Àlàyé nípa Físíkì nípa Àwọn Ihò Dúdú
Ihò dúdú jẹ́ ọ̀kan lára àwọn ohun tó burú jùlọ ní àgbáyé: agbègbè àkókò ààyè pẹ̀lú agbára lílágbára tó bẹ́ẹ̀ tí kò sí ohun kan—kódà ìmọ́lẹ̀—tó lè sá lọ kọjá ibi kan pàtó. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé wọ́n lè dún bí “àwọn ihò” tó gé ní ààyè, àwọn ihò dúdú kì í ṣe ààyè tó ṣófo ní gidi, ṣùgbọ́n dípò bẹ́ẹ̀, àbájáde ìṣọ̀kan ìwọ̀n/agbára sí ìwọ̀n kékeré. Nínú ìmọ̀ fisiksi òde òní, àwọn ihò dúdú ń ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí yàrá ìwádìí àdánidá fún ìdánwò ìbáramu gbogbogbòò, àwọn ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ kuatomu, àti òye wa nípa ààyè àti àkókò.
1. Ìpilẹ̀ṣẹ̀ èrò àwọn ihò dúdú
Èrò àwọn ohun tí ó ní agbára ìwalẹ̀ púpọ̀ ti bẹ̀rẹ̀ láti ọ̀rúndún kejìdínlógún. Síbẹ̀síbẹ̀, òye tó dájú nípa fisiksi dé lẹ́yìn tí Albert Einstein gbé ìlànà gbogbogbò rẹ̀ kalẹ̀ nípa ìbáramu ní ọdún 1915. Ní gbogbogbòò, a kò ka agbára ìwalẹ̀ sí agbára ìfàmọ́ra lásán, ṣùgbọ́n a kà á sí ìyípo àkókò-ayé tí agbára àti agbára fà. Tí ohun kan bá tóbi púpọ̀ tí ó sì nípọn, ìyípo àkókò-ayé tí ó yí i ká yóò di mímú gan-an.
Ní ọdún 1916, Karl Schwarzschild ṣe àwárí ojútùú ìṣirò àkọ́kọ́ sí àwọn ìṣètò Einstein fún ọ̀ràn ìwọ̀n sphere tí kò yípo. Ojútùú yìí sọ àsọtẹ́lẹ̀ radius pàtó kan nínú èyí tí, tí a bá ní ìwọ̀n spot kan, "event horizon" kan yóò ṣẹ̀dá. Ìmọ̀ yìí yí padà sí òye òde òní nípa àwọn ihò dúdú.
2. Àkókò ìṣẹ̀lẹ̀: ààlà “kò sí ìpadàbọ̀”
Kókó sí ihò dúdú ni ìlà ìṣẹ̀lẹ̀, ojú ilẹ̀ tí a lè fojú inú wò tí ó ṣe àmì sí ààlà níbi tí iyàrá ìsálà bá dọ́gba pẹ̀lú iyàrá ìmọ́lẹ̀. Nínú ìmọ̀-ẹ̀rọ ìṣẹ̀dá, iyàrá ìsálà ni iyàrá tó kéré jùlọ tí ohun kan lè sá fún ipa agbára òòfà láìsí pé ó padà sínú rẹ̀. Lórí ilẹ̀ ayé, ó tó nǹkan bí 11,2 km/s. Ṣùgbọ́n, tí ohun kan bá tóbi púpọ̀ tí ó sì ní rédíọ̀mù kékeré, iyàrá ìsálà rẹ̀ lè ju iyàrá ìmọ́lẹ̀ lọ.
Nítorí pé, gẹ́gẹ́ bí ìbáṣepọ̀ pàtàkì àti ti gbogbogbòò, ìmọ́lẹ̀ ni ààlà iyàrá tó ga jùlọ fún ìwífún àti ohun èlò, ohunkóhun tó bá kọjá ní ojú ọ̀run ìṣẹ̀lẹ̀ kò le fi àmì kan padà. Ìdí nìyí tí àwọn ihò dúdú fi máa ń hàn gẹ́gẹ́ bí “dúdú”: ìmọ́lẹ̀ tó ń wọlé kò le sá lọ, nítorí náà kò sí ìmọ́lẹ̀ tó máa ń tàn padà sí olùwòran.
Ní ti ìṣirò, fún ihò dúdú Schwarzschild, a ń pe ìtànṣán ìṣẹ̀lẹ̀ rẹ̀ ní ìtànṣán Schwarzschild:
rₛ = 2GM / c²
iṣẹ́ mi:
– G ni iduroṣinṣin agbara,
– Iwọn M ti ohun naa,
– iyára ìmọ́lẹ̀ c.
