الثقب الاسود

ما الثقب الأسود وكيف ينشأ؟ 

تخيل أنك تطفو في الفضاء الخارجي؛ هادئ وبارد، باعث على الطمأنينة والرعب في آنٍ واحد. وفجأة، تشعر بشيء يشدُّك، بثقلٍ في البداية، لكنه يتقوّى فيما هو يجرك إلى ركن بعيد خالٍ من السماء. في ومضة عين، ستكون دخلت ثقبا أسود. تقول عالمة الفلك بريامفادا ناترجان من جامعة يال: "هنا يصير الكون شيئا آخر بالنسبة لك". مع نشر أول صورة للثقب الأسود، لم يعد ثمة مجال للشك بأن وحوش الزمكان هذه موجودة حقا. لكن الانقسام الحاصل بين الفيزيائيين يتعلق بما يحدث لجسد الشخص إن هوى إلى فوهة الثقب. إذن ما المصائر التي تنتظرك إن كنت تعيس الحظ بما يكفي لمواجهة ثقب أسود وجها لوجه؟

وأثار هذا الإنجاز فضولا واسعا، لا سيما أن فهمه يتطلب بعض الإلمام بعلوم الفيزياء والفضاء، ولذلك، حاول عدد من الباحثون أن يقدموا شروحا مبسطة للثقب الأسود الذي ظل بمثابة  "خيال" حتى هذا الأسبوع.

ولفهم هذا الثقب، لا بأس من الإشارة إلى أمر مهم وهي أن الفضاء الفسيح يمتاز بالظلام، حتى إن كانت بعض البؤر أكثر ظلاما وقتامة من الأخرى، لكن العلماء يؤكدون أمرا جوهريا، وهو أن "الثقب الأسود" هو أكثر البؤر ظلاما على الإطلاق.

ويقول العلماء إن الثقب الأسود عبارة عن بؤرة مظلمة تصل فيها الجاذبية إلى مستوى هائل، بحيث يستطيع أن يجذب إليه كل شيء، حتى إنه يستطيع أن يمتص الضوء.

وينشأ الثقب الأسود عندما يصل عمر النجم إلى نهايته، وحين تتلاشى الطاقة التي تحافظ على تماسكه خلال حياته، فتبدأ مرحلة الانهيار ويحصل انفجار هائل.

وعقب ذلك، تسقط كافة المواد التي خلفها الانفجار في نقطة صغيرة وغير متناهية، لكن الجدير بالذكر، هو أن هذه المخلفات تزيد عن كتلة الشمس بعدة مرات.

والغريب في هذه الظاهرة الفلكية، هو أن هذه المخلفات التي تفوق حجم الشمس تتوارى في نقطة بالغة الصغر، ومع مرور الوقت، تبتلع هذه الثقوب موادا أكثر، فتكبر شيئا فشيئا ويستع نطاقها.

وما يبعث على استغراب الكثيرين، إزاء هذا التفاعل، هو أن نقطة صغيرة تستطيع أن تحتوي كتلة كبيرة.

ويطلق العلماء مصطلح "التفرد" على النقطة التي تجتمع فيها مخلفات الانفجار النجمي، وتستطيع أن تقوم بتأثير كبير على الرغم من صغرها المتناهي.

ولأن البعض قد يتساءل حول ما يمكن أن يقع إذا جعلنا مركبة فضائية تقصد ما يعرف بـ"الأفق الحدث" للثقب الأسود، وهو منطقة لا يستطيع من يوجد في خارجها أن يلاحظ في داخلها.

وإذا أرسلنا مركبة فضائية صوب هذه المنطقة، سيحدث ما يسمى بـ"تأثير المعكرونة"، إذ سيصبح جزؤها القريب من الثقب الأسود شديد الجاذبية.

وبعدها، ستتمدد المركبة الفضائية بشكل عمودي، وتتحول إلى ما يشبه الشعرة أو شريط من "الباستا"، وتنسحق باتجاه الثقب.

