قنبلة الثقب الأسود
عمرك سألت نفسك قبل كده المستقبل ممكن يكون شكله عامل إزاي؟
فكرة شكل المستقبل إيه دي داعبت خيال كتير جدًا من كتّاب الخيال العلمي القديم والحاضر، لو شفت فيلم Interstellar مثلًا هتلاقي حاجة شبيهة باللي إحنا على وشك إننا نتكلم عنه، وهو فكرة العالم بدون وقود، بدون طاقة.
في المستقبل البعيد جدًا، الكائنات الحية كلها بتواجهها مشكلة عويصة، هي انتهاء الطاقة، يعني فكرة إن الطاقة اللي إحنا بنعتمد عليها في حياتنا دي كلها تنتهي، طب إزاي؟
خلينا نفترض لمجرد الفرض إننا عايشين في مستقبل بعيد فعلًا، بعيد لملايين السنين بدون مبالغة، وخلينا بردو نفترض إن بعد انتهاء النظام الشمسي بتاعنا نفسه، وموت الشمس ذاتها، ما زال الجنس البشري موجود، وعايش، ربما مثلًا على كوكب آخر، أو منطقة أخرى من الكون.
تسارع توسع الكون ونهاية النظام الشمسي
في نظرية فيزيائية معينة بتوضح إن الكون في الواقع بيتسارع، بمعنى إن كل الأجسام والكواكب والأقمار والنجوم اللي فيه بتتسارع، وبتبعد عن بعضها بسرعة الضوء، وأسرع كمان، يعني لو تخيلنا إننا عملنا قفزة زمنية Time Jump لقدام ملايين السنين، هنلاقي إننا في الواقع لو رفعنا عيوننا عشان نبص على السماء،
فإننا في الواقع مش هنقدر نشوف نجوم، مش هنشوف أي حاجة، ليه؟ لإن هيكون كل الأجسام القريبة مننا خرجت تمامًا من مجال الرؤية بتاعنا، وعدت حد معين بنقول عليه (الكون المرئي Observable Universe)، بمعنى إن الضوء اللي بيصدر من الأجسام دي، سرعته مش كافية لإنه يوصل لينا على البعد السحيق ده في الفضاء، وبالتالي إحنا لوحدنا.. لوحدنا تمامًا..
هنفضل لوحدنا شوية، لحد ما الشمس بتاعتنا، ومصدر كل الطاقة الموجودة على كوكبنا بلا استثناء هتبدأ تمر بمرحلة الخباء أو الـ Entropy، بمعنى إنها بتموت، وتقعد فترة صغيرة لحد ما تتحول لعملاق أحمر، وبعدين تنفجر، وبكده دي تكون نهاية نظامنا الشمسي بأكمله.
طيب، لو إحنا بقى كبشر، بعد ما عشنا ملايين السنين دي، وانتهى كل شيء، ومبقاش عندنا طاقة، هنعمل إيه؟ إيه اللي ممكن أي كائن حي يعمله عشان يستمر في الحياة في قلب كون لا يحوي مصادر طاقة؟
هو ده اللي إحنا على وشك نتكلم عنه، فحضر كوباية شايك الحلوة والنعناع معاها، وهاتهم في إيدك عشان القعدة تحلو.
الثقوب السوداء وعلاقتها بتكوين الطاقة
الثقوب السوداء اتكلمنا عنها كتير قبل كده، وأنا اتكلمت عنها كتير جدًا في كتابي (الله لا يرمي النرد)، عشان كده مش هشرحها تاني بالتفصيل، يكفي بس إنك تعرف إن الثقوب السوداء دي هي الشيء اللي بيتكون لما النجوم تنهار على نفسها،
وتشكل انحناء لا نهائي في الفضاء والزمكان، بتبقى جاذبيته لا نهائية، لدرجة إن الضوء نفسه مبيهربش منها، وعشان كده بنسميها الثقوب السوداء.
