SW036 الثقوب السوداء 1

في وسط درب اللبانة – المجرة التي نعيش فيها – توجد قوة جاذبة هائلة لديها القدرة على سحق والتهام كواكب ونجوم، وربما بالفعل قد التهمت في السابق ملايين الكواكب وملايين النجوم قبل مليارات السنين، ولكنها هدأت الآن، إنها الثقوب السوداء الفائقة الضخامة Super Massive Black holes ^[1]Super Massive Black holes ، هذا النوع من الثقوب والثقوب السوداء الأقل ضخامة تثقب الفضاء – وقت، وبقوة جاذبيتها الهائلة تسحب حتى الضوء فلا يهرب منها، كتلتها تتراوح بين 10 إلى 1000,000,000 مرة من كتلة الشمس، وبالرغم من ذلك فإن حجمها متناهي الصغر (أصغر من الذرة بكثير)، ولكن مع قدرتها على التدمير إلا أنها ساهمت في بناء المجرات، اليوم سأتكلم عن الثقوب السوداء، ولكن لنبدأ بحل الآلغاز التي طرحتها الأسبوع الماضي.

لا تنسى أن تدعم السايوير بودكاست من خلال Patreon، كن مع الداعمين.
Become a Patron!

لبندأ بلغز الرجلين الذي حاول الكثيرين حله، اللغز مرة أخرى كالتالي:

تقابل رجلان يوما ما وكانت هذه المحادثة بينهما:

الأول: أنا متزوج ولدي 3 أولاد.

الثاني: كم أعمارهم؟

الأول: لن أخبرك بالأعمار ولكن سأدلك على بعض الإشارات عليها.

الثاني: حسنا

الأول: حاصل ضرب أعمارهم 36.

الثاني: جيد، ولكن ذلك لا يكفي.

الأول: حصل جمع أعمارهم يساوي رقم العمارة التي خلفك

الثاني بعد أن نظر إلى رقم العمارة: لو تعطيني الدليل الأخير سأخبرك بالأجابة.

الأول: أكبرهم أشقر.

الثاني: عرفت الإجابة.

كم هي أعمارهم؟

الكثير سألني ما سر كلمة “أكبرهم أشقر”؟ وهل لهذه الكلمة أي ارتباط مع حل اللغز؟ بالطبع، لنحاول حل اللغز، أحضر ورقة وقلم، واكتب عليها جميع الأرقام التي بضربها تعطيك الرقم 36، وضع أمامها حاصل جمعها، تستطيع كتابة الأرقام التي سأسردها الآن:

1 × 1 × 36 => 38

1 × 2 × 18 => 21

1 × 3 × 12 => 16

1 × 4 × 9 => 14

1 × 6 × 6 => 13

2 × 2 × 9 => 13

2 × 3 × 6 => 11

3 × 3 × 4 => 10

لو نظرت إلى الأرقام ستلاحظ ملاحظة مهمة، وهي أن حاصل جمع الأرقام كلها مختلفة، فيما عدا الرقم 13. والمفتاح في حل اللغز هو هذا. الرجل الأول أخبر الرجل الثاني بأن حاصل جمع الأرقام يساوي رقم العمارة، وكان رد الثاني أنه يريد دليلا أخيرا حتى يعرف الحل، وبهذه الكلمة يتضح لنا السبب لحاجته للدليل الأخير، لنفترض أن الرجل الثاني فعلا كتب جميع الأرقام كما كتبتها في الأعلى، ولو أنه نظر إلى رقم العمارة واكتشف أن الرقم كان أحد الأرقام المختلفة مثل 38 أو 21 أو 16 أو ما أشبه لما احتاج من الأول أن يعطيه دليلا آخر، ولكنه احتار حينما رأى رقم العمارة، فلابد أنه احتار بين الأرقام التي حاصل جمعها 13. إذن الحل موجود بين هذين الرقمين إما 1 × 6 × 6 = 13 أو 2 × 2 × 9 = 13، الدليل الأخير يكفي لمعرفة أي الرقمين هو الصح، الأول أخبر الثاني أن أكبرهم أشقر، وكلمة أكبرهم هي الدليل، والجواب هو أن أعمارهم 2، 2، 9، ولا يمكن أن يكون 6، 6، 1، لأن في العدد الثاني لا يوجد الولد الأكبر، بل توأم، وفي 9، 2، 2 يوجد لدينا ولد أكبر من الآخرين.

