مقاله سیاهچاله

توضیحات

 مقاله سیاهچاله دارای 131 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله سیاهچاله  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه مقاله سیاهچاله

مقدمـه

فصل اول

سرگذشت مختصری از مرگ یک ستاره

فصل دوم

مفاهیم مربوط به سیاهچاله

بخش اول

نسبیت خاص   

سیاهچاله و نسبیت عام

گرانش اثر هندسی جرم بر فضا- زمان اطراف خود است

سیاهچاله و اصل عدم قطعیت هایزنبرگ;

اما اساساً اصل عدم قطعیت چیست و چه بیان می کند؟

شوارتتز شیلد و سیاهچاله

اما حلقه ی تکینگی یا عریانی تکینگی چیست؟

اما تعریف افق رویداد در متریک شوارتز شیلد چیست؟

سیاهچاله با جرم ستاره ای

سیاهچاله با جرم متوسط

ابر سیاهچاله ها

سفر در زمان

آیا سیاهچاله واقعاً سیاه است؟

حجـم سیاهچاله

آیا درون سیاهچاله ها اثری از حیات وجود دارد؟

سیاهچاله های فوق حجیم

فرضیه چگونگی بوجود آمدن سیاهچاله های فوق حجیم

سیاهچاله ها حتی قوانین فیزیک را هم می بلعند

سیاهچاله ها وجود ندارند؟

تازه هایی درباره سیاهچاله

منابـع

مقدمـه

اصطلاح ( سیاهچال )در همین اواخر قدم به صحنه علم گذاشته است و آنرا در سال 1969 دانشمندی آمریکایی بنام جان ویلر بعنوان نموداری از نظریه ای برگزید که دستکم به دویست سال پیش برمی گشت، یعنی زمانی که برای نور دو نظریه وجود داشت، یکی نیوتونی که آن را مرکب از ذرات می دانست و دیگری نظریه ای که نور را ساخته و پرداخته امواج می شناخت و ما اکنون به صحت هر دو نظریه وقوفی واقعی داریم. بر طبق دوگانگی موجی – ذره ای در مکانیک کوانتوم نور می تواند هر دو خصیصه را داشته باشد یعنی همسان یک موج و همراز یک ذره

نظریه ذره ای بودن نور چگونگی پاسخ به نیروی جادبه را روشن نکرده بود و نظریه بودن آن هم انتظار پیروانش را در متأثر شدن نور از نیروی جاذبه به همان طریق که گلوله های توپ راکتها و سیارات از آن برخوردار می شدند برنیاورده بود. در آغاز مردم گمان می کردند که ذرات نور با سرعتی چنان نامتناهی سیر و سفر می کنند که نیروی جاذبه به گردشان هم نمی رسد تا از سرعت آنها بکاهد لیکن اکتشافات رومر مشعر بر متناهی بودن سرعت نور معنایش این بود که نیروی گرانش باید واجد اثری مهم باشد

چند سال بعد اظهار عقیده ای مشابه و ظاهراً مستقل از جان میچل از طرف مارکی دولاپلاس عنوان شد. جالب توجه این است که لاپاس این موضوع را فقط در چاپ اول و دوم کتاب خود مرسوم به منظومه جهانی درج کرد ودر چاپ های بعدی از آن صرفنظر کرد. شاید به دلیل این که او بر سست بودن این نظریه فتوا داده بود. (همچنین نظریه ذره ای بودن نور هم در طول مدت سده نوزدهم از چشم افتاده و به نظر می رسید که هر چیز را می توان با نظریه موجی بودن نور توجیه کرد و به هیچ وجه معلوم نبود که نور از نیروی گرانش متأثر باشد)

در حقیقت رفتاری همانند آنچه که در مورد گلوله توپ در نظریه گرانشی نیوتن انجام می گرفت با مزاج نور سازگاری نداشت زیرا سرعت نور ثابت بود. در صورتی که پرتاب یک گلوله توپ به سمت بالا سرعت گلوله در اثر نیروی جاذبه تدریجاً کاستی گرفته و سرانجام آن گلوله متوقف و به زمین برمی گردد و حال آنکه یک فوتون با سرعت ثابت همواره به حرکت خود به سمت بالا ادامه می دهد. ( پس جاذبه نیوتنی چگونه می تواند بر نور موثر باشد؟) از آن به بعد نظریه ای سازگار مشعر بر چگونگی اثر نیروی جاذبه بر نور ارائه نشد تا اینکه در سال 1915 انیشتین نظریه نسبیت را مطرح ساخت و حتی پس از آن هم مدت ها طول کشید تا اشارات این نظریه در مورد ستارگان جسیم به تفهیم درآمد

برای استنباط اینکه چگونه ممکن است یک سیاهچال شکل گرفته باشد نخست نیازمند آنیم که بدانیم سرگذشت دوران زندگی یک ستاره از تولد تا مرگ چه می باشد