ماذا سيحدث لك إن التهمك ثقب أسود؟

تخيل أنك تطفو في الفضاء الخارجي؛ هادئ وبارد، باعث على الطمأنينة والرعب في آنٍ واحد. وفجأة، تشعر بشيء يشدُّك، بثقلٍ في البداية، لكنه يتقوّى فيما هو يجرك إلى ركن بعيد خالٍ من السماء. في ومضة عين، ستكون دخلت ثقبا أسود. تقول عالمة الفلك بريامفادا ناترجان من جامعة يال: "هنا يصير الكون شيئا آخر بالنسبة لك". مع نشر أول صورة للثقب الأسود، لم يعد ثمة مجال للشك بأن وحوش الزمكان هذه موجودة حقا. لكن الانقسام الحاصل بين الفيزيائيين يتعلق بما يحدث لجسد الشخص إن هوى إلى فوهة الثقب. إذن ما المصائر التي تنتظرك إن كنت تعيس الحظ بما يكفي لمواجهة ثقب أسود وجها لوجه؟

كل الأشياء تمارس شدا جذبيا على بعضها البعض، وتكون هذه القوة ضعيفة في معظم الحالات. إنما في حالة الثقب الأسود، يكون الشد قويا بحيث لا يمكن لشيء، ولا حتى للضوء، النجاة بنفسه. الثقب الأسود قوي لدرجة أن الزمن نفسه سيطوى داخله. لن تشعر بأي شيء مختلف وأنت تهوي، لكن للناظر من الخارج، ستبدو وأنك تتباطأ. فيما أنت تتناثر داخل هذا الثقب الفضائي، فإن كل الفوتونات التي تسحب بدورها معك ستخلق شريطا ضوئيا يعمي العيون يدور حول ثقب من السواد الحالك، مثلما رأينا في صورة فريق "إيفينت هورايزون تلسكوب". سيصحبك اثنان من المؤثرات اللونية صوب وجهتك النهائية: ظلمة تغشى عينيك بينما يتراءى لك الثقب الأسود وهو آخذ في الاتساع، والنجوم المحيطة به وهي تضطرب ثم تنثني.

إنها فرصتك الأخيرة للهرب. فبعد قليل ستكون في مواجهة أفق الحدث. النقطة التي يصعب عندها مقاومة جاذبية الثقب الأسود. تضيف ناترجان: "في الوقت الذي ستتمكن فيه من رؤية أفق الحدث سيكون بإمكانك أن ترى انحناءة الشريط النجمي حوله". ستلتف شرائط الضوء المحدبة حول الثقب الأسود، لكن بينما أنت تتسارع صوب اللا عودة، فإن زخم الحقل الجذبي سوف يغير طبيعة الضوء الذي تراه. إن كان لدى عضلات رقبتك القوة الكافية لكي تُمكّنك من استراق نظرة واحدة على الأقل من الوراء، فإن كل الضوء النجمي خلفك سوف يبدو وأنه يتمازج ليشكّل نقطة محمرة وحيدة.

في هذه الأثناء ستستحيل طمأنينة الفضاء الخارجي ظلاما دامسا وتشعر أنك تهوي إلى واد سحيق، لكن كما تقول ناترجان، "إنه وادٍ بلا قاع". وهنا يبدأ جسمك رحلة العذابات الفريدة. تتصاعد الجاذبية داخل الثقب الأسود باطراد لدرجة أنها لن تكتفي بتحطيمك، وإنما ستسحب كل جزء من جسدك بسرعات متفاوتة، تؤدي إلى "تأثيرات معكرونية". فإن سقطت على قدميك أولا، فإن كاحليك سيُمغطان بعيدا عن ركبتيك قبل أن يتمدد عنقك ليصبح أشبه بمعكرونة اللينجويني، لكن التباين في الزمن سيكون ضئيلا بما يكفي ربما لئلا تلحظه، وتقول ناترجان: "سيحدث هذا كله في ظرف غمضة عين، وهو ما قد لا يكون التعبير الأمثل بما أن عينيك ستؤفقان".

