شباهت رفتار مولکولهای گرانشی در اطراف سیاهچالهها به رفتار الکترونها در اتم

به گزارش وبلاگ ساعت، رفتار مولکول های گرانشی اطراف سیاهچاله ها می تواند مشابه رفتار الکترون های اطراف هسته اتم باشد. این یافته می تواند زمینه ساز پی بردن به ماهیت ماده تاریک گردد.

شباهت رفتار مولکولهای گرانشی در اطراف سیاهچالهها به رفتار الکترونها در اتم

به گزارش وبلاگ ساعت به نقل از زومیت، سیاهچاله ها به خاطر ویژگی های متعدد از جمله سادگی معروف هستند. این اجرام را می توان حفره هایی ساده و سیاه دانست. همین نگاه ساده به سیاهچاله ها زمینه ساز نظریه های موازی بین سیاهچاله ها و دیگر شاخه های فیزیک شده است. برای مثال، طبق یافته های پژوهشگرها، نوع خاصی از ذره می تواند دورتادور یک زوج سیاهچاله ای بچرخد؛ مشابه الکترون در اطراف یک زوج اتم هیدروژن. این ذره اولین نمونه از مولکول گرانشی است. این جرم عجیب می تواند راهگشای پی بردن به ماهیت ماده تاریک و ماهیت نهایی فضا-زمان باشد.

نگاهی دقیق تر به مفهوم میدان

برای درک پژوهش جدید که نسخه پیش انتشار آن ماه سپتامبر در پایگاه داده arXiv منتشر شد، باید به ماهیت مولکول گرانشی پی برد. درنتیجه در ابتدا باید به بنیادی ترین ابعاد فیزیک مدرن پرداخت: میدان. یک میدان ابزاری ریاضی برای نمایش سفر از نقطه ای به نقطه ای دیگر در دنیا است. برای مثال، اگر گزارش هواشناسی تلویزیون درباره دمای یک نقطه تعیین را ببینید، در حال مشاهده تعریفی از میدان هستید: وقتی در شهر یا استان خود سفر کنید، می دانید دقیقا در کجا با چه دمایی روبه رو خواهید شد.

بر اساس تعریف فوق، به میدان، میدان اسکالر هم گفته می گردد؛ اسکالر روش ریاضی ذهنی برای توصیف صرفا یک عدد مستقل است. انواع دیگر میدان در حوزه فیزیک، مثل میدان برداری یا میدان تنسوری هم وجود دارند که نماینده بیش از یک عدد برای هر موقعیت در فضا-زمان هستند. (برای مثال اگر به نقشه سرعت و جهت باد نگاه کنید در حال تماشای یک میدان برداری هستید)؛ اما متناسب با اهداف این مقاله صرفا به نوع اسکالر خواهیم پرداخت.

در اواسط قرن بیستم، مفهوم میدان مورد توجه فیزیک دان ها نهاده شد. آن ها متوجه شدند همه چیز در دنیا درواقع یک میدان است. برای مثال یک الکترون را در نظر بگیرید. بر اساس مکانیک کوانتوم می دانیم یافتن موقعیت دقیق یک الکترون در هر لحظه تعیین کار دشواری است. وقتی مکانیک کوانتوم برای اولین بار ظهور کرد، درک و حل این مسئله کار دشواری بود تا اینکه میدان به میان آمد.

در فیزیک مدرن، الکترون به صورت یک میدان تعریف می گردد. میدان تعریفی ریاضی است که موقعیت دقیق الکترون را توصیف می نماید. این میدان نسبت به دنیا اطراف واکنش نشان می دهد (واکنش می تواند به دلیل تأثیر الکتریکی هسته ی اتم مجاور باشد) و خود را با موقعیت جدید هماهنگ می نماید. نتیجه نهایی، الکترون هایی است که صرفا در مناطق تعیینی در اطراف هسته یک اتم ظاهر می شوند.

