المرة الماضية بدأنا بموضوع الثقوب السوداء، حيث بدأ المشوار مع النجوم النيوترونية، هذه النجوم التي بسبب الضغط المضاد التي تولده من خلال الإنفجارات الهيدروجينية تقاوم ضغط جاذبيتها، ولكنها حينما تحرق جزءا كبيرا من طاقتها تفقد هذه النجوم قدرتها على مقاومة الجاذبية، فتبدأ بالانهيار، وتنفجر انفجارا هائلا اسمه السوبر نوفا، فإذا كان حجم هذا النجم كان يعادل 1.5 إلى 2 كتل شمسية فإنه يتحول إلى نجم نيوتروني، وإذا كان 3-4 كتل شمسية فإنه يتحول إلى ثقبا أسودا. والثقب الأسود هو نقطة في منتهى الصغر لها القدرة على التهام نجوم وكواكب وتمزيقها إربا إربا وابتلاعها، لدرجة أن الضوء لا يستطيع الهروب منها إذا ما اصطادته جاذبيتها.
لا تنسى أن تدعم السايوير بودكاست من خلال Patreon، كن مع الداعمين.
Become a Patron!
اليوم سنفهم الثقوب السوداء بتفصيل أكبر حتى نعرف سرها، وسأسرد مجموعة من الأخبار في النهاية، أولها عن دراسة تتكلم عن مسح الخوف من الذاكرة بدون عقاقير طبية، والخبر الثاني عن دارسة جديدة تتكلم عن تأثير برامج الكمبيوتر والتي تزعم أنها تحسن من أداء المخ، هل فعلا تحسن من الأداء؟ وفي الخبر الأخير سأتكلم عن النوم والذاكرة، وعن الأحلام والتذكر والتعلم.
ما هي الثقوب السوداء؟
لماذا سميت الثقوب السوداء بهذا الإسم؟ لأنها إذا دخل فيها شيئا فإنه لا يخرج، وبما أن حتى الضوء لا يخرج منها فستكون هذه النقطة سوداء، وهذا يعود للقوة الجاذبة الهائلة التي لها القدرة على الإمساك بكل شيء، ولكن هناك اعتقاد شائع فيما يختص بقضية قدرة الثقوب السوداء على جذب الأشياء وعملها وكأنها تمتص كل شيء بلا رحمة، فصحيح الثقوب السوداء مدمرة، ولا يهرب منها شيء، ولكنها لا تتمكن من كل الأشياء بشكل مطلق، ولكن إذا عبر جسما حدود أفق الحدث Event Horizon [1]Event Horizon القريب من الثقب الأسود فإنه لا محالة ينتهي.
لنفهم معنى أفق الحدث، الثقب الأسود عبارة عن كتلة انضغطت على بعضها إلى أن وصلت إلى نقطة متناهية الصغر، هذه النقطة تلوي الفضا-وقت إلى الداخل، حتى أن البعض يصور تأثير الثقب على ما حولها بحركة الماء في حوض بعدما تفتح السدادة في أسفل هذا الحوض.
هذه الصورة ليست إلا تشبيه لكيفية تعامل الثقوب السوداء مع الفضا-وقت، ولكن من الممكن تكون الصورة أفضل لو أنك تتخيل كرة مطاطية بالكامل، أي أنها لا تحتوي على فراغ أو هواء بداخلها، في الحالة الطبيعية للفضاء تكون جميع أنحاء الكرة متساوية في التمدد، ولكن تخيل لو أنك بطريقة أو بأخرى أدخلت إصبعين إلى وسط الكرة وقرصت الكرة من الداخل؟ ماذا يحدث للمطاط في الداخل؟ سينكمش إلى داخل الكرة، ولو فرضنا أن النقطة المقروصة في وسط الكرة هي الثقب الأسود، سيكون غلاف الكرة هو أفق الحدث، فأي شيء يدخل إلى داخل الكرة لا يخرج، وما في خارج الكرة قد تكون له فرصة في الهروب. وهذا الشكل ربما يكون أقرب ولكن تضل هناك بعض العيوب في هذا التصوير.