أما بالنسبة للغز جزيرة الطيبين والشريرين كان اللغز كالتالي: اتى لك جاسم وباسم، وقال لك جاسم: كلانا شرير، السؤال هو، هل تستطيع أن تعرف إلى أي فريق كل منها ينتمي، الطيب والشرير؟ الجواب هو أن جاسم شرير وباسم طيب، فلو كان جاسم طيب لكان ما يقوله صحيح، فإذا كان كلامه صحيح فلا يمكن أن يقول عن نفسه أنه شرير لأنه طيب ولا يكذب، إذن لابد أن جاسم شرير، أما بالنسبة لباسم، نحن عرفنا أن جاسم شرير إذن لابد أنه يكذب، وبما أنه يكذب إن لا يمكن أن ما قاله عن باسم صحيح، فلا يمكن لباسم أن يكون شريرا، فإذن هو طيب.

النجوم النيوترونية Neutron Stars ^[2]Neutron Stars

سنبدأ المشوار مع النجوم النيوترونية، حينما تنظر إلى السماء ستجد نقاطا براقة تتلألأ، بعض ما تراه هو نجوم، كتل من الغاز ملتهبة محترقة، بداخلها غاز الهيدروجين والهيليوم، بعضها صغير الحجم وبعضها هائل، فتخيل مثلا أن حجم الشمس لدرجة أنك تستطيع أن تدخل فيها 1,300,000 كرة أرضية تقريبا، وفي المقابل فإن هناك نجوم تستطيع أن تدخل فيها 7.5 مليارات شمس من شموسنا تقريبا، وتسمى هذه النجمة التي اكشتفها الفكليين في واي كانيس ماجوريس VY Canis Majoris ^[3]VY Canis Majoris ، هذا ما رأوه العلماء، وقد تكون هناك نجوم أكبر لا نعلم عنها شيئا. بالإضافة لذلك فإن كتلة بعض ^[4]List of most massive stars النجوم يصل إلى 175 ضعف الكتلة الشمسية ^[5]الكتلة الشمسية .

النجم يحترق بسبب التفاعلات النووية بداخله أو الإندماجات النووية Nuclear Fusion ^[6]Nuclear Fusion ، هذا يحدث عندما تلتحم نواة الذرات لتكون ذرة أثقل، أي أن الشمس تحدث فيها تفاعلات مثل الإنفجارات الهيدروجينية والتي هي أقوى من الإنفجارات الذرية الإنشطارية فتلتحم نواتي الهيدروجين لتكون الهيليوم، وتصدر من هذا الإندماج طاقة هائلة، ولذلك الشمس حارة جدا، والشمس تدمج حوالي 515 طن من الهيدروجين في الثانية الواحدة ^[7]Sun ، طاقة هائلة جدا (ويقول العلماء أن الشمس أكثر إشراقا من 85% من النجوم الموجودة في مجرتنا)، نحن نعرف أن الإنفجارات – حتى الإنفجارات البسيطة – تطرد الأمور بعيدا، فلماذا لا تتناثر الشمس في السماء؟ ذلك لأن الجاذبية كبيرة جدا فتتماسك الغازات والمواد الأخرى التي فيها، وهذه الجاذبية وإن كانت هائلة إلا انها لا تقارن لما يحدث لنجم حينما يتحول إلى نجم نيوتروني.

في بعض أنواع النجوم حينما تنفذ الطاقة التي فيها، وبعد أن تندمج الكثير من الأنوية التي فيها لتكون ذرات أثقل تنهار هذه النجمة تحت تأثير جاذبيتها، فلا يوجد ضغط كافي يقاوم هذه الجاذبية من فعل الإنفجارات الإندماجية،  وتنفجر انفجارا هائلا يسمى بالسوبر نوفا Supernova ^[8]Supernova ، فتطرد بانفجارها الكثير من محتوياتها بسرعات تصل إلى 30,000 كليومتر/ثانية، وفي هذا الإنفجار يشع هذه النجم أكثر مما تشعه الشمس من ضوء من بداية تكونها قبل مليارات السنين إلى أن تنطفئ بعد مليارات السنين، وهذا النوع من الإنفجارات يحدث كل 50 سنة في مجرتنا – درب اللبانة، والكثير من الصور ملونة الجميلة التي تراها على الإنترنت لغازات (وسحب إن صح التعبير) هي بسبب انفجار السوبر نوفا لهذه النجوم وطردها لبعض محتوياتها.