ثم ماذا سيحدث لك؟

لاختيار "اثبت مكانك" اذهب إلى 1

لاختيار "ننتظر لحين تجشؤ الثقب الأسود" اذهب إلى 2

لاختيار "الهرب عبر ثقب أبيض" اذهب إلى 3

لاختيار "سأحاول أن أشع إلى خارج الثقب" اذهب إلى 4

1- اثبت مكانك

قوانين الديناميكا الحرارية قاسية، فحتى الثقب الأسود ليس بمنأى عما تفعله. وفق القانون الثاني، فإن مقدار الأنتروبيا أو الاضطراب الحاصل في الكون لا يمكن أن يتضاءل. لذا عندما يهوي جسدك المشوه إلى الثقب، فإن الأنتروبيا التي يحتويها لا يمكن أن تختفي هكذا ببساطة، إذ إنه سيزيد من إنتروبيا الثقب الأسود نفسه. لكن إن كان للثقب الأسود أنتروبيا، فلا بد أنه يحتوي على الحرارة أيضا، لذا، وكأي جسم حامل للحرارة، فهو يشع حرارة بالضرورة. كيف يمكن للإشعاع الإفلات من جسم لا فرار منه؟ في عام 1974، جاء ستيفن هوكينغ بتفسير، عبر اختراع إشعاع يحمل اسمه.

عوض أن ينبعث من حرارة الثقب الأسود، فإن إشعاع هوكينغ هذا مصنوع من جسيمات وجسيمات مضادة تجيء إلى الوجود قرب أفق الحدث. ودائما ما تأتي هذه الأزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة إلى الوجود مبعثرة. هذه التوائم ما دون الذرية ترتبط جوهريا بأي تغيير يؤدي مباشرة إلى تغيير آخر. بلغة ميكانيكا الكم يقال إنها متشابكة. بمقتضى هذه المؤامرة ما دون الذرية، فإن أي مضاد جسيمات يغطّ في الثقب الأسود يكون لديه جسيم شريك يتمكن من النجاة، يشع بعيدا بما يقلل من طاقة الثقب الأسود. لكن هذا يتركنا مع نتيجة مقلقة: لدى مرحلة معينة، فالثقب الأسود نفسه سيشع مبتعدا، آخذا إياك معه.

سلوك التلاشي هذا ينتهك مبدأ جوهريا آخر في الفيزياء النظرية: لا يمكن للمعلومات أن تختفي ببساطة. حتى وإن دمرنا المعلومات بشكل أو بآخر، فإن أحرقنا كتابا عبر إلقائه في النار، ستظل تلك المعلومات متاحة للحصول عليها من سنا الدخان والرماد اللذين يظلان، وإن كان هذا الشكل للكتاب أعصى على القراءة. يعتمد الفيزيائيون على هذه الاستمرارية للحصول على معلومات بشأن الماضي وعقد التنبؤات حيال المستقبل. إن استطاع الثقب الأسود تدمير المعلومات، فإنه يستطيع تدمير أي أثر لك.

2- ننتظر لحين تجشؤ الثقب الأسود

اقترح بعض الفيزيائيين بأن من الممكن لك التشبث بثقب أسود بينما هو يتبخر عبر إشعاع هوكينغ (انظر رقم 1)، قبل أن يتجشأكَ فيما هو يلفظ أنفاسه الأخيرة. بهذه الطريقة على الأقل لن تضيع بعض معلوماتك للأبد، وإنما ستظل في حفظ الأيونات بينما الثقب الأسود يلفظ أنفاسه ببطء. عند مرحلة ما في المستقبل البعيد، وبحسب حجم الثقب الأسود الأول، سيتضاءلُ أفق الحدث بحيث لا تتمكن من العبور إليه موجة ضوئية واحدة. عند هذه المرحلة، فإن الإشعاع الذي يحمل بقاياك لن يعود قابلا للتجشؤ، مخلفا وراءه تلك المساحة الخالية التي كان يشغلها يوما ما ثقب أسود.