طيب.. إيه علاقة الثقوب السوداء بقى بتكوين الطاقة؟ هي مش المفروض مفيش حاجة بتهرب منها، ومستحيل تولد أي نوع من أنواع الطاقة؟ ده صحيح إلى حدٍ ما، لكن الموضوع أعقد من كده،
بغض النظر عن إن الثقوب السوداء العادية الساكنة بينبعث منها إشعاع ضئيل إلى حد لا يقاس، هو إشعاع هوكينج Hawking Radiation، اللي اكتشفه عالم الفيزياء العبقري ستيفن هوكينج، لكن مش هو ده اللي نقصده هنا.
الحقيقة إن في نوع تاني من أنواع الثقوب السوداء، هو النوع اللي إحنا هنتكلم عنه هنا، النوع ده هو الثقوب السوداء الدوارة Spinning Black Holes . إيه الثقوب السوداء الدوارة دي بقى؟
الثقوب السوداء الدوارة
زي ما كلكم عارفين، وزي ما قلنا قبل كده، الثقوب السوداء بتتكون لما النجوم بتنهار على نفسها، لحد ما كتلتها كلها بتتركز في نقطة واحدة لا نهائية الكثافة، وبسبب الكثافة اللا نهائية دي، الجاذبية بتبقى لا نهائية بدورها، فبالتالي النجم ده بيتحول لثقب أسود، طيب حلو..
ماذا بقى لو كان النجم ده دوار؟ بمعنى ماذا لو كان النجم ده بيدور حوالين نفسه بسرعة غير مسبوقة، زي مثلًا النجوم النابضة Pulsars الموجودة في كل حتة من الكون؟
اللي هيحصل في الحالة دي، هو إن نقطة التفرد اللي في مركزه، اللي هي بتتركز فيها كتلته بالكامل، مش هتكون مجرد نقطة تفرد Singularity، لا هي في الواقع هتتحول لحاجة اسمها (حلقة تفرد، أو دائرة تفرد Ringularity)، يعني بدل ما هيكون النقطة اللي في مركز الثقب الأسود اللي بينحني حواليها الفضاء نفسه هي مجرد نقطة،
لا هي في الواقع هتتحول لدايرة، النقطة دي هتكون بتدور في حلقة مفرغة حوالين نفسها بسرعة تساوي مليارات المرات في الثانية الواحدة، سرعة لا تستوعب ولا يمكن وصفها أو قياسها، وبسبب السرعة الرهيبة دي، فإن الفضاء نفسه حوالين الثقب الأسود هيبقى شكله غريب للغاية، الفضاء هيتحول لحاجة اسمها الـ Ergo-sphere.
الفرق بين الثقوب السوداء الطبيعية والثقوب السوداء الدوارة
الثقوب السوداء الطبيعية في الواقع بيبقى في حواليها محيط كروي مفيش أي جسم يقدر يدخله ويهرب منه بأي شكل ممكن نظريًا أو رياضيًا،
والمحيط ده اسمه أفق الحدث Event Horizon. الـ Ergo-Sphere اللي حوالين الثقب الأسود الدوار بقى على العكس من أفق الحدث ده تمامًا، ممكن لو جسم دخلها يهرب منها عادي، يعني إنت كمسافر لو دخلتها، تقدر بقدر من الطاقة، إنك تهرب منها تاني، وده لسبب بسيط خليني أشرحهولك..
بسبب الطبيعة الدوارة لمركز الثقب الأسود اللي إحنا قلنا عليها، الفضاء نفسه حواليها بيبتدي يتغير ويتشكل، ويدور معاها بالظبط زي الدوامات اللي في المية،
جربت تحط صباعك في المية قبل كده، وتحركه بحركة دائرية بسرعة جدًا؟ هتلاقي دوامة بتتكون، وبتجذب كل الأجسام اللي في المية دي للمركز، بس مش بسرعة زي ما تكون مثلًا هتقع ف بلاعة.