وحتى نفهم الفرق بين خارج وداخل أفق الحدث، لنفترض أن الشمس، شمسنا، تحولت إلى ثقبا أسودا (في الحقيقة لا يمكن أن يحدث هذا الشيء، لأن الشمس تحتاج أن تكون كتلتها – كما ذكرت – 3 إلى 4 مرات ما هي عليه الآن، ولو تحولت الشمس إلى ثقبا أسودا لدمرت الكواكب التي حولها بالإنفجار السوبر نوفا، ولكن لنفرض أن الشمس تحولت إلى ثقبا أسودا بشكل هادئ) السؤال هو ماذا سيحدث لمجموعة الكواكب التي تدور حولها؟ الجواب هو: لا شيء، بل ستظل تدور هذه الكواكب في افلاكها كما لو لم يتغير شيء، إذا ما الحكاية، أين هيبة الثقب الأسود وقوته الجاذبة وتدميره للكواكب والنجوم التي حوله؟
من الطبيعي أن لا يتغير شيء، فالشمس لم تتغير كتلتها إذا ما تحولت إلى ثقبا أسودا، فجذبها لن يتغير على نفس المسافة التي تكون فيها الكواكب، كل ما حدث هو أن الكتلة هذه انضغطت في حيز من الفراغ أصغر، ما الذي تغير إذن؟ لنقارن ما يحدث للشمس قبل وبعد تحولها إلى ثقب أسود، لو جسما اقترب إلى الشمس قبل أن تصبر ثقبا أسودا فإن تأثير الجاذبية سيقوى إلى أن يصل الجسم إلى سطح الشمس، وذلك لأنه أقرب ما يكون للكتلة الكلية لها، ولو غاص هذا الجسم في الشمس، لكانت الجاذبية التي تؤثر على هذا الجسم أقل، لأن الكتلة التي تؤثر عليه أقل، حيث أن باقي الكتلة خارج النقطة التي يكون فيها هذا الجسم، ولكن لو أننا ضغطنا الشمس وصغرنا حجمها فبإمكان هذا الجسم الاقتراب أكثر إلى الكتلة ذاتها، وكلما صغرت الحجم مع الإبقاء على الكتلة كان بإمكان الاقتراب من الكتلة الكلية بشكل أكبر أي أن الجاذبية ستكون أكبر، ولذلك كتلة الثقب الأسود هي كتلة مركزة بإمكانك الاقتراب منها أكثر فإكثر، وتبعا لذلك لو أن الكتلة تركزت في نقطة تفرد (Singularity) لكن بإمكانك الاقتراب منها إلى ما لا نهاية، يعني ذلك أن الجاذبية ستكون لا نهائية في نقطة التفرد هذه، وإذا ما دخل الضوء إلى داخل هذه الكرة المحيطة بالتفرد عند ذلك يستحيل عليه الخروج، ولكن لو أن الضوء كان خارج هذا المجال فبإمكانه الهروب، وبما أن الضوء هو أسرع شيء في الوجود إذن لا يمكن لأي شيء الهروب من الثقوب السوداء.
كيف يعرف العلماء بوجود الثقوب السوداء؟
إذا كانت الثقوب السوداء لا تسمح حتى للضوء بالهروب، وهي مظلمة معتمة، وبما أنها تعيش في الفضاء المعتم الحالك السواد، فكيف يمكن للعلماء من معرفة وجودها؟ يستدل العلماء على الثقوب السوداء بالدلائل الخارجية فلا يمكن لهم رؤيتها مباشرة، فمثلا لو أنهم رأوا مجموعة من النجوم تدور حول نقطة معنية لا ترى قد يعني ذلك أن هناك ثقبا أسودا هائل قادر على أن يمسك بهم حولها.
بالإضافة إلى ذلك يمكن معرفة الثقوب السوداء من خلال ما يسمى بالقرص المزود أو التراكمي (Accretion Disk)، وهذا القرص عبارة عن حزام من الغاز والغبار الكوني الذي يتجمع حول الثقب الأسود، حيث يدور هذا الغبار حول الثقب الأسود بشكل حلزوني إلى أن يدخل إلى دخل أفق الحدث، ويكون هذا القرص ملتهبا حارا جدا بسبب ضغط الجاذبية، فتنطلق منه الإشاعات الكهرومغناطيسية التي تمكن العلماء من رؤية الثقب الأسود.