بعد ذلك تبدأ النجمة بالانهيار بفضل جاذبيتها على نفسها، جاذبية عالية جدا وتسحق المواد التي فيها إلى الوسط، بل إنها بقوة جاذبيتها تضغط على الإلكترونات فتلصقها بالأنوية الموجبة في الذرة، لك أن تتصور ماذا يعني ذلك كله، فلو أن كبرنا نواة الذرة إلى حجم كرة القدم، لكان احتمال وجود الإلكترون (وتكلمنا في السابق عن قضية احتمال وجود الإلكترون) على مسافة كليومتر واحد، فتخيل أن هذه الإلكترونات تُضغط إلى أن تصل إلى النواة، وبما أن الذرة تتكون من إلكترونات وبروتونات ونيوترونات، والإلكترونات هي جسيمات ذات إشارة سالبة، والبروتونات هي جسيمات بإشارة موجبة، والنيوترونات بلا إشارة، فإن دمجت الإلكترونات مع البروتونات تتعادل إشارة الأنوية ف
ي النجوم هذه، فتصبح المادة في معضمها نيوترونات، ولذلك تسمى النجمة بالنجمة النيوترونية، وطبعا هذه الإلكترونات لا تندمج كلية، ولكنها تسبح في بحر بين الأنوية المصطفة بالقرب من بعضها البعض.

ومن شدة هذا الضغط تتحول النجمة إلى كرة ذات نصف قطر في حدود 12 كيلومتر، وقارن هذا مع الشمس والتي قطرها في حدود 70,000 كليومتر، فلو أنك تقود سيارتك المقاومة للجاذبية على سطح هذا النجم الساحق لترجع إلى نفس النقطة فكأنك تقودها بين مدينة الكويت والفحيحيل (هناك نتكلم عن محيط النجم وليس نصف القطر)، أو بين الدمام والجبيل في السعودية أو الخور وام سيعيد في قطر أو أقل من المسافة بين القاهرة إلى الفيوم، أو نصف المسافة بين تونس العاصمة ومدينة الكاف، وتكون كتلة هذا النجم النيوتروني المضغوط من 1.5 إلى 2 كتلة شمسية، وفي المقابل فإن الجاذبية شديدة جدا، فتصل إلى 200 مليار مرة أكثر من جاذبية الأرض، ولو أنك غرفت من هذا الكوكب مقدار ملعقة شاي لكانت كتلتها أكبر من كتلة هرم الجيزة بألف مرة. فكل ما يسقط على الكوكب يسحق فلا يبقى له أثر، ولو أنك أسقطت من يدك كرة قدم على سطح هذا الكوكب من على مسافة متر لوصل إلى السطح في أقل من مليون جزء من الثانية، وستصل سرعة هذه الكرة عند اصطدامها بالأرض حوالي 2000 كليومتر/ثانية. مع كل هذه القدرة فإن النجوم النيوترونية لا يمكنها الإمساك بالضوء، نعم هي تلوي الضوء المار بجانبها، وتعمل كما لو كانت عدسة يمر خلالها الضوء، ولكن الضوء بسرعته الهائلة يفلت من قبضة هذا النوع من النجوم.

الفلكيين يعرفون 2000 نجمة من هذا النوع في مجرتنا.

الثقوب السوداء Black holes ^[9]Black holes

أول من أسس لفكرة الثقوب السوداء هو الجيلوجي جون ميشل John Michell ^[10]John Michell في رسالة في سنة 1783 حيث تنبأ أن بعض النجوم بإمكانها أن تمنع الضوء من الهروب من سطحها، وفي سنة 1915 حينما أسس أينشتين النظرية النسبية العامة المختصة في الجاذبية، فاستخدمها العالم كارل شوارتزتشايلد Karl Schwarzschild ^[11]Karl Schwarzschild للتنبؤ بالثقوب السوداء والتي تعتبر نقاط صغيرة ذات كتلة هائلة، وذلك من الناحية النظرية، ولكن لم تفهم الفكرة تماما في ذلك الوقت.

مع تقدم العلم بدأت تتضح الأمور أكثر، فإذا كانت هناك نجوم تصل كتلتها من 3 إلى 4 كتل شمسية حينما تنهار كما في النجم النيوتروني فإنها تنهار بشكل أكبر وتنهار إلى نقطة صغيرة متناهية الصغر، وبجاذبية في منتهى القوة تغوص هذه النقط الصغيرة في الفضا-وقت ثاقبة المكان والزمان، وحينما أقول نقطة لا أقصد كرة بحجم 12 كليومتر كما في النجم النيوتروني، أو بحجم كرة القدم أو بحجم الذرة أو حتى بحجم الإلكترون، بل أصغر من ذلك، ولكن بجاذبية خيالية لا نهائية، وتسمى هذه النقطة بالسينجيولاريتي (Singluarity) ويسمى هذا الشيء بالتفرد ^[12]تفرد جذبوي باللغة العربية.

