السجن في روسيا، نوفمبر 1916: مكان ولادة الراديوس الذي لم يلمسه أحد
في منتصف الشتاء والجدران الخشبية المتهالكة في سجن كونتييفو - بالقرب من كييف، أوكرانيا اليوم - كان رجل يبلغ من العمر 42 عامًا يرتدي على طاولة خشبية قديمة. كان اسمه كارل شوارزشيلد. ليس سجينًا عاديًا: كان عالم فلكًا للملكية الألمانية، أستاذًا في مرصد بوتسموند، وواحد من أبرز المفكرين في الفيزياء الفلكية في القرن العشرين. ولكن في أكتوبر 1914، انضم إلى الجيش الألماني كضابط مدفعية - ليس بسبب الشغف الوطنية، ولكن بسبب чувقته العلمية: 'العلم لا يمكن أن يختبئ عندما يهتز العالم'.
في السجن، تلقى شوارزشيلد نسخة من مقال إينشتاين الذي نشره في مارس 1916 - نظرية النسبية العامة، التي كانت جديدة تمامًا في المجتمع الفيزيائي العالمي. لم يجد إينشتاين نفسه حلًا واضحًا لمعادلاته بعد ذلك. ولكن في أقل من أربعة أسابيع، وجد شوارزشيلد حلًا رياضيًا أوليًا: صيغة شكل الفضاء والزمان حول جسم كروي غير دوران وبدون قوس. في رسالته إلى إينشتاين في 13 ديسمبر 1916، كتب: 'لقد وجدت حلًا صحيحًا... الذي قد يكون أساسًا لفهم الهيكل الجاذبيي القوي'. بعد ستة أشهر، توفي شوارزشيلد بسبب مرض المناعة الذاتية الذي نشأ عن ظروف السجن - ولكن ورثته الحية: الراديوس الذي يحمل اسمه.
ما هو 'راديوس الظلام' الذي لم يلمسه أحد؟
راديوس شوارزشيلد ليس قياسًا فيزيائيًا مثل قطر الكرة أو ارتفاع المبنى. هو حد نظري: المسافة من مركز الجسم التي تصل فيها سرعة الفارغ - سرعة أقل من سرعة الضوء - إلى سرعة الضوء. خارج هذا الحد، يمكن للضوء أن يخرج. داخلها؟ لا شيء - لا ضوء، لا إشارات راديو، لا جسيمات - يمكن أن يهرب. هذا ليس ' سطح' في معنى الحرفية، ولكن ' سطح الحدث' (event horizon): الحد غير العودة في هيكل الفضاء والزمان. ما هو مدهش: هذه الصيغة تنطبق على أي جسم. جسم الشمس؟ راديوس شوارزشيلد له هو 2.95 كم. جسم الأرض؟ فقط 8.87 مليمتر - حجم قطعة قهوة. جسمك؟ حوالي 10⁻²³ متر - أصغر من البروتون. وهذا يعني: كل جسم يحتمل أن يصبح ثقب أسود - إذا ضغطنا بشكل كافي. ليس بسبب أن 'يتغير سلوكه'، ولكن بسبب أن الفضاء والزمان حولها يتراكم بشكل كاف حتى يتبادل دور الخط الزمني والفضاء.
من النظرية إلى الحقيقة: كيف وجدنا البشر 'راديوس الظلام'؟
لمدة أكثر من نصف قرن، اعتبر راديوس شوارزشيلد مجرد عارض رياضي - مثل رقم خيالي في الجبر: مفيد لل 계ول، ولكن ليس حقيقيًا. ولكن في السبعينيات، مع ظهور علم الفلك الراديوي واكتشاف مصادر الأشعة السينية مثل Cygnus X-1، بدأ العلماء في ربط الإشعاعات القاسية مع تجمع الجسيمات في جسم غني بالجسيمات - ولكن بدون ضوء. في عام 2019، تم إصدار الصورة الأولى للثقب الأسود - M87* - من قبل فريق مشروع حوض الحدث. ماذا رأينا؟ حلقة ضوء مضيئة - ظل الجاذبية في الفضاء والزمان حول الحدث - مع قطر يطابق تمامًا ما تنبأ به راديوس شوارزشيلد بناءً على جسم يحتوي على 6.5 مليار مرة جسم الشمس.
الورثة الذين تغيروا الكونولوجيا
اسم شوارزشيلد لم يكن فقط يعلق على صيغة واحدة. أصبح أساسًا لجميع أنماط الثقوب السوداء الحديثة: Kerr (الذي دوران)، Reissner–Nordström (الذي يحتوي على قوس)، و حتى نظرية الهولوغرافية حول المعلومات على سطح الحدث. deeper أكثر، هذا الراديوس أصبح جسرًا بين النسبية العامة والكوانتومية - لأن في مقياس بلانك قريب من راديوس شوارزشيلد، تنقسم هذه النظريتان. اليوم، تجارب مثل LIGO (موجات الجاذبية) ت قياس تذبذبات الفضاء والزمان من انفجار الثقوب السوداء - وكل تحليل يبدأ بمعادلة كتبها رجل في السجن، قبل مائة عام.
لماذا يثير هذا الراديوس في قلوب العلماء في القرن الحادي والعشرين؟
لأنها تذكرنا: الكون لا يحتاج إلى 'سطح' لوجود. لا يحتاج إلى 'ضوء' ليكون قويًا. ولا يعرف حدودًا بين 'وجود' و 'عدم وجود'. راديوس شوارزشيلد ليس مجرد رقم - هو حد العقلية: من هذا الجانب، يمكننا السؤال والجواب؛ من الجانب الآخر، يفقد السؤال معنى. و ما هو أكثر إثارة؟ أن كل هذا نشأ من قلم، ورقة، وثبات عقلي لا يزول - حتى لو كان العالم خارج جدران السجن في حالة هزيمة.