مثلما لا تسمح الثقوب السوداء لأي جسم بالإفلات من سحبها، فالأجسام الافتراضية التي تُعرف باسم الثقوب البيضاء لا يمكنها الإمساك بأي شيء

لكنّ هناك عيبا قاتلا في لعبة التلاشي المطولة هذه: الثقب الأسود لا يستطيع أن يقرر السرعة التي يتجشأ فيها الإشعاع؛ قوانين الديناميكا الحرارية هي التي تفعل ذلك. كلما أطلق شيء ما إشعاعا أكبر، صار حجمه أصغر، وكلما صغر حجمه، قلّت قدرته على إرسال الإشعاع خارجا. في الوقت الذي سيكون الثقب الأسود فيه ضئيلا بما يكفي لكي يتقيأ وجبته الأخيرة، لن يعود هناك أي شيء لإخراجه. الثقب الأسود سيموت ببطء، لا عبر انفجار وأي مخلفات لك ستكون قد اختفت منذ أمد بعيد.

3- ابحث عن مخرج ثقب أبيض

مثلما لا تسمح الثقوب السوداء لأي جسم بالإفلات من سحبها، فالأجسام الافتراضية التي تُعرف باسم الثقوب البيضاء لا يمكنها الإمساك بأي شيء. تفيد إحدى النظريات بأن كل ثقب أسود يتصل بثقب أبيض عبر نفق متعدد الأبعاد يُعرف بالثقب الدودي. اسقط في واحد منها، وسوف تصل في نهاية المطاف إلى ثقب آخر. بالنسبة إلى كارلو روفيلي في جامعة أيكس-مارسيليا في فرنسا، مع ذلك، فإن هنالك طريقة لجعل ذلك يحصل دون الحاجة إلى ثقب دودي. عوض ذلك، هو يقترح بأن كل ثقب أبيض كان فيما مضى ثقبا أسود، ما يعني أنه عند مرحلة في المستقبل البعيد، فإن بقاياك يُمكن أن تُلفظ عند تحول الثقب الأسود إلى ثقب أبيض. لكن كيف يحدث هذا التغيير؟

عندما ينهار نجم مشكّلا ثقبا أسود، تتقارب ذراته التي شكّلته مع بعضها بما يكفي لكي تصبح خاضعة لقوانين فيزياء ميكانيكا الكم. وأهم جزء منها يُدعى النفق الكمومي، والذي يقول إن الجسيمات لديها فرصة ضئيلة إنما ممكنة للتخلل عبر حاجز لا يمكن اختراقه بطريقة أخرى. بالنسبة إلى الجسيمات التي تهوي إلى الثقب الأسود، يقول روفيلي إن هذا يعني أنها تستطيع نظريا أن تمر مباشرة عبر نقطة "تفردية" كثافة لا نهائية تقع في مركزها وترتدّ عائدة خارجها. بحسب روفيلي: "إن ما يهوي داخل الثقب الأسود يذهب إلى المركز، ويبدو أنه يرتطم بجدار، وبحسب نظرية أينشتاين، لا يمكنه أن يعود، لكن نظرية ميكانيكا الكم تسمح له بدخول نفق ومعاودة الظهور".

وهذا يخلق سيناريو يمكن فيه للزمكان أن يرتد خارجا، مخلّفا ثقبا أبيض. بالنسبة لمراقب من الخارج، هذه العملية سوف تتطلب مليارات السنين، إنما في داخلها، بفضل الشد الجذبي الهائل للثقب الأسود، فإن الزمن سيكون أسرع بكثير. ويضيف روفيلي: "إن الزمن الذي سيستغرقك لكي تهوي إلى المركز، وتمر منه ثم ترتد إلى الطرف الآخر، سيكون جزءا من الثانية. وإن تمكنا من النظر إلى الداخل، ستبدو متجمدا". وهناك فرصة لأن يتمكن هذا المتجمّد، أو لنقل جسيماتك المتجمدة، من الخروج من الثقب الأبيض. تهانينا إن وجدت نفسك خارج الثقب الأبيض. من المرجح أنك ستبدو مشوها.