هناك أمور أخرى يستخدمها العالماء للتعرف على الثقب الأسود ولكن لن أتطرق لها.
هل الثقوب السوداء باقية إلى الأبد أم أنها تفنى؟
الثقوب السوداء تطلق إشعاعات تسمى بإشعاعات هوكنج Hawking Radiation [2]Hawking Radiation نسبة إلى العالم ستيفين هوكنيج Stephen Hawking [3]Stephen Hawking ، صاحب الكتاب الشهير جدا “تاريخ موجز للزمن” A Bried History of Time [4]A Bried History of Time ، وهو الرجل المقعد المشلول بالكامل.
فكرة هذه الإشعاعات تتلخص في أن الكون وفي كل لحظة تتكون خلاله جسيمات صغيرة جدا جدا تظهر من العدم وتختفي، تظهر الأجسام والأجسام المضادة لمدة زمنية قصيرة جدا جدا ثم تلتقي مرة أخرى وتمحي إحدهما الأخرى من الوجود، هذه الجسيمات إذا ما كانت قريبة من أفق الحدث فإنه قد تنطلق إحدها إلى داخل الثقب الأسود وتبقى نظيرتها، فينطلق هذا الجسيم في الاتجاه الآخر مبتعدا عن الثقب الأسود، وللتأكيد مرة أخرى، فالثقب الأسود لا ينبعث منه شيء، بل هذه الإنبعاثات تحدث عند أفق الحدث وبعده، أما ما يغوص بداخله لا يخرج منه.
وبسبب الجسيم الذي يدخل إلى داخل الثقب الأسود والذي له طاقة سالبة فإنه تدريجيا يعمل على تقليل كتلة الثقب الأسود إلى أن يتبخر بالكامل، ولكن عملية تبخر الثقوب السوداء الكونية تحتاج لأكثر من عمر الكون بكثير جدا، لذلك لا تراهن على نهاية الثقوب السوداء في أي وقت قريب.
الثقوب السوداء الفائقة الضخامة Supermassive Black Holes [5]Supermassive Black Holes
في وسط المجرة التي نعيش فيها يوجد ثقب أسود فائق الضخامة، وهذا النوع من الثقوب تصل كتلته من مئات إلى مليارات كتل شمسية، تخيل أن هناك مجرة تسمى أو جي 287 (OJ 287)، وهذه تحتوي على ثقب أسود في منتصفه، تصل كتلته إلى 18 مليار كتلة شمسية، هائل! وبعض هذه المجرات تحتوي على أكثر من ثقب في الوسط، فمثلا مجرة 0402+379 تحتوي على ثقبين يشكلان نظام ثنائي، ولكن لا تخف، لا يعني وجود هذه الثقوب في وسط المجرة أنها تبتلع كل ما فيها، أضف إلى ذلك أن هناك نظريات تقول أن المجرات تكونت بمساهمة هذه الثقوب السوداء.
فإحدى النظريات تقول أنه حينما تكون هذه المجرات في بداية تكوينها تكون مكونة من سحب غازية ضخمة، فإنها تنهار على نفسها وتتحول إلى ثقبا أسود، فتبدأ بالتهام كل ما حولها، حيث تلتهم قدر 1000 كتلة شمسية في السنة أو شمسين ونصف في اليوم الواحد تقريبا، وحينما تلتهم هذه الكمية من النجوم وبسبب وجود القرص التراكمي وبسبب هذه الطاقة التي تدور حولها تضيء هذه الثقوب السوداء بقدر تريليون شمس أي ألف مليار 1,000,000,000,000 شمس من شموسنا، وبسبب الاحتكاك العالي للجسيمات في القرص التراكمي تطلق هذه الثقوب السوداء من أقطابها (ما بعد أفق الحدث) أشعة تنبعث بقوة هائلة مدمرة تصل إلى مليون سنة لضوئية بعيدا عنها، فتبعد ما حولها الغازات وتدفعها لتكون نجوما، وحينما تنتهي الكويزارات من التهام الغاز المتبقي تتكون المجرة.