Bí ìwọ̀n náà bá ṣe pọ̀ tó, bẹ́ẹ̀ náà ni rₛ náà ṣe pọ̀ tó. Lóòótọ́, àwọn ihò dúdú kò gbọ́dọ̀ jẹ́ “kékeré”; àwọn ihò dúdú tó ga jù ní àwọn ibi ìṣẹ̀lẹ̀ tó lè tóbi ju bí àwọn pílánẹ́ẹ̀tì ṣe ń yípo lọ.
3. Ìṣọ̀kan: kókó pàtàkì kan nínú àwòṣe ìbáramu
Ní àárín ihò dúdú kan, ìbáramu gbogbogbo sọ àsọtẹ́lẹ̀ ohun kan tí ó jẹ́ ẹ̀yà kan ṣoṣo, agbègbè kan níbi tí ìyípo àkókò àyè ti di àìlópin ní ti ìṣirò, àti pé ìwọ̀n ibi-pupọ náà dàbí àìlópin. Síbẹ̀síbẹ̀, ọ̀pọ̀ àwọn onímọ̀ nípa fisiksi wo ohun kan tí ó jẹ́ ẹ̀yà kan náà gẹ́gẹ́ bí àmì pé ẹ̀kọ́ náà (ìbáramu gbogbogbo) kò pé fún irú àwọn ipò líle koko bẹ́ẹ̀.
Ibí ni a ti nílò ìmọ̀ nípa agbára ìwalẹ̀ kuatomu: àpapọ̀ ìbáramu gbogbogbo àti àwọn ẹ̀rọ kuatomu tí ó lè ṣàlàyé ohun tí ó ń ṣẹlẹ̀ ní àwọn ìwọ̀n kékeré àti agbára. Títí di òní, àwọn ohun tí a kò lè mọ̀ ṣì jẹ́ ìbéèrè jíjinlẹ̀—bóyá wọ́n wà ní ti ara, tàbí wọ́n jẹ́ ohun ìṣẹ̀dá àwọn àpẹẹrẹ ìṣirò tí ó rékọjá ìwọ̀n wọn.
4. Àwọn oríṣi ihò dúdú
Ni gbogbogbo, a ya awọn ihò dudu si ara wọn da lori ibi-iwọn ati ilana dida wọn.
1. Ihò dúdú tí ó ní ìwúwo ìrísí
Láti ìgbà tí ìràwọ̀ ńlá kan ti wó lulẹ̀ lẹ́yìn ìbúgbàù supernova, ìwọ̀n wọn sábà máa ń jẹ́ ìlọ́po méjì sí mẹ́wàá ìwọ̀n ìwúwo oòrùn.
2. Ihò dúdú tó ga jùlọ
Ó wà ní àárín gbùngbùn àwọn ìṣùpọ̀ ayé, títí kan Milky Way (Sagittarius A). Ìwọ̀n wọn jẹ́ mílíọ̀nù sí bílíọ̀nù ní ìlọ́po ìwọ̀n ìṣùpọ̀ oòrùn. A ṣì ń kẹ́kọ̀ọ́ nípa àwọn ọ̀nà ìṣẹ̀dá wọn; ó ṣeé ṣe kí wọ́n ṣẹlẹ̀ nípasẹ̀ ìṣọ̀kan ọ̀pọ̀lọpọ̀ ihò dúdú àti ìkójọpọ̀ ohun èlò láàárín bílíọ̀nù ọdún.
3. Àwọn ihò dúdú tí ó ní ìwọ̀n àárín
Ìwọ̀n wọn wà láti ọgọ́rọ̀ọ̀rún sí ẹgbẹẹgbẹ̀rún lọ́nà ọgọ́rùn-ún. Ẹ̀rí tó fi hàn pé wọ́n wà ń pọ̀ sí i, àmọ́ a kò tíì ṣe àkójọ iye àwọn ènìyàn wọn dáadáa.
4. Àwọn ihò dúdú àtètèkọ́ṣe (àbámọ̀)
Wọ́n gbàgbọ́ pé ó ti ṣẹ̀dá ní àgbáyé ìṣáájú nítorí ìyípadà gíga tí ó ga. A kò tíì fìdí rẹ̀ múlẹ̀ pé ó wà, ṣùgbọ́n a sábà máa ń sọ̀rọ̀ nípa rẹ̀ nínú ìmọ̀ nípa àgbáyé, ó sì jẹ́ ọ̀kan lára àwọn ohun tí ó wà nínú òkùnkùn.
