Míniú Fisice ar Phoill Dhubha
Tá poll dubh ar cheann de na rudaí is foircní sa chruinne: réigiún den spás-am a bhfuil domhantarraingt chomh láidir sin ann nach féidir le haon rud - fiú solas - éalú thar phointe áirithe. Cé go bhféadfadh siad a bheith cosúil le "poill" mhóra sa spás, ní spás folamh iad poill dhubha i ndáiríre, ach toradh tiúchan maise/fuinnimh i dtoirt an-bheag. Sa bhfisic nua-aimseartha , feidhmíonn poill dhubha mar shaotharlanna nádúrtha chun coibhneasacht ghinearálta, meicnic chandamach, agus ár dtuiscint ar spás agus am a thástáil.
1. Bunús choincheap na bpoll dubh
Téann an coincheap faoi réad a bhfuil domhantarraingt ollmhór aige siar go dtí an 18ú haois. Mar sin féin, níor tháinig tuiscint mhaith ar an bhfisic ach amháin tar éis do Albert Einstein a theoiric ghinearálta coibhneasachta a cheapadh sa bhliain 1915. I gcoibhneasacht ghinearálta, ní fhéachtar ar an domhantarraingt mar fhórsa tarraingthe simplí, ach mar chuar an spáis-ama de bharr mais agus fuinnimh. Má tá réad an-ollmhór agus dlúth, bíonn cuar an spáis-ama timpeall air an-ghéar.
Sa bhliain 1916, d'aimsigh Karl Schwarzschild an chéad réiteach matamaiticiúil ar chothromóidí Einstein i gcás mais sféarúil neamh-rothlach. Thuar an réiteach seo ga sonrach ina mbeadh "léaslíne imeachta" le fáil dá mbeadh mais ann. D'fhorbair an coincheap seo níos déanaí ina thuiscint nua-aimseartha ar phoill dhubha.
2. Léaslíne na heachtra: an teorainn “gan filleadh”
Is é an eochair do pholl dubh ná an léaslíne imeachta, dromchla samhailteach a mharcálann an teorainn ina bhfuil an luas éalaithe cothrom le luas an tsolais. Sa fhisic chlasaiceach, is é an luas éalaithe an luas íosta ag a bhféadann réad éalú ó thionchar na domhantarraingthe gan titim ar ais isteach. Ar an Domhan, tá sé thart ar 11,2 km/s. Mar sin féin, má tá réad an-ollmhór agus má tá ga an-bheag aige, is féidir lena luas éalaithe dul thar luas an tsolais.
Ós rud é, de réir na coibhneasachta speisialta agus ginearálta , gurb é an solas an teorainn luais uasta d’fhaisnéis agus d’ábhar, ní féidir le haon rud a théann tríd an léaslíne imeachta comhartha a sheoladh ar ais amach. Sin é an fáth go bhfuil cuma “dubh” ar phoill dhubha: ní féidir le solas a thagann isteach éalú, mar sin ní fhrithchaitheann aon solas ar ais chuig an mbreathnóir.
Go matamaiticiúil, i gcás poill dhuibh Schwarzschild, tugtar ga Schwarzschild ar gha a léaslíne imeachta:
rₛ = 2GM / c²
Cá háit:
– Is é G an tairiseach imtharraingteach,
– Mais M an réada,
– c luas solais.
Dá mhéad an mhais, is ea is mó an rₛ. Is suimiúil nach gá do phoill dhubha a bheith “beag”; bíonn léaslínte imeachta ag poill dhubha ollmhóra ar féidir leo a bheith níos mó ná fithis na bpláinéad.
3. Uathúlacht: pointe foircneach sa mhúnla coibhneasta
I lár phoill dhuibh, réamhaisnéisíonn coibhneasacht ghinearálta uathúlacht, réigiún ina mbíonn cuar an spásama gan teorainn go matamaiticiúil, agus ina mbíonn an dlús maise gan teorainn. Mar sin féin, measann go leor fisicithe an uathúlacht mar chomhartha nach bhfuil an teoiric (coibhneasacht ghinearálta) iomlán do dhálaí chomh foircneach sin.
