الثقوب السوداء وشاندراشكهار اصاب التلميذ و اخطأ الاستاذ

سابرامينين شاندراشكهار كان طالبا هنديا في التاسعة عشرة من عمره عندما حصل على منحة دراسية للدراسة بجامة كامبريدج في انجلترا. وكان استاذه اللذي سوف يتتلمذ على يديه هو السير ارثر ادنجتون ذلك العالم الفيزيائى المرموق و الفلكى الشهير اللذي اثبت صحة نظرية اينشتاين اثناء رحلته الاستكشافية الشهيرة لدراسة كسوف الشمس في غرب افريقيا. وفي هذه البعثة الاستكشافية استطاع ادنجتون ان يسجل ان الضوء ينحنى عندما يمر في مجال جاذبية قوي. وكان ادنجتون شديد الثقة في نفسه وفي علمه. وتروي رواية ان احد الصحفيين قد سأله ذات مرة ان النظرية النسبية العامة لايفهما في العالم كله الا ثلاثة اشخاص. فما رأيه في ذلك وهل هذا صحيح؟ فاطرق ادنجتون في التفكير لفترة ثم اجاب انى كنت افكر من هو ياتري ذلك الشخص الثالث!!
وكان شاندراشكهار سعيدا وفخورا بمغامرته الدراسية اللتى سوف يبدأها في انجلترا. وفي الطريق وفي عرض البحر في الرحلة اللتى استغرقت 18 يوما من مدينة مدراس الهندية الى ساوثهامبتون الانجليزية توصل ابن التاسعة عشرة الى استنتاجات ثورية كان لها ابلغ الاثر في تطور علم الفلك الفيزيائي. فلقد كان من اوائل من تدبر في امر النجوم النيترونية اللتى هي مرحلة سابقة للثقوب السوداء.
وقبل ان اتطرق الى امر الثقوب السوداء اود ان اشير الى ان الثقوب السوداء هي مفصلة محورية بين النظريتين الرئيستين في الفيزياء الحديثة اليوم: النظرية النسبية ونظرية الكم. فكل نظرية على حدة لاتستطيع ان تفسر امر الثقوب السوداء تفسيرا مرضيا ولكنها تستطيع فقط ان تغطي جانبا مختلفا من أمر الثقوب السوداء.
وفي الحقيقة فان فكرة الثقوب السوداء فكرة قديمة وترجع لاكثر من قرنين من الزمان. وكان في تلك الفترة الاضطراب سائدا حول طبيعة الضوء اهي موجية ام مادية. وكانت الفكرة كالتالى اذا كانت للضوء طبيعة موجية فانه لن يتأثر بقوة الجاذبية.اما اذا كانت للضوء طبيعة مادية فانه سوف يتأثر بقوة الجاذبية كما تتأثر قذائف المدفع بجاذبية الارض. ولن يستطيع الضوء ان يهرب من قوة الجاذبية الا في حالة واحدة فقط وهي ان تكون للضوء سرعة انتشار لانهائية. وكانت تجربة رومر قد اثبتت ان للضوء سرعة انتشار محدودة وليست لا نهائية.
واول من كتب في هذا الموضوع كان جون ميتشل في عام 1783. وقد كتب انه اذا كان النجم ذا كتلة كبيرة فان الضوء نفسه لن يستطيع ان يفلت من جاذبية النجم الهائلة وسيبدو هذا النجم اسود لانه لا ينبعث منه اي ضوء. ولكننا مع ذلك يمكننا ان نستدل على هذا النجم عن طريق تأثير جاذبيته اللتى تبقى موجودة. وكتب ميتشل بان الكون ملئ بهذه النجوم السوداء المختفية ولكننا لا نستطيع ان نستدل عليها بواسطة التليسكوبات. كما ان العالم الفرنسي الشهير لابلاس قد ذكر في كتابه عرض لنظم العالم في طبعتيه الاولى و الثانية تلك النجوم السوداء ولكنه حذفها من الطبعة الثالثة لانه يبدو قد تراجع عن رأيه فيما بعد. وكانت تلك هي الفترة اللتى تم الانتصار فيها لفكرة ان الضوء ذو طبيعة موجية.
نعود مرة اخرى الى شاندراشكهار على سطح السفينة. فهو اخذ يفكر في امر النجوم وماذا يحدث لها عندما تموت. والمعلوم ان النجوم عبارة عن كتلة هائلة من غاز الهيدروجين اللذي يتحول تحت ضغط الجاذبية الى غاز الهيليوم فيما يشبه مفاعل نووي هائل او قنبلة هيدروجينية بطيئة. ويتولد نتيجة لهذه العملية طاقة هائلة ولكن هذه العملية لا تستمر الى مالانهاية فبعد فترة ينضب مخزون النجم من الهيدروجين ويعنى هذا موت النجم وفي هذه الحالة يكون النجم واقعا تحت تأثير قوة جاذبيته فقط. و النجم الصحيح الفتى يعيش كل عمره تحت تأثير قوتين: قوة الجاذبية اللتى تجمع اجزاؤه وتجذبها بأتجاه المركز وتحاول باستمرار هذه القوة تقليص حجم النجم وتقليل قطره. والقوة الثانية تصنع العكس تماما فهي قوة طاردة للخارج وتنشأ بسبب التفاعلات النووية والتمدد الحادث نتيجة للحرارة الهائلة اللتى تصدر عن هذا التفاعل النووي الرهيب في قلب النجم. وفي النهاية يحافظ النجم على حجمه وشكله تحت تأثير هاتين القوتين مالم تطغي احدى هذه القوتين على الاخرى. لكن ماذا يحدث عندما ينضب الوقود النووي؟ في هذه الحالة يكون النجم واقعا تحت رحمة قوة الجاذبية فقط وسينكمش النجم الى حد صغير جدا. ويتوقع العلماء ان تكون نهاية شمسنا بعد 5 مليارات سنة حيث تكون قد استنفذت كل وقودها النووي. وستنكمش الشمس حتى تصبح في حجم الارض تقريبا ولكن ستكون كثافة المادة فيها عالية جدا وتبلغ مئات الاطنان للسنتيمتر المكعب. وستتحول الشمس الى قزم ابيض.
وعلى ظهر السفينة فكر شاندراشكهار في ماذا اللذي يعيق النجم عن الانكماش اكثر وان يتعدي مرحلة القزم الابيض في الانكماش. ووجد ان السبب يرجع الى الالكترونات الموجودة في مدارات الذرات. فاننا كما نعلم ان الالكترونات تتنافر ولا نستطيع ان نقرب الكترونين من بعضهما من دون بذل قوة عالية. وهذه الظاهرة يفسرها قانون باولى. وهو قانون في نظرية الكم ويوضح انه لايمكن ان يوجد الكترونان لهما نفس الحالة تماما في نفس المكان. ومعنى هذا انه اذا تواجد الكترونان في نفس المكان فلابد وان تختلف سرعاتهما عن بعض. ولكن شاندراشكهار قد نبه ان هذا الاختلاف لايمكن ان يزيد عن مقدارسرعة الضوء وهذا طبقا لما تقوله النظرية النسبية.
وتوصل شاندراشكهار بانه اذا كانت للنجم كتلة تساوي 1.4 من كتلة الشمس فان قوة الجاذبية سوف تتغلب على مقاومة الالكترونات طبقا لقانون باولى وسيواصل النجم انهياره. وستتساقط الالكترونات من مداراتها الى داخل النواة حيث تلتحم مع البروتونات الموجودة هناك ويتحول الاثنان الى نيترونات. ونحصل في هذه الحالة على نجم نيتروني. ويبلغ قطر النجم النيتروني 30 كيلومتر وتبلغ كثافته مئات ملايين الاطنان للسنتيمتر المكعب.
وعندما عرض شاندراشكهار افكاره رفضها ادنجتون رفضا قاطعا وقال ان هذا امر سخيف ولايمكن تصوره. ولا يمكن ان ينكمش نجم لهذا الحد. وتسأل ادنجتون معترضا وماذا سوف يحدث اذا زادت الكتلة بحيث ان النترونات نفسها وطبقا لقانون باولي مرة اخرى لا تستطيع ان تتحمل قوة الجاذبية فهل ستستمر النجوم فى الانهيار؟وكتب البرت اينشتاين مقالا يعارض فيه فكرة الثقوب السوداء ويقول انه ادعاء سخيف ان يصير حجم النجم صفر. وتحت تاثير هذه المعارضة القوية توقف شاندراشكهار عن الخوض في هذا الموضوع. الا ان محاربة ادنجتون له لم تتوقف بل واستمرت حتى على المستوي الشخصى مما اظطر شاندراشكهار الى الرحيل الى جامعة شيكاغو حيث عاش هناك حتى مات.
الثقب الاسود هو ثقب في الزمكان