ستاره وقتی شکل می گیرد که مقدار عظیمی گاز ( که اساساً ئیدروژن است) در اثر جاذبه گرانشی در هم فرو نشیند. با آغاز این همفرونشینی و تراکم گاز اتمهای آن بیشتر و بیشتر و با سرعتهای زیادتر و زیادتر بهم برخورد کرده و به این ترتیب گرمای گاز افزایش می یابد و سرانجام گاز به حدی داغ می شود که وقتی اتمهای ئیدروژن به یکدیگر برمی خورند نه تنها دیگر واپرشی انجام نمی دهند، بلکه در همدیگر فرو رفته و به هلیوم تبدیل می شوند

گرمایی که در این واکنش آزاد می شود همانند حرارت کنترل شده یک بمب ئیدروژنی است و این همان حرارتی است که موجب فروزش آن ستاره می شود این حرارت اضافی همچون فشار گاز تا حد هم ترازی با جاذبه گرانش افزایش داده و سبب توقف انقباض گاز می شود این تا اندازه کمی شبیه به عمل بالنی است که فشار هوای درون آن که می کوشد تا بالن را مستمع سازد با تلاش کششی لاستیک بدنه بالن که سعی دارد آن را در حجم کوچکتری نگه دارد تعادل برقرار می کند ستاره ها هم به همین نحو با بهره مندی از حرارت حاصله از فعل و انفعالات هسته ای با جاذبه گرانشی که متعادل می شود مدت مدید پایدار باقی می مانند. با اینهمه ستاره سرانجام از ئیدروژن و دیگر مواد سوختی خود خالی می شود. نکته ای که ظارهاً متناقض جلوه می کند این است که هر چه مقدار سوختی که ستاره با آن آغاز تشکل می کند بیشتر باشد ستاره زودتر به خاموشی می گراید. این برای آن است که هر چه ستاره جسیم تر باشد برای تعادل با جاذبه گرانشی به گرمای خیلی بیشتری نیازمند است و هر چه حرارت زیادتری داشته باشد زودتر سوخت خود را به مصرف می رساند شاید سوخت خورشید ما برای یک پنج هزار میلیون سال دیگر یا چیزی در این حدود کافی باشد ولی بیشتر ستارگان تنومند ممکن است سوخت خود را در کمتر از یکصد میلیون سال به مصرف برسانند یعنی در مدت زمان خیلی کمتر از عمر مجموعه کیهان

هنگامی که سوخت ستاره ای ته می کشد آن ستاره آغاز به سرد شدن کرده و منقبض می شود حال آنچه که بر سر اینچنین ستاره ای در می آید چیزی است که فقط برای نخستین بار در دهه انبساط گردید و داستان آن از این قرار است : در سال 1928 یک دانشجوی فارق التحصیل 1920 هندی به نام سوبر همنیان چندرا سخار برای تلمذ در محضر منجمی انگلیسی موسوم به سر ارترادینکتن که از خبرگان نظریه نسبیت عام بود با کشتی عازم انگلستان و روانه کمبریج شد. ( بر طبق روایتی چند روزنامه نگاری در اوایل دهه 1920 نزد ادینگتن رفت و به او گفت : من شنیده ام که در جهان فقط سه نفر هستند که از نظریه نسبیت عام سر درمی آورند. ادینگتن درنگی کرد و سپس پاسخ داد که دارم می اندیشم که نفر سوم کیست؟)

چندر اسخار در طول مدت سفرش از هند به انگلستان در این فکر بود که اندازه ستاره ای که با وجود به پایان رسیدن سوختش هنوز هم قادر به تحمل نیروی جاذبه خویش است چه مقدار باید باشد. مبسوط این چنین بود : وقتی که ستاره کوچک می شود ذرات ماده آن خیلی به همدئیگر نزدیکتر می شوند و آنگاه  به موجب اصل ناهمانندی پاولی چنین ذراتی باید دارای سرعتهای خیلی متفاوتی بشوند. این اختلافات سرعت موجب دور شدن آن ذرات از یکدیگر و درنتیجه سبب انبساط آن ستاره می شود. در این انبساط شعاع کره ستاره تا آن حد افزایش می یابد که بین نیروی جاذبه و نیروی دافعه ناشی از اصل ناهمانندی پاولی تعادلی برقرار شده و شعاع کره ستاره در این حد تثبیت شود یعنی به عینه شبیه همان وقایع دوران زندگی ستاره که نیروی جاذبه اش با حرارت حاصله در آن متعادل می شد

بخش اول

نسبیت خاص Special relativity

او تجسم خرد ناب بود، استادی که انگلیسی را با لهجه آلمانی تکلم می کرد، کسی که چهراه اش به عنوان یک کلیشه خنده دار در هزاران عکس و فیلم به نمایش درآمده است. سیمای منحصر به فرد او با آن موهای بلند و آشفته بلافاصله قابل تشخیص بود. درست 101 سال پیش بود که آلبرت اینشتین با انتشار چند مقاله به شهرتی جهانی رسید. یکی از این مقالات در رابطه با الکترو دینامیک اجسام متحرک بود که امروزه ما آن را نسبیت خاص می نامیم. نسبیت خاص نتایج بسیار و شگفت آوری را برای فیزیک رقم می زند. از جمله اتساع، زمان، کاهش طول خط کش و یا هم ارزی جرم و انرژی