4- لكي تشع إلى خارج الثقب

بحسب ما توصل إليه ستيفن هوكينغ، الثقوب السوداء تبث الإشعاع باستمرار. لذا ماذا لو، عوض التعرض للتدمير أو الاختفاء بعيدا للأبد، كانت هويتك تتسرب على شكل من أشكال هذا الإشعاع الذي قال هوكينغ بوجوده؟ من المؤسف القول إن هذا الأمر يزيد تعقيد الأشياء. إشعاع هوكينغ يتألف من جسيمات رأسية تأتي إلى الوجود عند الاقتراب من أفق الحدث مع جسيم متشابك آخر يصاحبها يتم امتصاصه إلى الداخل في حين يتمكّن الآخر من الفرار (انظر 1). لكن إن كان الأمر كذلك بالفعل، فإن ميكانيكا الكم تضعنا أمام مفارقة غير ممكنة.

نحن نعرف سلفا بأن جسيمات إشعاع هوكينغ في حالة تشابكية مع رفقائها الذين يغطّون إلى الداخل. لكن لأن إشعاع هوكينغ يحتوي معلومات حول كل جسيم سقط (وتلك الجسيمات كانت متشابكة مع الجسيمات الأخرى التي يتم إشعاعها منها)، فإن أي جسيم خارج يجب أن يكون قد تشابك مع إشعاع هوكينغ السابق عليه. ميكانيكا الكم لا تسمح بهذا النوع من العلاقة المتعددة. يقول مبدأ أساسي هو "أحادية التشابك" بأن الجسيمات لا يمكن أن تتشابك مع شيئين في الوقت نفسه. إن كانت معلوماتك تريد الخروج من الثقب الأسود عبر إشعاع هوكينغ، ينبغي حدوث شيء آخر لها.

إنك تحاول انتهاك قوانين فيزياء ميكانيكا الكم. اختر على الفور بين هذه الخيارات الثلاث:

لمواجهة الجدار الناري، اذهب إلى س

للنزول في سيل الزمكان، اذهب إلى ص

لشطر الكون، اذهب إلى ي

س: مواجهة الجدار الناري

أحد الحلول للخروج من الإشكالية الكمومية هذه هو عبر خلق جدار مشتعل من النيران. إن كان هذا الجدار الناري موجودا داخل أفق الحدث، فإنه سيفتت التشابك بين أي جسيمات في الداخل ونظيراتها خارج الثقب الأسود.

المشكلة هي أن هذا الحاجز سريع الاشتعال يتعارض كليا مع النظرية النسبية التي أتى بها أينشتاين، والتي تتنبأ بأن حدث الأفق للثقب الأسود لا ينبغي أن يكون مختلفا عن الفضاء الذي حوله. وفقا لأينشتاين فإن الشد الجذبي ينبغي أن يكون دائما غير قابل للتمييز عن نتائج التسارع: إن كنت جالسا في صاروخ يتسارع باطراد في الفضاء، فإنك ستشعر بأن الجاذبية تسحبك بقوة إلى مقعدك. إن مبدأ التكافؤ هذا يفترض أن يحدث على طرفي أفق الحدث، ما يعني أنك من غير المفترض أن تلحظ أي شيء غير مألوف في أثناء عبوره. لكن حتى وإن سمحنا بوجود جدار من هذا النوع، فهي ليست بالطريقة المثلى للخروج. إن كنت ستعبره، فإنك ستُقلى حتى القرمشة، وهو ما سيحصل لأي مادة أخرى تقع في شراكه.