الموضوع ممكن نتخيله بالظبط زي الحوض لو مليته مية، وقعدت تقلب فيه بمعلقة، المية دي هتفضل تدور حوالين البلاعة بتاعت الحوض بسرعة، وهي بتقع في الثقب شوية بشوية، لكن لو المية ساكنة؟
بالظبط أول ما تفتح الحنفية المية هتقع على طول مباشرة جوة الثقب، هو ده بالظبط نفس ميكانيكية عمل الـ Ergo-Sphere المحيطة بالثقب الأسود الدوار.
اقرأ أيضاً:
المصعد الفضائي ومستقبل السفر للفضاء
ما هي الحواسيب الكمية؟ وكيف يمكن أن تغير شكل العالم؟!
السفر عبر الثقب الأسود الدوار
لو إنت راكب سفينة فضاء، وجيت دخلتها، فممكن نظريًا وعمليًا إنك تخرج منها، إزاي؟ بإنك تضحي بجزء من طاقتك إنت للثقب الأسود!
ركز معايا هنا عشان الجزء ده صعب شوية..
عشان تقدر تكتسب طاقة من الثقب الأسود، فإنت طبقًا لقوانين الفيزياء والطاقة والميكانيكا، لازم تبذل إنت نفسك جزء من طاقتك في سبيل إنك تكتسب طاقة منه، إزاي؟ بإنك مثلًا ترمي حاجة من جوه السفينة الفضائية للثقب الأسود.
يعني مثلًا تخيل إنك عمال تدور في السفينة حوالين الثقب الأسود، لو جيت إنت مثلًا رميت نص الوزن بتاع السفينة الفضائية بتاعتك في مركز الثقب الأسود، فإنه طبقًا لقوانين الحركة والميكانيكا، الثقب الأسود هيديلك جزء من الطاقة بتاعته،
وسرعته هو نفسه تقل شوية بما يتناسب مع مقدار الطاقة دي، وهيزقك بالجزء ده من طاقته لبعيد، بالظبط كإنك بتتخلى عن جزء من الكتلة بتاعتك في صورة طاقة،
عشان تبقى أخف وتطير بعيد عن الثقب الأسود أسرع، وفي الواقع الطاقة اللي إنت هتقدر تحصل عليها من الثقب الأسود هي أكبر بكتير من اللي إنت هتبذله للثقب الأسود.
طيب كل ده إيه لازمته؟ لازمته مهمة جدًا، وده عشان إنت كده يا عزيزي اكتشفت وسيلة للسفر عبر الفضاء بما يقارب سرعة الضوء تقريبًا!
كيفية استخراج طاقة لا نهائية من الثقب الأسود الدوار
تخيل مثلًا لو في حضارة متقدمة قدرت إنها تستعمل النيازك والكويكبات بشكل حقيقي، وتشدهم بسفنها الفضائية، عشان ترميهم جوه الثقب الأسود الدوار، بحيث إنها تحصل منهم على مقدار طاقة عظيم، يقدر إنه يزقها للسفر لما يقترب من سرعة الضوء!