،
ويعتقد أنه حنيما تتصادم مجرتنا مع مجرة الآندروميدا القربية منا بعد 3 إلى 4 مليارات سنة فربما يندمج الثقبين في وسط المجرتين مع بعضهما البعض ويتكون كويزار يساهم في إعادة بناء مجرة جديدة.
المستجدات العلمية والتكنولوجية
+ نشرت مجلة النيتشر (Nature) بحثا علميا عن كيفية مسح المخاوف من الذاكرة بدون عقاقير طبية [6]Extinguishing Fear (المقالة في النيتشر). طرق التغلب على المخاوف عادة لا تمسح الذكريات المخيفة، ما تقوم به هو الإبقاء على ذاكرتين: واحدة مخيفة والأخرى غير مخيفة، وكلا الذاكرتين تستحضر عند استثارتها، ولكن هذه الدراسة تقول لو هذه الذاكرة تغيرت خلال فترة إعادة الإندماج القصيرة تمسح الذاكرة السابقة.
قامت عالمة السيكولوجي ليز فيلبس (Liz Phelps) وفريقها بتعريض 65 مشارك لإشارة كهربائية كلما شاهدوا لونا معينا على الشاشة وذلك لتخويفهم منه، والعادة للتغلب على هذا الخوف يقوم الباحثين بعرض الألوان من غير الإشارة الكهربائية، وهدف هذه العملية هو خلق تجربة آمنة للمشاركين بالنسبة للألوان، ولكن ما قام به فريق فيلبس هو الطلب من المشاركين بالتفكير لمدة 10 دقائق قبل مشاهدة الألوان مرة أخرى، في هذه الحالة استبدل المشاركين الذاكرة المخيفة بأخرى غير مخيفة، ولدرجة أنه حتى بعد أن قام الباحثين بتعريض نفس الفريق لهذه الألوان حتى بعد سنة كاملة مع الإشارة الكهربائية لم يصبح اللون مخيفا بنفس السهولة التي وجدوها في المرة الأولى، وبالمقارنة أولئك الذين لم يتفكروا لعشر دقائق قبل رؤية الألوان تأثروا بسرعة بعد سنة، ورجعت مخاوفهم السابقة مباشرة. ما يعتقد الباحثين أنه بعد أن يقوم الشخص باستدعاء ذاكرة معنية فإن هناك نافذة من 10 دقائق يمكنهم فيها دمج فكرة جديدة مع السابقة أو تغييرها، ولكن تزال فكرة التوقيت غير واضحة، وهذا ما تعمل عليه ليز فيلبس الآن.
+ دراسة جديدة نشرت أيضا في مجلة النيتشر تقول أن برامج الكمبيوتر التي تستخدم لتحسين أداء المخ لا يوجد عليها اي دليل يثبت أنها مفيدة [7]No gain from brain training ، بمشاركة 11,340 متطوع تتراوح أعمارهم بين 18 و 60 سنة للتجربة قام الباحثين بتقسيمهم إلى 3 فرق، الفريق الأول ركز على مهام تحتاج إلى منطق وتخطيط وحل المشاكل في نطاق الذكاء العام، والفريق الآخر استخدم البرامج التجارية التي تحسن الذاكرة المؤقتة والانتباه والقدرات البصرمكانية والرياضيات، والفريق الثالث أعطي مهمة الإجابة على أسئلة غامضة من خلال الإنترنت، ما اكتشفه الباحثين أن ولا واحدة من الفرق رفعت من كفاءتها في اختبارات لقياس القدرات الذهنية العامة مثل الذاكرة والمنطق والتعلم. ويقول أيدريان أوين (Adrian Owen) عالم الأعصاب من مجلس البحوث الطبية في بريطانيا والذي قاد الدراسة: “لا يوجد أي تأثير نقلي نهائيا.” ويقصد أنه لم تنتقل تلك الخبرة في التدريب إلى الاختبارات العامة، ويكمل بقوله: “أعتقد أن التوقعات بأن التمرن على نطاق واسع من المهام الذهنية ستجعلك أذكى ليست مدعمة،” يقصد من الناحية العلمية.
