عکس؛ ساخت اولین «بمب سیاه‌چاله‌ای» روی زمین، نظریه قدیمی فیزیکدانان را تأیید کرد
پژوهشگران برای نخستین بار نمونه‌ای آزمایشگاهی از «بمب سیاه‌چاله‌ای» ساخته‌اند؛ مفهومی نظری که در دهه ۱۹۷۰ توسط فیزیکدانان ارائه شد.
اگر یک چیز باشد که سیاه‌چاله‌ها به آن معروف باشند، گرانش سیری‌ناپذیر و گریزناپذیر آن‌ها است. ماده‌ای که وارد سیاه‌چاله می‌شود، دیگر راه بازگشتی ندارد. تا جایی که می‌دانیم، این موضوع تا پشت «افق رویداد» صادق است؛ اما احتمالاً می‌توان از فضای پیرامون یک سیاه‌چاله چیزی استخراج کرد. همان‌گونه که «راجر پنروز» در سال ۱۹۷۱ پیشنهاد داد، انرژی چرخشی بسیار نیرومند سیاه‌چاله‌ای در حال چرخش می‌تواند برای تقویت انرژی ذرات مجاور به کار رود.
سپس، «یاکوف زلدوویچ»، فیزیکدان بلاروسی نشان داد که برای مشاهده پدیده‌ی «انتقال و تقویت انرژی ذرات مجاور توسط جرمی چرخان» به سیاه‌چاله واقعی نیازی نیست. او نتیجه گرفت که یک جسم متقارن محوری (مانند استوانه) که درون محفظه تشدید (رزونانس) در حال چرخش باشد، می‌تواند همین نوع انتقال و تقویت انرژی را هرچند در مقیاسی بسیار کوچک‌تر، پدید آورد.
در ادامه، پژوهش‌های دیگر توسط فیزیکدانان «ویلیام پرس» و «سائول توکولسکی» نشان دادند که اگر این سامانه به‌طور کامل درون یک آینه محصور شود، یک چرخه بازخورد مثبت ایجاد می‌شود که انرژی را تا جایی تقویت می‌کند که از سامانه به شکل انفجاری خارج شود.
مسیر ذرات در فرآیندی که توسط پنروز شرح داده شده است.
مفهوم یادشده با نام «بمب سیاه‌چاله‌ای» شناخته می‌شود و اکنون گروهی از فیزیکدانان به رهبری «ماریون کرامب» از دانشگاه «ساوت‌همپتون» بریتانیا مدعی‌اند که آن را در عمل پیاده‌سازی کرده‌اند.
برای اطمینان خاطر باید گفت که آزمایش دانشمندان هیچ خطری ندارد. این سیستم شامل استوانه‌ی آلومینیومی چرخانی است که درون لایه‌هایی از سیم‌پیچ‌ها قرار دارد. این سیم‌پیچ‌ها میدان‌های مغناطیسی تولید می‌کنند که به‌صورت چرخشی و با سرعتی کنترل‌پذیر، دور استوانه می‌چرخند.
ذراتی که در جهت کشش گرانشی فضا-زمان درحال حرکت هستند، از نگاه ناظر بیرونی سریع‌تر به‌نظر می‌رسند
برای درک بهتر موضوع، ابتدا باید کمی درباره‌ی «ارگوسفر» یا «کارکره» سیاه‌چاله صحبت کنیم؛ یعنی همان ناحیه‌ای که خارج از افق رویداد قرار دارد. می‌دانیم که گرانش، فضازمان را خم می‌کند؛ اما میدان گرانشی سیاه‌چاله آن‌قدر قوی است که نه‌تنها موجب خمیدگی فضا-زمان می‌شود، بلکه آن را همراه با چرخش خودش می‌کشد. این پدیده را «کشش چارچوب» یا frame-dragging می‌نامند.