5. Ipa ti awọn ihò dudu lori ayika: ikojọpọ ati awọn disiki
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn ihò dúdú fúnra wọn kò tú ìmọ́lẹ̀ jáde, àyíká wọn lè mọ́lẹ̀ gan-an. Bí gáàsì àti eruku ṣe ń jábọ́ sí ihò dúdú náà, ohun èlò náà sábà máa ń di díìsì ìkọ́lé. Ìjàǹbá àti gbígbóná tí ìṣípo rẹ̀ ń yára fà máa ń mú kí díìsì yìí tú agbára púpọ̀ jáde, pàápàá jùlọ ní ìrísí X-ray.
Nínú àwọn ihò dúdú tó lágbára gan-an, àwọn díìsì ìkórajọ lè mú àwọn quasar jáde—díẹ̀ lára àwọn ohun tó tàn yanranyanran ní àgbáyé. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, àwọn ihò dúdú kan máa ń tú àwọn ọkọ̀ òfurufú tó ní ìbáramu jáde, àwọn ọkọ̀ òfurufú àwọn èròjà alágbára gíga tó ń jáde láti inú àwọn òpó ihò dúdú ní iyàrá tó sún mọ́ ìmọ́lẹ̀. Àwọn ọkọ̀ òfurufú wọ̀nyí máa ń bá àwọn ohun tó wà láàárín ìpele ayé lò, wọ́n sì lè nípa lórí ìdàgbàsókè àwọn galaxy.
6. Ìbáramu àkókò nítòsí ihò dúdú kan
Ọ̀kan lára àwọn àsọtẹ́lẹ̀ tó fani mọ́ra jùlọ nípa ìbáṣepọ̀ gbogbogbò ni ìfẹ̀sí àkókò òòfà. Bí pápá òòfà ṣe lágbára tó, bẹ́ẹ̀ náà ni àkókò tó lọ́ra ṣe ń lọ ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn agbègbè tí òòfà kò lágbára (ní ìbámu pẹ̀lú ìpíndọ́gba láàárín àwọn olùwòran méjì). Nítòsí àkókò ìṣẹ̀lẹ̀ náà, ipa yìí máa ń burú síi.
Fún ẹni tó ń wo nǹkan tó jìnnà, ohun kan tó ń jábọ́ sí ihò dúdú máa ń dínkù díẹ̀díẹ̀, ó sì máa ń “dì” bí ó ṣe ń sún mọ́ ibi tí ìṣẹ̀lẹ̀ náà ti ń ṣẹlẹ̀, ìmọ́lẹ̀ rẹ̀ sì máa ń di pupa díẹ̀díẹ̀ (tí ó ti yí padà sí pupa) ó sì máa ń dínkù díẹ̀díẹ̀. Síbẹ̀síbẹ̀, sí ohun tó ń jábọ́ fúnra rẹ̀ (nínú férémù agbègbè), ó máa ń la ibi tí ìṣẹ̀lẹ̀ náà ti ń ṣẹlẹ̀ kọjá ní àkókò tó gbòòrò, lẹ́yìn náà ó máa ń lọ sí àárín láìní ìrírí “ìdúró àkókò” kankan. Ìyàtọ̀ yìí nínú ojú ìwòye kì í ṣe ìtakora, ṣùgbọ́n ó jẹ́ àbájáde ìṣètò àkókò àlàfo.
7. Ìtànṣán Hawking: àwọn ihò dúdú lè “yọ́”
Ní ọdún 1970, Stephen Hawking so àwọn èrò nípa ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ kuantum pọ̀ mọ́ àkókò àlàfo nítòsí ibi ìṣẹ̀lẹ̀ náà, ó sì ṣàwárí pé àwọn ihò dúdú yẹ kí wọ́n tú ìtànṣán ooru jáde, tí a mọ̀ sí ìtànṣán Hawking nísinsìnyí. Ní ṣókí, àwọn ìyípadà kuantum nínú vacuum lè mú àwọn ìsopọ̀ patiku-antiparticle jáde. Tí ọ̀kan bá ṣubú sínú ihò dúdú tí èkejì sì sá lọ, nígbà náà láti ojú ìwòye olùwòran jíjìnnà, ihò dúdú náà yóò tú patiku náà jáde.
Àbájáde rẹ̀ jẹ́ ohun ìyanu: àwọn ihò dúdú lè pàdánù ìwọ̀n díẹ̀díẹ̀ kí wọ́n sì gbẹ nígbẹ̀yìn-gbẹ́yín. Síbẹ̀síbẹ̀, fún àwọn ihò dúdú tí ó ní ìṣùpọ̀ ìràwọ̀ tàbí àwọn ihò dúdú tí ó ní ìṣùpọ̀ ìràwọ̀, ìwọ̀n ìtújáde yìí kéré gan-an—ó kéré gan-an ju ìlànà ìkójọpọ̀ lọ ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìgbà. Ìtànṣán Hawking ṣe pàtàkì ní pàtàkì fún àwọn ihò dúdú kéékèèké (tí a lè fojú rí), nítorí pé bí ìwọ̀n ihò dúdú náà bá ṣe kéré tó, bẹ́ẹ̀ náà ni ìwọ̀n ìtànṣán rẹ̀ yóò ṣe pọ̀ sí i.