لم تسلم ولن تسلم هذه الدراسة من بطش العلماء، فقد بدأ البعض بالرد على صحة الدارسة، فيعتقد طبيب الأمراض العصبية بيتر سنايدر (Peter Snyder): “أعتقد أن هناك خلل في هذه الدراسة.” فبالإضافة إلى مجموعة من الانتقادات التي وجهها لهذا البحث بيّن أوين أن الوقت الذي تدرب فيه المشاركين كان 10 دقائق بعدد 24 جلسة، وهذا يعني أن الدراسة تمت على 4 ساعات من التمارين فقط، وهذا لا يكفي للتأثير بشكل مجدي. الصراع هذا لم ينتهي، بل هو في بدايته.
+ النوم الجيد ليلا أو حتى القيلولة تساعد في التذكر، عالماء النفس يعلمون أن النوم يرسخ ما نتعلمه خلال اليوم، حيث تتحول الترابطات الهشة إلى ثابتة، الدراسة التي قام بها جون رودوي (John Rudoy) وزملاءه بجامعة نورثوسترن في إلونويز (Northwetern University Illinois) قاموا بتجربة على 50 مشارك، أروهم 50 صورة في أماكن محددة على الشاشة وطلب منهم حفظ مكان ظهورها، ثم بعد ذلك طلب منهم إعادة صف هذه الصور في أماكنها التي رأوها فيها بتحريكها إلى أماكنها، بعد تحريكها يقوم الكمبيوتر بتبيان المكان الصحيح للصورة إن أخطأوا، وفي تلك الأثناء تربط الصورة مع صوت معين له علاقة في الصورة، مثلا صوت رش الماء حين سقوط جسم فيه مع صورة الصورة لماء مرشوش، بعد ذلك توجه المشاركين للنوم لمدة 90 دقيقة، في أثناء النوم أسمع الباحثين أصواتا لـ 25 صورة، اي نصف الصور، وبعد أن أفاق المشاركين طلب منهم تحريك الصور الـ 50 إلى أماكنها مرة أخرى، بينت الدراسة أن المشاركين استطاعوا إعادة الصور الـ 25 التي سمعوا صوتها أثناء النوم إلى أماكنها الصحيحة بشكل صحيح أكثر من الصورة التي لم يسمعوا صوتها.
وفي دراسة أخرى من جامعة هارفرد نشرت في مجلة كارنت بيولوجي (Current Biology)، تقول أن الأحلام تساعد على التعلم، حيث أن البحث يدل على أن الأحلام تساعد على معالجة ودمج وفهم معلومات جديدة، جرب الباحثين تجربة على 99 طالب من طلبة الجامعة، وباستخدام متاهة ثلاثية الأبعاد في الكمبيوتر طلب منهم أن يتحركوا خلال المتاهة باسرع وقت ممكن، وبعد ساعة من هذه المحاولات، بعض الطلبة نام والبعض الآخر بقي يقضا في حالة من الاسترخاء، وبعد خمس ساعات أجريت التجربة مرة أخرى، فاكتشف الباحثين أن الذين حلموا عن المهمة التي قاموا بها تحسنوا بقدر 10 اضعاف زملائهم الذين لم يحلموا والذين بقوا يقضين، ودلهم ذلك على أن المخ يعمل على الذاكرة بطرق مختلفة ومنها طرق لتحسين الأداء، ولا يعني أن الاحلام لابد لها أن تكون كما كانت المهمة بالضبط، فقد قال الحالمين أنهم كانوا يحلمون بأشياء ترتبط بشكل غير مباشر بالمهمة، فمثلا بعضهم رأى أناس في هذه المتاهة في نقاط تفتيش مثلا، أو بعضهم وجد نفسه تائها في كهف للخفافيش أو حتى أن بعضهم سمع نفس الموسيقى التي كانت تشغل أثناء محاولة حل المتاهة.
ناموا ولا تستيقضوا ما فاز إلا النوم