زمانی که ذرات از دل فضازمانی که تحت تأثیر گرانش شدید است عبور می‌کنند، با همان سرعت خودشان حرکت می‌کنند؛ اما اگر این فضازمان در حال حرکت باشد و ذرات در همان جهت حرکت فضازمان حرکت کنند، از نگاه ناظری بیرونی حرکتشان سریع‌تر به نظر می‌رسد. وقتی ذره از این فضازمان متحرک بیرون می‌آید، تکانه بیشتری دارد.
ما نمی‌توانیم اثر گرانشی توصیف‌شده را به‌طور تجربی بازآفرینی کنیم، بلکه آنچه در آزمایش گروه پژوهشی انجام شده، شبیه‌سازی این پدیده است؛ به این صورت که میدان‌های مغناطیسی به‌جای ذرات استفاده می‌شوند و سیم‌پیچ‌هایی که اطراف سیستم قرار دارند، نقش بازتاب‌دهنده را ایفا می‌کنند تا حلقه بازخورد ایجاد شود.
وقتی محققان آزمایش را اجرا کردند، دریافتند که اگر استوانه با سرعتی بیشتر از میدان مغناطیسی و در همان جهت آن بچرخد، میدان مغناطیسی در مقایسه با حالتی که اصلاً استوانه‌ای وجود ندارد تقویت می‌شود. اما اگر استوانه آهسته‌تر از میدان مغناطیسی بچرخد، میدان مغناطیسی تضعیف می‌شود. این نتیجه واقعاً جالب است؛ زیرا یک اثر تقویتی بسیار واضح را نشان می‌دهد که بر اساس نظریه‌هایی که دهه‌ها پیش توصیف شده‌اند، استوار است.
نمودار تکثیر انرژی در سه شرایط بدون استوانه، استوانه با سرعت کمتر و بیشتر از میدان مغناطیسی که به اثر زلدوویچ معروف است.
پژوهشگران در مقاله‌شان می‌نویسند: «این سیستم شرایطی تجربی را که زلدوویچ برای مشاهده تولید خودبه‌خودی انرژی پیش‌بینی کرده بود و همچنین شرایطی را که پرس و همکارانش برای بمب‌های سیاه‌چاله‌ای مطرح کرده بودند، برآورده می‌کند. آزمایش‌هایی که در اینجا ارائه شده‌اند، تحقق مستقیم تقویت‌کننده‌ی جاذب چرخان هستند که نخستین‌بار در سال ۱۹۷۱ توسط زلدوویچ پیشنهاد شد و بعدها توسط پرس و توکالسکی به مفهوم بمب سیاه‌چاله‌ای توسعه یافت.»
اگرچه گروه پژوهشی یک سیاه‌چاله واقعی ایجاد نکرده‌اند، شبیه‌سازی آن‌ها نشان می‌دهد که پدیده‌های ابرتابش چرخشی و تقویت نمایی انرژی، مفاهیمی فراگیر و جهانی هستند و صرفاً به سیاه‌چاله‌ها محدود نمی‌شوند.
از آنجایی که ما نمی‌توانیم به‌طور مستقیم سیاه‌چاله‌ها را بررسی کنیم، استفاده از شبیه‌سازی‌هایی مانند نمونه‌ی مورد بحث، راهی بسیار خوب برای درک ویژگی‌های آن‌ها است. شناسایی هرگونه کاربرد عملی بالقوه، نیازمند توسعه و آزمایش‌های بسیار بیشتری خواهد بود.
بااین‌حال، آزمایش اخیر می‌تواند گامی مهم به سوی درک بهتر فیزیک شدیدترین اجسام گرانشی در جهان باشد. این مدل به فیزیکدانان کمک خواهد کرد تا چرخش سیاه‌چاله‌ها و همچنین مفاهیمی در تقاطع اخترفیزیک، ترمودینامیک و نظریه کوانتومی را بهتر درک کنند.
نسخه پیش‌انتشار مقاله محققان در پایگاه arXiv در دسترس است.
منبع: خبرآنلاین