8. Ẹ̀rí wíwà àwọn ihò dúdú
Nítorí pé àwọn ihò dúdú kìí tan ìmọ́lẹ̀ tààrà, ẹ̀rí wíwà wọn wá láti inú àwọn ipa agbára òòfà àti ìtànṣán láti inú ohun tí ó yí wọn ká. Díẹ̀ lára àwọn ẹ̀rí pàtàkì ni:
– Ìṣípo àwọn ìràwọ̀ ní àárín gbùngbùn ìràwọ̀:
Àkíyèsí àwọn ìràwọ̀ nítòsí Sagittarius A fi hàn pé ìṣùpọ̀ kékeré kan wà, tó tóbi, tó bá ihò dúdú tó ga jù lọ mu.
– Awọn eto irawọ alakomeji ati awọn egungun X-ray:
Tí ìràwọ̀ bá yípo ohun ńlá kan tí a kò rí, tí ohun èlò láti inú ìràwọ̀ náà sì ń jáde láti ṣẹ̀dá díìsìkì accretion, a lè rí àwọn X-ray tó lágbára.
– Awọn igbi omi-agbara:
Àwọn ohun èlò ìwádìí LIGO àti Virgo ti kíyèsí ìgbì omi òòfà láti inú ìsopọ̀ àwọn ihò dúdú. Àwọn àmì wọ̀nyí bá àsọtẹ́lẹ̀ ìbáramu gbogbogbò mu.
– Àwòrán òjìji ihò dúdú:
Ẹ̀rọ ìbánisọ̀rọ̀ Event Horizon (EHT) ti ya àwòrán “òjìji” ihò dúdú kan nínú galaxy M87 àti lẹ́yìn náà Sagittarius A. Ohun tí a lè rí kì í ṣe ihò dúdú náà fúnra rẹ̀, bí kò ṣe àwòrán ibi tí ìṣẹ̀lẹ̀ náà ti ṣẹlẹ̀ sí ìmọ́lẹ̀ láti inú gáàsì gbígbóná tí ó yí i ká.
9. Àwọn ìbéèrè tí a ṣí sílẹ̀: ìwífún àti agbára ìwalẹ̀ kuatomu
Àwọn ihò dúdú tún ń fa àwọn ìṣòro pàtàkì, ọ̀kan lára wọn ni àríyànjiyàn nípa ìwífún. Nínú ìmọ̀ ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ kuatomu, ìwífún nípa ipò ètò kan kò gbọdọ̀ sọnù. Ṣùgbọ́n, tí ihò dúdú bá gbẹ nípasẹ̀ ìtànṣán Hawking tí ó dàbí èyí tí kò ṣeé ṣe, níbo ni ìwífún nípa ọ̀ràn tí ó ti bàjẹ́ tẹ́lẹ̀ yóò lọ? Àríyànjiyàn yìí ti mú kí ìdàgbàsókè bá ìwádìí okùn, holography, àti èrò pé a lè tọ́jú ìwífún ní àkókò ìṣẹ̀lẹ̀ ní ọ̀nà kan.
Ipari
Àwọn ihò dúdú kìí ṣe àwọn ohun ìjìnlẹ̀ afẹ́fẹ́ lásán nìkan, ṣùgbọ́n wọ́n tún jẹ́ oríta méjì ti fisiksi òde òní: ìbáramu gbogbogbo àti ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ kuatomu. Láti orí àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ àti ìfàsẹ́yìn àkókò sí àwọn díìsìkì accretion tó tàn yanranyanran àti ìtànṣán Hawking díẹ̀díẹ̀, àwọn ihò dúdú fihàn bí àgbáyé ṣe lè ṣiṣẹ́ ní ààlà àwọn ẹ̀kọ́ wa. Ìwádìí lórí àwọn ihò dúdú ń tẹ̀síwájú nípasẹ̀ àwọn àkíyèsí àwọn ìgbì òòfà, àwọn awòrán onípele gíga, àti ìdàgbàsókè agbára ìwalẹ̀ kuatomu—tí ó fúnni ní ìrètí pé ọ̀kan lára àwọn ohun ìjìnlẹ̀ ńlá jùlọ ti àgbáyé lè di èyí tí a ń lóye díẹ̀díẹ̀.