دو اصل اساسی نسبیت خاص عبارتند از

1-   قوانین فیزیک در تمام دستگاههای لخت یکسان است و هیچ دستگاه مرجع مطلقی در جهان وجود ندارد

2-   سرعت نور در فضای تهی و در تمام دستگاههای لخت ثابت است

اما چیزی که به کار ما می آید و همچنین یکی از مهم ترین دستاوردهای نسبیت خاص نیز هست، این است که فضا را از سه بعد به چهار بعد ارتقاء می دهد. بعد چهارم که فضا زمان نامیده می شود از پیوند بین زمان و سه بعد فضایی حاصل می شود

اما اصولاً زمان چیست؟

در فیزیک دو تعریف وجود دارد که هر دوی آنها بر اساس قانون دوم ترمودینامیک که به آنتروپی می انجامد مورد بررسی قرار می گیرند. تعریف اول که تعریف ترمودینامیکی زمان نامیده می شود بر پایه اصول ترمودینامیک که بسیار ساده و قابل فهم نیز هستند بنا شده است. این تعریف زمان در سطوح و سیستم های ساده مورد بررسی قرار می دهد و بر اساس اصل دوم قانون ترمودینامیک است که می گوید : بی نظمی و اختلال با زمان توسعه داده می شودکه اصطلاحاً به آن آنتروپی می گویند

برای مثال، شما تاقتان را در صبح یک روز تعطیل در نظر بگیرید که بسیار بهم ریخته و بی نظم است و مادرتان بهش ما گفته است که اتاق را مرتب کن. مسلماً شما اتاق را مرتب خواهید کرد و پیش خود خواهید گفت که من از بی نظمی کاسته ام و به نظم افزوده ام. در نتیجه آنتروپی جهان کاهش یافته است. ولی اگر در این اندیشه اید بهتر است طرز فکرتان را تغییر بدهید زیرا شما نیروی فکر و انرژی مصرف کرده اید و آن را به یک حالت غیر قابل استفاده تبدیل کرده اید. در نتیجه به آنتروپی جهان افزوده اید

حال بیائیم زمان را از منظری دیگر به بحث و گفتگو بگذاریم، این روش تاریخ مدارانه نام دارد. همان طوری که نامش برمی آید شما در این روش به زمان گذشته و آینده سروکار خواهید داشت. این روش در سیستم ها و سطوح پیچیده بکار می رود و در زندگی روزانه خود آن را احساس نمی کنیم اما در فیزیک وجود دارد

این روش قانون دوم ترمودینامیک را نامتقارن می کند. یعنی شروطی را می آورد که دیگر قانون دوم ترمودینامیک قادر به توجیه آن نیست. اما اصولاً چگونه می توان این قانون را نقض کرد و بر آن تبصره ای گذاشت. همانطور که ذکر شد بر اساس قانون دوم ترمودینامیک میزان بی نظمی با گذر زمان افزایش خواهد یافت. اگر شما پیکان زمان را از گذشته به آینده درنظر بگیرید آنگاه این قانون صادق است یعنی با گذشته زمان از نظم کاسته و به بی نظمی افزوده می شود ولی بیائیم پیکان زمان را درجهت عکس درنظر بگیریم یعنی در صورتی که از آینده به گذشته باشد آنگاه دیگر این قانون صدق نمی کند

برای مثال یک خرگوش را درنظر بگیرید که زخمی شده باشد. این خرگوش پس از مدتی خوب خواهد شد، به آغوش طبیعت باز خواهد گشت. همانطور که مشخص است این دو تعریف تضاد آشکاری با هم دارند. برای حل این مشکل دانشمندی به نام لیزر گفت که زمان را در سطوح اتمی و یا کوچکتر متقارن فرض کنیم در چنین شرایطی بر اساس اصل عدم قطعیت هایزنبرگ که شرح داده خواهد شد اطلاعات در سطح اتمی دارای حد مشخص خواهند بود و حالات محدودی برای این حالت وجود دارد پس این موضوع در سطوح کیهانی نیز قابل تعمیم است

مشکل دیگر این است که زمان یک کمیت جهت دار است. اندیشمندانی و فلسفه دانی چون مک ناگارت به طور کلی منکر این موضوع می شد ولی بر پایه اصولی می توان سخنان او را رد کرد اما دانشمندی چون بورل بر این عقیده بود که در هنگام منظم کردن سطوح کیهانی اطلاعات سطوح خرد به طور مکرر و یکنواخت تلف می شوند و دقیقاً همان نتیجه است که می توان اصول آنتروپی و زمان جهت دار نتیجه گرفت

برای دریافت اینجا کلیک کنید