ص: النزول في سيل الزمكان

من بين إحدى الأفكار التي تدور حول الثقوب السوداء هي أنها تتصل بنفق دودي فضائي مترامي الأبعاد. لكن ماذا إن كانت صناعة الكون أقل روعة من أن تسمح لنا بالنزول إلى ثقب أبيض متأجج يقع على الطرف الآخر (انظر: 3)؟

لقد تخيل ليونارد سوسكايند من جامعة ستانفورد في كاليفورنيا وخوان مالداكينا في جامعة برينستون نوعا من النفق الدودي الذي يتشعب بعيدا عن الثقب الأسود في العديد من الاتجاهات كما تفعل جذور شجرة. وتكون كل أنبوبة صغيرة كبيرة بما يكفي لكي تظهر فيها الفوتونات المفردة لإشعاع هوكينغ، ما يسمح للثقب الأسود بأن يتبخر بالتزامن مع تفادي مفارقات الجدار الناري وفقدان المعلومات.

شي: اشطر الكون إلى نصفين

شهذا يعني بأنك عند القفز في ثقب أسود، فإن كل ناتج محتمل يحدث في مكان ما في رقعة موازية من الوجود. إن التفرعات الأخرى للأكوان المتعددة من العوالم العديدة هي جميعا مترابطة، كما يقول أيدان شاتوين-دافيس من جامعة كيه يو ليفين في بلجيكا، وهذا يعني أن مصيرك قد انتشر في أرجاء العديد من نسخ الأكوان المتعددة. فاختر موتك! يمكن أن تحترق في جدارات نارية، أو تسقط عبر الثقوب البيضاء، أو تتسرب إلى سيل الزمكان أو ربما ألا تسقط فيه إطلاقا. قد تنهار قوانين الفيزياء في الكون الذي نستطيع أن نراه أو نتفاعل معه، لكن عبر العديد من الحقائق الممكنة، فإنها تظل قائمة. تهانينا (ربما)، تمكن واحد منك من النجاة.

خاتمة: ربما لم يكن ثقبا أسود في نهاية المطاف.

هناك طوق نجاة من كل سيناريوهات الثقوب السوداء غير المقبولة: أن نعيد تخيل ماهية الثقب الأسود. في الفيزياء الكلاسيكية، ليس هناك وسيلة لإيقاف مادة من التجمع، والتحول إلى نجم، ومن ثم الانهيار لتصبح ثقبا أسود. الجاذبية لن تكلّ. هناك نظرية الأوتار، وهي تبدأ مع فكرة أن المادة ليست مصنوعة من جسيمات أولية، وإنما من أوتار دقيقة. عند الجاذبية الساحقة حيث يمكن أن ينشأ ثقب أسود، هذه الأوتار سوف تتشابك معا. "كلما وضعت المزيد من الطاقة في نظام ما، زاد حجم كرة الأوتار تلك"، كما يقول سمير مأثور من جامعة ولاية أوهايو.

"إنها لا تشكل في الواقع أبدا ثقبا أسود. إنها جسم يشبه الكوكب ويتألف من الأوتار، وهذا الكوكب لا يولد مشكلة فقدان المعلومات". لا بد وأنك في هذه الحالة أيضا ستموت ميتة شنعاء إن سقطت في كرة من الزغب من هذا النوع، لكن عوض أن تكون جزءا من العدم، فإنك تصبح شيئا. أولا سترتفع حرارتك فيما أنت تقترب. وعند عبورك أفق الحدث والمُضي قُدما باتجاه كرة الأوتار الضخمة، فإنك ستتمزق وجسمك سيتحول إلى رزمة من الأوتار بمجرد وصولك السطح فحسب. بعد أن تمتصك كرة الأوتار، ستبدأ بالانتشار على أرجاء سطح الثقب الأسود، متمازجا مع الأوتار الأخرى هناك. "عند تلك المرحلة، سيتم تمزيقك إربا ولن تعود حيا بعد ذلك. لكن الأوتار ستكون تهتز"، بحسب مأثور. إن أفكارك وذكرياتك ستختفي بعيدا، لكن الأشياء التي صنعتك ستكون جزءا من أحد أغرب الأماكن في الكون، وهذا ليس بالأمر السيئ.