وكمان في طريقة أفضل بكتير، تقدر إنها توفرلنا مصدر طاقة لا نهائي لو تم استغلالها بالشكل الصحيح، وكمان نقدر من خلال نفس الطريقة دي إننا نبني أكبر قنبلة يمكن بناءها في الكون بأكمله، بواسطة أي حضارة، إيه هي بقى الطريقة دي؟
جهاز المراية الميكانيكية العملاقة
علماء الفيزياء النظرية بيقترحوا جهاز نظري، غير ممكن التحقيق باستعمال التكنولوجيا الحالية بتاعتنا، الجهاز ده باختصار بسيط أوي أوي، هو عبارة عن مراية عملاقة كروية، هيتم بناءها بحيث إنها تبقى محيطة بالثقب الأسود،
تخيل كده معايا إننا قدرنا بتكنولوجيا متقدمة للغاية متوفرة لينا كبشر في المستقبل البعيد ده، إننا نبني مراية ميكانيكة عملاقة بحجم كويكب صغير، ونركب المراية على بعضها بحيث إنها تبقى محيطة بأي ثقب أسود صغير دوار،
سامعك بتقول إزاي وبتستغرب، بس الشيء اللي لازم تعرفه هو إن الثقوب السوداء أصغر بكتير جدًا جدًا في حجمها الفعلي من النجوم، يعني مثلًا كتلة كويكب صغير جدًا نقدر إننا نستعملها في بناء مراية سُمكها 10 سنتيمتر كاملين،
نقدر بيها نغلف ثقب أسود دوار بنفس كتلة الشمس بتاعتنا، إنت متخيل؟! المهم، بعد ما نبني المراية ونغلف بيها محيط الثقب الأسود الدوار بقى، إيه اللي هيحصل؟
آلية عمل المراية الكروية العملاقة
ركز معايا عشان اللي بيتشرح ده هو فكرة بناء أكبر مفاعل طاقة في الكون، حاجة أقوى من المفاعلات النووية بمليارات المرات حرفيًا بلا مبالغة.
اللي إحنا هنعمله بقى، إننا هنيجي بالبلدي كده وببساطة، هنفتح شباك صغير في المراية العملاقة دي، ونطلق منه موجات كهرومغناطيسية Electromagnetic Waves، بداخل الـ Ergo-Sphere المحيطة بالثقب الأسود، عشان تقدر تتخيل اللي هيحصل بعد كده،
ممكن تتخيل مثلًا إننا واقفين ومعانا كرة قدم صغيرة، قدام حيطة، لو شوطت كرة القدم دي في الحيطة فإنها هترتد، لكن في حالة الموجات الكهرومغناطيسية، فإن الكورة دي هترتد بسرعة الضوء، وبطاقة لا تستوعب.
كل اللي هنعمله إننا هنطلق كمية ضخمة من الموجات الكهرومغناطيسية، وبعدين نقفل الشباك اللي في المراية دي تاني عشان نحبسها جوة، اللي هيحصل جوة هو إن الموجات الكهرومغناطيسية دي هتفضل تخبط في الحيطان بتاعت المراية المحيطة بالثقب الأسود، وتنعكس عنها، وقوتها وشدتها تتضاعف بمرور الوقت.
توليد طاقة لانهائية من الموجات الكهرومغناطيسية
طبعًا بعض الموجات دي هتسقط في مركز الثقب الأسود وتختفي للأبد، لكن القدر الأكبر منها هيفضل يرتد عن المراية، وينعكس على الجوانب المقابلة، وبعدين يرتد تاني وتتضاعف شدته، وهكذا، هيفضل يجمَّع ويبني الطاقة جواه،
ومع مرور الوقت، هيحصل Build Up عظيم للطاقة دي، لحد ما هنيجي إحنا بعد فترة معينة مدروسة بشكل معين، هنعمل حاجة بسيطة، هنفتح شباك تاني، بس..
الموجات الكهرومغناطيسية المرتدة من جوة، هتكون شدتها أقوى بمليارات المرات من الموجات اللي إحنا أرسلناها للداخل، وبعد كده هنقدر إحنا بقى من خلال استقبال الموجات الكهرومغناطيسية دي بطرق معينة، إننا نحولها لوقود حقيقي، وقود نقدر نستعمله في إننا نشغل كوكب كامل، لمليارات السنين!
يعني هنقدر من خلال وسيلة مبتستعملش أي طاقة، إننا نولد طاقة لا نهائية نشغل بيها كوكب كامل، وكواكب تانية جنبه، لمليارات السنين، هنقدر نولد طاقة حرارية وحركية وديناميكة، تعوض نقص الشمس والغذاء والوقود، جنسنا هيقدر يعيش للأبد حرفيًا!