Seo an áit a n-éiríonn an gá le teoiric domhantarraingthe chandamach: meascán de choibhneasacht ghinearálta agus de mheicnic chandamach ar féidir leo a mhíniú cad a tharlaíonn ag scálaí thar a bheith beag agus fuinniúil. Go dtí seo, is ceist dhomhain í uathúlachtaí fós - cibé acu an bhfuil siad ann go fisiciúil i ndáiríre, nó an bhfuil iontu ach déantáin de mhúnlaí matamaiticiúla a shíneann thar a raon feidhme.
4. Cineálacha poill dhubha
Go ginearálta, déantar idirdhealú idir poill dhubha bunaithe ar a mais agus ar a bpróiseas foirmithe.
1. Poll dubh mais réaltach
Foirmithe ó thitim chroílár réalta ollmhór i ndiaidh pléascadh ollnóva, bíonn a mais roinnt uaireanta go dtí na deicheanna oiread mais na Gréine.
2. Poll dubh ollmhór
Suite i lár réaltraí, lena n-áirítear Bealach na Bó Finne (Saighdeoir A). Tá a mais milliúin go billiúin uair níos mó ná mais na Gréine. Tá a meicníochtaí foirmithe fós á staidéar; is dócha gur tharla siad trí chumasc go leor poill dhubha agus carnadh ábhair thar na billiúin bliain.
3. Poill dhubha meánmhaise
Tá a mais idir na céadta agus na céadta mílte mais gréine. Tá fianaise ar a mbith ag fás, ach níl a ndaonra mapáilte go maith fós.
4. Poill dhubha phríomhúla (hipitéiseach)
Meastar gur cruthaíodh é sa chruinne luath mar gheall ar luaineachtaí dlúis thar a bheith ard. Níl a bheith ann cruthaithe, ach is minic a phléitear é sa chosmeolaíocht agus is iarrthóir é. ábhar dorcha.
5. Tionchar na bpoll dubh ar an gcomhshaol: carnadh agus dioscaí
Cé nach n-astaíonn poill dhubha solas iad féin, is féidir lena dtimpeallacht a bheith thar a bheith geal. De réir mar a thiteann gás agus deannach i dtreo an phoill dhuibh, is minic a chruthaíonn an t-ábhar diosca carntha. Fágann an fhrithchuimilt agus an téamh de bharr a ghluaisne bíseach thapa go n-astaíonn an diosca seo méideanna ollmhóra fuinnimh, go príomha i bhfoirm X-ghathanna.
I bpoill dhubha ollmhóra gníomhacha, is féidir le dioscaí carnúcháin cuasáir a tháirgeadh - cuid de na réada is gile sa chruinne. Ina theannta sin, astaíonn roinnt poill dhubha scairdeanna coibhneasta, scairdeanna de cháithníní ardfhuinnimh a scaoileann amach ó chuaillí an phoill dhuibh ag luasanna beagnach chomh hard le solas. Idirghníomhaíonn na scairdeanna seo leis an meán idir-réaltach agus is féidir leo tionchar a imirt ar éabhlóid réaltraí.
6. Coibhneasacht ama in aice le poll dubh
Ceann de na réamhinsintí is suimiúla maidir le coibhneas ginearálta ná leathnú ama imtharraingteach. Dá láidre an réimse imtharraingteach , is ea is moille a théann an t-am i gcomparáid le réigiúin a bhfuil imtharraingt níos laige acu (i dtéarmaí an chóimheasa idir dhá bhreathnadóir). In aice leis an léaslíne imeachta, bíonn an éifeacht seo thar a bheith foircneach.
Do bhreathnóir i bhfad i gcéin, is cosúil go moillíonn réad atá ag titim i dtreo phoill dhuibh agus go “reoann” sé de réir mar a thagann sé i dtreo léaslíne na himeachta, agus go n-éiríonn a sholas níos deirge (dearg-aistrithe) agus níos doiléire. Mar sin féin, don réad atá ag titim féin (sa fhráma áitiúil), téann sé tríd an léaslíne imeachta in am críochta agus ansin leanann sé i dtreo an ionaid gan aon “stad ama” áitiúil a fháil. Ní contrárthacht an difríocht seo i bpeirspictíocht, ach iarmhairt ar struchtúr coibhneasta an spásama.