هذه الجاذبية لها القدرة على تدمير كواكب ونجوم، فتلتهم هذه الثقوب ما حولها تضغطها في هذه النقط الصغيرة، وكلما التهمت كلما ازدادت جاذبيتها وشهيتها للالتهام. ومن قوة هذه الجاذبية لا يمكن حتى للضوء أن يهرب، ولذلك تكون هذه النقط سوداء معتمة لا يمكن أن ترى. إذن كيف استطاع العلماء رؤيتها؟ سـأترك الإجابة على هذا السؤال إلى الأسبوع القادم إن شاء الله، وسأتكلم فيها أيضا عن الثقوب السوداء الفائقة الضخامة، وأيضا عن الكويزار، وكذلك عن تصادم المجرات والتحام ثقوبها السوداء. Youtube: Black hole destroying a star ^[13]Youtube: Black hole destroying a star

المستجدات العلمية والتكنلوجية

+ ثار بركان في آيسلاند ^[14]Volcanic ash disruption leaves Britons stranded – وهي جزيرة شمال بريطانيا وتبعد عنها حوالي 1500 كيلومتر – صحيح أن الثوران لم يكن بذلك الحجم الكبير ولكن بسبب الدخان المكون من الأبخرة والرماد فقد تم تعطيل رحلات الطيران في مجموعة من الدور الأوربية ومن ضمنها بريطانيا، وخصوصا أن هذا الدخال يمر في منطقة طيران نشطة، وصبح المسافرين نزلاء للمطار، طيب،  لماذا تعطل الطيران؟ لأن الدخان هذا يؤثر على مكائن الطائرات ^[15]Iceland volcano: Why a cloud of ash has grounded flights ، حيث أن الرماد معلق في الهواء، وحينما يدخل هذا الرماد إلى داخل الماكينة تتجمع وتسد الماكينة بزجاج ذائب، وقد حدث أن طائرتين واحد بريطانية والأخرى سنغافورية تعطلت كل مكائنهم حينما طاروا في سحب من الرماد في أجواء أندونسيا في سنة 1982^[16]Eric Moody: The pilot who flew into volcanic ash in 1982 ، طبعا الطائرة البريطانية لم تقع، لأنه الطيار استطاع بعد فترة بهدوئه واتنزانه إعادة تشغيل المكائن.

+ استطاع العلماء من انتاج أرقام عشوائية عن طريق المكانيكية الكمية، لو أنك رميت عملة معدنية في الهواء لتقرر من يأخذ الكرة في مبارة كرة القدم فأنت قمت باختيار الفريق بطريقة عشوائية، أليس كذلك؟ لا، فلو أن لديك جميع المعلومات عن العملة وسرعة الرمي والاستدارة و… و… لكان بإمكانك أن تعلم إن كانت ستنزل على وجهها الأول أو الثاني، حتى في الكمبيورترات وبالخصوص في لغات البرمجة هناك أوامر ترجع للبرنامج أرقام عشوائية، هل هي عشوائية؟ بالطبع لا، فهي تخضع لقانون رياضي بحت، ولو أنك تعرف القانون ستعرف الرقم التالي، ولكن في ورقة نشرت في مجلة النتيشر (Nature) استطاع الفيزيائي آنتونيو أكن أو أيسن (Antonio Acin) أن ينتج أرقام عشوائية مئة بالمئة، حيث استخدم الميكانكية الكمية لذلك، من خلال آيونين كل منها غرفة مفرغة من الهواء (تبعد هاتين الغرفتين مترا واحدا عن بعضهما)، وبتسليط الليزر على الأيونين قد يصدر من فوتونات اعتمادا على حالة الأيونات، وفلو صدر الفوتون اعتبر ذلك أنه 1، ولو لم يصدر كان ذلك 0، وبما أنه لا يمكن التنبؤ بحالة الأيون ولا حتى بالرياضيات (لطبيعة المكانيكية الكمية) إلا بعد إطلاق الليزر عليه ستكون النتيجة عشوائية مطلقة.

+ تأخر إنطلاق الآيباد لشركة أبل عالميا بسبب الإقبال عليه في الولايات المتحدة الأمريكية ^[17]Apple delay international iPad launch ، حيث بيع منه ما يقارب 500,000 وحدة، كنت متوقعا أن أحصل على الآيباد في نهاية الشهر من محل الأبل في ساوثهامتون القريب من سكني، ولكن يبدو أنه سيتأخر إلى نهاية شهر 5، ولكن لم يمنعني ذلك من الاتصال بأخي في أمريكا، فطلبت منه أن يشتري لي الآيباد من هناك، فاتضح أن الآيباد نفذ من جميع المحلات القريبة من بيته، فقام بالاتصال بالشركة طلب الجهاز، وربما سيكون عندى الآيباد خلال أقل من 10 أيام إن شاء الله، وعندها سأعمل له فيديو كليب وأضعه على اليوتيوب.