یاران سیاهچاله

حالا مسئله را به مقیاس سیاهچاله ها بسط می دهیم. در فیزیک اتمی می توان یک ذره بنیادی مثل الکترون را با سه عدد توصیف کرد: جرم، اسپین و بار الکتریکی. در فیزیک گرانشی می توان یک سیاهچاله را هم با سه عدد توصیف کرد: جرم، اسپین و بار الکترونی. آیا این تعاریف اتفاقی است؟ پاسخ تعیین نیست؛ اما فعلا می توان از این تشابه برای درک بهتر سیاهچاله ها استفاده کرد.

در زبان فیزیک ذرات، می توان یک اتم را به صورت هسته ای کوچک تعریف کرد که با یک میدان الکترونی احاطه شده است. این میدان الکترونی به هسته واکنش نشان می دهد و باعث می گردد الکترون ها در مناطق خاصی ظاهر شوند. همین مسئله برای الکترون های اطراف دو هسته در یک مولکول دواتمی مثل هیدروژن (H2) صدق می نماید.

می توان محیط سیاهچاله را هم بر اساس تعریف فوق توصیف کرد. فرض کنید تکینگی کوچک در قلب سیاهچاله همان هسته اتم و محیط اطراف آن (میدان اسکالر) مشابه تعریف ذرات زیراتمی باشد. این میدان اسکالر به وجود سیاهچاله واکنش نشان می دهد و باعث می گردد ذرات متناظر تنها در مناطقی خاص ظاهر شوند. درست مانند مولکول های دواتمی می توان میدان های اسکالر اطراف دو سیاهچاله مثل یک منظومه سیاهچاله ای دودویی را توصیف کرد.

بر اساس یافته های مؤلفان مقاله، میدان های اسکالر می توانند در اطراف سیاهچاله های دودویی هم وجود داشته باشند. همچنین می توانند الگوهای خاصی شکل دهند که مشابه ترکیب میدان های الکترونی اطراف اتم ها هستند. درنتیجه، رفتار میدان های اسکالر در این سناریو مشابه رفتار الکترون در مولکول های دواتمی است.

اما دلیل جذابیت میدان های اسکالر چیست؟ هنوز انسان ماهیت ماده تاریک یا انرژی تاریک را درک نکرده است و از طرفی، درست مانند الکترون ها که از میدان الکترونی تشکیل شده اند، ماده یا انرژی تاریک هم می تواند ترکیبی از یک یا چند میدان اسکالر باشد.

اگر ماده تاریک، ترکیبی از نوعی میدان اسکالر باشد، درنتیجه ماده تاریک در حالتی بسیار عجیب در اطراف سیاهچاله های دودویی وجود دارد: ذرات تاریک اسرارامیزی که مانند الکترون های اطراف اتم، ممکن است در مدارهایی تعیین وجود داشته باشند.

اما سیاهچاله های دودویی، برای همواره دوام نمی آورند؛ بلکه تشعشعات گرانشی منتشر می نمایند و در نهایت با یکدیگر برخورد می نمایند و به یک سیاهچاله تبدیل می شوند. این میدان های اسکالر ماده تاریک بر تمام امواج گرانشی منتشر شده از برخوردها تأثیر می گذارند و تمام امواج عبوری از مناطق پرتراکم ماده تاریک را منحرف می نمایند و تغییر شکل می دهند. درنتیجه می توان این نوع ماده تاریک را با استفاده حساسیت کافی در آشکارسازهای موج گرانشی کشف کرد. به طور خلاصه، دانشمندان به زودی می توانند ماهیت مولکول های گرانشی را تأیید نمایند و پنجره ای جدید به سمت ماهیت اسرارآمیز ماده تاریک باز نمایند.

منبع: جام جم آنلاین

به "شباهت رفتار مولکولهای گرانشی در اطراف سیاهچالهها به رفتار الکترونها در اتم" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "شباهت رفتار مولکولهای گرانشی در اطراف سیاهچالهها به رفتار الکترونها در اتم"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید