولاً ، عندما يقترب من أفق الحدث لثقب أسود ذو كتلة نجمية ، فإن قوة الجاذبية على قدمه ستكون أكبر بشكل كبير من سحب الثقب الأسود على رأسه.
سيخضع الشخص لعملية سباغيتيت ومن المحتمل ألا ينجو من شكل طويل ورفيع يشبه المعكرونة.
الآن ، الشخص الذي يسقط في ثقب أسود فائق الكتلة سيصل إلى أفق الحدث بعيدًا عن المصدر المركزي لسحب الجاذبية ، مما يعني أن الاختلاف في الجاذبية بين الرأس وأصابع القدم يكاد يكون صفرًا.
وبالتالي ، فإن الشخص سوف يعبر أفق الحدث دون أن يتأثر ، ولا يتمدد إلى شكل طويل ورقيق ، ويبقى على قيد الحياة ، ويطفو دون ألم وراء أفق الثقب الأسود.
اعتبارات أخرى
معظم الثقوب السوداء التي نلاحظها في الكون محاطة بأقراص شديدة السخونة من المادة ، تتكون في الغالب من الغاز والغبار أو أشياء أخرى مثل النجوم والكواكب التي اقتربت من الأفق وسقطت في الثقب الأسود.
تسمى هذه الأقراص أقراص التراكم وهي شديدة السخونة والاضطراب. إنها بالتأكيد ليست مضيافة وستجعل الرحلة إلى الثقب الأسود خطيرة للغاية.
للوصول إليه بأمان ، تحتاج إلى العثور على ثقب أسود فائق الكتلة معزول تمامًا ولا يتغذى على المواد المحيطة أو الغاز أو حتى النجوم.
الآن ، إذا اكتشف شخص ما ثقبًا أسودًا فائقًا معزولًا مناسبًا للدراسة العلمية وقرر المغامرة به ، فإن أي شيء تم رصده أو قياسه داخل الثقب الأسود سيقتصر على أفق الحدث للثقب الأسود.
مع الأخذ في الاعتبار أنه لا شيء يمكن أن يفلت من الجاذبية وراء أفق الحدث ، فإن الشخص الساقط لن يكون قادرًا على إرسال معلومات حول النتائج التي توصلوا إليها وراء هذا الأفق. ستضيع رحلتهم واكتشافاتهم لبقية الكون إلى الأبد. لكنهم سيستمتعون بالمغامرة طالما نجوا … ربما …. 
ليو رودريغيزأستاذ مساعد في الفيزياء ، كلية جرينيل و شانشان رودريغيزأستاذ مساعد في الفيزياء ، كلية جرينيل.
تم إعادة نشر هذه المقالة من الحوار بموجب رخصة المشاع الإبداعي. اقرأها المقالة الأصلية.