مدن كاملة في الفضاء
تخيلوا لو بنينا مدن كاملة على شكل حلقات محيطة بالمراية المبنية حوالين الثقب الأسود ده، تمامًا زي المدن اللي كانت موجودة في آخر فيلم Interstellar كده، هي دي فكرة عملها اللي كانت في الفيلم بالمناسبة!
والمرعب بقى، إن في نفس الوقت، لو إحنا فضلنا سايبين شباك المراية دي مقفول وما فتحناهوش، فالطاقة اللي جواه دي هتفضل تتجمع وتتجمع وتتجمع بدون ما تلاقي وسيلة تهرب بيها من الضغط، لحد ما الضغط اللي جواها هيزيد لحد حرج، هيخليها تنفجر بالكامل.
تخيل كده إنك معاك بالونة، البالونة دي قعدت تملاها مية كتير لحد ما وصلت لمرحلة حرجة، انفجرت بعدها وخرجت المية اللي جواها في كل حتة، فاكر اللي حصل في مفاعل تشيرنوبل Chernobyl في روسيا في التمانينات؟ هو ده بالضبط نفس اللي هيحصل، ولكن على مقياس كوني.
لو ده حصل في ثقب أسود صغير في حجم شمسنا أو أصغر، فالطاقة المتولدة منه هتكون كافية لإن يحصل منها انفجار سوبرنوفا Supernova، اللي هو الاسم اللي بيميز انفجار النجوم، الانفجار ده هيكون أكبر انفجار يمكن لكائن حي إنه يصنعه، انفجار ممكن من قوته إنه يدمر نظام شمسي كامل!
وهي دي -يا صديقي- عظمة الفيزياء، بمجرد أدوات بسيطة زي دي، نقدر إننا نضمن لجنسنا البقاء لملايين السنين.
حلم بناء مفاعل حقيقي من ثقب أسود ميكروسكوبي مستقر
تخيل مثلًا إننا قدرنا نتوصل من خلال تكنولوجيا موجودة حاليًا، لتخليق ثقب أسود ميكروسكوبي حقيقي، زي اللي بيحاول العلماء حاليًا يعملوه في مختبر CERN اللي في جنيف على حدود سويسرا، تخيلوا إننا قدرنا نعمل حاجة زي دي فعلًا،
وقدرنا نعمل أول مفاعل حقيقي من ثقب أسود ميكروسكوبي مستقر، إحنا مش بس هنقدر نتغلب على مشكلة الطاقة، إحنا هننهي مشكلة الحروب والنزاعات العالمية بأكملها، هيبقى متوفر عندنا قدر لا نهائي من الطاقة، لدرجة إننا نقدر نوزعه على سكان الكوكب بأكمله لملايين السنين، مجانًا!
ده غير إننا هنقدر نستعمل مصدر الطاقة دي في إجراء تجارب علمية غير ممكنة التحقيق إلا باستعمال مصدر طاقة رهيب زي ده، هنقدر نصنع المادة المضادة Anti-Matter في المعمل، وهنقدر نكشف أسرار السفر عبر الزمن، والسفر بسرعة الضوء، هنقدر نعمل حاجات كتير أوي، حاجات منقدرش دلوقتي غير إننا نحلم بيها.
وساعتها هنكون وصلنا لبداية طريق البشر على التطور الحضاري اللي ممكن في يوم يجعلنا نقترب من السر الأزلي الغامض اللي محدش في أجدادنا كان ممكن في يوم يحلم بيه..
سر الكون نفسه..
مصادر:
https://science.howstuffworks.com/dictionary/astronomy-terms/black-hole2.htm
https://physics.stackexchange.com/questions/20813/how-would-a-black-hole-power-plant-work
https://kottke.org/18/04/how-to-harvest-nearly-infinite-energy-from-a-spinning-black-hole
* تنويه: الأفكار المذكورة في المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي الموقع.
*****************
لمتابعة قناة اليوتيوب لأكاديمية بالعقل نبدأ، اضغط هنا
لقراءة المزيد من المقالات، اضغط هنا