7. Radaíocht Hawking: is féidir le poill dhubha “galú”
Sna 1970idí, chomhcheangail Stephen Hawking coincheapa na meicnic chandamach leis an spás-am in aice leis an léaslíne imeachta agus d’aimsigh sé gur cheart do phoill dhubha radaíocht theirmeach a astú, ar a dtugtar radaíocht Hawking anois. Go simplí, is féidir le luaineachtaí candamacha sa bhfolús péirí cáithníní-frithcháithníní a tháirgeadh. Má thiteann ceann amháin isteach sa pholl dubh agus má éalaíonn an ceann eile, ansin ó pheirspictíocht breathnóra i bhfad i gcéin, astaíonn an poll dubh an cáithnín.
Is iontach an toradh é: is féidir le poill dhubha mais a chailleadh go mall agus galú sa deireadh. Mar sin féin, i gcás poill dhubha mais réaltach nó sár-ollmhóra, tá an ráta galúcháin seo an-bheag - i bhfad níos lú ná an próiseas carntha i bhformhór na gcásanna. Tá radaíocht Hawking thar a bheith tábhachtach do phoill dhubha beaga (hipitéiseacha), mar dá lú mais an phoill dhuibh, is airde teocht a radaíochta.
8. Fianaise ar phoill dhubha
Ós rud é nach n-astaíonn poill dhubha solas go díreach, tagann fianaise ar a mbith ann ó éifeachtaí domhantarraingthe agus radaíochta ó ábhar máguaird. Seo a leanas cuid de na príomhlínte fianaise:
– Gluaiseacht réaltaí timpeall lár an réaltra:
Léiríonn breathnuithe ar fhithis réaltaí gar do Saighdeoir A go bhfuil mais an-dlúth, mhór i láthair, rud a chomhfhreagraíonn do pholl dubh sár-ollmhór.
– Córais réaltaí dénártha agus X-ghathanna:
Má bhíonn réalta ag fithisiú réad ollmhór dofheicthe agus má shreabhann ábhar ón réalta amach chun diosca carntha a fhoirmiú, is féidir X-ghathanna láidre a bhrath.
– Tonnta imtharraingthe:
Tá tonnta imtharraingthe breathnaithe ag brathadóirí LIGO agus Virgo ó phoill dhubha atá ag teacht le chéile. Meaitseálann na comharthaí seo réamhinsintí na coibhneasachta ginearálta.
– Íomhá scáth an phoill dhuibh:
D’éirigh le Teileascóp Léaslíne an Imeachta (EHT) grianghraf a thógáil de “scáth” poill dhuibh i réaltra M87 agus ansin Sagittarius A. Ní hé an poll dubh féin atá le feiceáil, ach scáthchruth léaslíne an imeachta i gcoinne an tsolais ón ngás te máguaird.
9. Ceisteanna oscailte: faisnéis agus domhantarraingt chandamach
Tá fadhbanna bunúsacha ag baint le poill dhubha freisin, agus ceann acu sin is ea paradacsa na faisnéise. I meicnic chandamach, níor cheart faisnéis faoi staid chórais a chailleadh. Mar sin féin, má ghalaíonn poll dubh trí radaíocht Hawking atá randamach, cá dtéann an fhaisnéis faoin ábhar a thit isteach ann tráth? Tá an díospóireacht seo tar éis forbairtí i dteoiric na sreinge , i holagrafaíocht, agus sa smaoineamh gur féidir faisnéis a stóráil ag léaslíne na himeachta i bhfoirm éigin.
Conclúid
Ní hamháin gur réada réalteolaíocha coimhthíocha iad poill dhubha, ach is iad crosbhóthar dhá cholún den fhisic nua-aimseartha iad freisin : an choibhneasacht ghinearálta agus an meicnic chandamach. Ó léaslínte imeachta agus leathnú ama go dioscaí geala carntha agus radaíocht Hawking caolchúiseach, léiríonn poill dhubha conas is féidir leis an gcruinne feidhmiú ag teorainneacha ár dteoiricí. Leanann taighde ar phoill dhubha ag dul chun cinn trí bhreathnuithe ar thonnta imtharraingthe, teileascóip ardtaifigh, agus forbairt domhantarraingthe chandamach - rud a thugann dóchas go bhféadfadh ceann de na rúndiamhra is mó sa chosmas a bheith á thuiscint níos fearr de réir a chéile.