ولكن العلماء قد وجدوا بعد ذلك ان ماقاله شاندراشكهار هو المعقول والمنطقى بل وقال اوبنهايمر ابو القنبلة الذرية اكثر من ذلك وقال انه بالفعل اذا زادت كتلة النجم عن ذلك فانه يتحول الى ثقب اسود حتى ان الضوء لن يستطيع ان يفلت منه. وفي ضوء النظرية النسبية العامة اللتى تكون الجاذبية فيها ليست الا انحناء وتشوه للزمكان يمكننا تشبيه ذلك بمفرش مفرود ومشدود وموضوع فيه كتلة هي اللتى تسبب انحناء المفرش اللذي يمثل الزمكان. وفي حالة الثقب الاسود فان هذه الكتلة تسبب خرقا او ثقبا في المفرش. وفي هذا الثقب يتوقف الزمن تماما. ومن هنا نري ايحاء اخر لمعنى كلمة الثقب الاسود تللك الكلمة اللتى اطلقها جون هويلر لاول مرة في عام 1967.
و استطاع العلماء اثبات وجود النجوم النيترونية فلكيا عندما تقدمت الوسائل التكنولوجية وحاز شاندراشكهار في عام 1983 على جائزة نوبل في الفيزياء.


المصدر:

http://eltawil.org/sciencewonders/?p=1407