ماذا يحدث إذا ضغطنا الأرض إلى حجم قطعة قهوة؟ (الإجابة موجودة منذ عام 1916). في عام 1916، كان عالم الفلك الألماني Karl Schwarzschild محتجزًا في سجن الحرب العالمية الأولى - وفي đó، كتب معادلة تغييرت طريقة التي ننظر إليها الجاذبية للأبد. لا هو خيال: كل جسم - حتى أنك - لديه 'راديوس ظلام' خاص به. و نعم، الأرض يمكن أن تصبح ثقب أسود... إذا ضغطناها إلى حجم 9 مليمتر.. السجن في روسيا، نوفمبر 1916: مكان ولادة الراديوس الذي لم يلمسه أحد
في منتصف الشتاء والجدران الخشبية المتهالكة في سجن كونتييفو - بالقرب من كييف، أوكرانيا اليوم - كان رجل يبلغ من العمر 42 عامًا يرتدي على طاولة خشبية قديمة. كان اسمه كارل شوارزشيلد. ليس سجينًا عاديًا: كان عالم فلكًا للملكية الألمانية، أستاذًا في مرصد بوتسموند، وواحد من أبرز المفكرين في الفيزياء الفلكية في القرن العشرين. ولكن في أكتوبر 1914، انضم إلى الجيش الألماني كضابط مدفعية - ليس بسبب الشغف الوطنية، ولكن بسبب чувقته العلمية: 'العلم لا يمكن أن يختبئ عندما يهتز العالم'.
في السجن، تلقى شوارزشيلد نسخة من مقال إينشتاين الذي نشره في مارس 1916 - نظرية النسبية العامة، التي كانت جديدة تمامًا في المجتمع الفيزيائي العالمي. لم يجد إينشتاين نفسه حلًا واضحًا لمعادلاته بعد ذلك. ولكن في أقل من أربعة أسابيع، وجد شوارزشيلد حلًا رياضيًا أوليًا: صيغة شكل الفضاء والزمان حول جسم كروي غير دوران وبدون قوس. في رسالته إلى إينشتاين في 13 ديسمبر 1916، كتب: 'لقد وجدت حلًا صحيحًا... الذي قد يكون أساسًا لفهم الهيكل الجاذبيي القوي'. بعد ستة أشهر، توفي شوارزشيلد بسبب مرض المناعة الذاتية الذي نشأ عن ظروف السجن - ولكن ورثته الحية: الراديوس الذي يحمل اسمه.
ما هو 'راديوس الظلام' الذي لم يلمسه أحد؟
راديوس شوارزشيلد ليس قياسًا فيزيائيًا مثل قطر الكرة أو ارتفاع المبنى. هو حد نظري: المسافة من مركز الجسم التي تصل فيها سرعة الفارغ - سرعة أقل من سرعة الضوء - إلى سرعة الضوء. خارج هذا الحد، يمكن للضوء أن يخرج. داخلها؟ لا شيء - لا ضوء، لا إشارات راديو، لا جسيمات - يمكن أن يهرب. هذا ليس ' سطح' في معنى الحرفية، ولكن ' سطح الحدث' event horizon : الحد غير العودة في هيكل الفضاء والزمان. ما هو مدهش: هذه الصيغة تنطبق على أي جسم. جسم الشمس؟ راديوس شوارزشيلد له هو 2.95 كم. جسم الأرض؟ فقط 8.87 مليمتر - حجم قطعة قهوة. جسمك؟ حوالي 10⁻²³ متر - أصغر من البروتون. وهذا يعني: كل جسم يحتمل أن يصبح ثقب أسود - إذا ضغطنا بشكل كافي. ليس بسبب أن 'يتغير سلوكه'، ولكن بسبب أن الفضاء والزمان حولها يتراكم بشكل كاف حتى يتبادل دور الخط الزمني والفضاء.
من النظرية إلى الحقيقة: كيف وجدنا البشر 'راديوس الظلام'؟
لمدة أكثر من نصف قرن، اعتبر راديوس شوارزشيلد مجرد عارض رياضي - مثل رقم خيالي في الجبر: مفيد لل 계ول، ولكن ليس حقيقيًا. ولكن في السبعينيات، مع ظهور علم الفلك الراديوي واكتشاف مصادر الأشعة السينية مثل Cygnus X-1، بدأ العلماء في ربط الإشعاعات القاسية مع تجمع الجسيمات في جسم غني بالجسيمات - ولكن بدون ضوء. في عام 2019، تم إصدار الصورة الأولى للثقب الأسود - M87 - من قبل فريق مشروع حوض الحدث. ماذا رأينا؟ حلقة ضوء مضيئة - ظل الجاذبية في الفضاء والزمان حول الحدث - مع قطر يطابق تمامًا ما تنبأ به راديوس شوارزشيلد بناءً على جسم يحتوي على 6.5 مليار مرة جسم الشمس.
الورثة الذين تغيروا الكونولوجيا
اسم شوارزشيلد لم يكن فقط يعلق على صيغة واحدة. أصبح أساسًا لجميع أنماط الثقوب السوداء الحديثة: Kerr الذي دوران ، Reissner–Nordström الذي يحتوي على قوس ، و حتى نظرية الهولوغرافية حول المعلومات على سطح الحدث. deeper أكثر، هذا الراديوس أصبح جسرًا بين النسبية العامة والكوانتومية - لأن في مقياس بلانك قريب من راديوس شوارزشيلد، تنقسم هذه النظريتان. اليوم، تجارب مثل LIGO موجات الجاذبية ت قياس تذبذبات الفضاء والزمان من انفجار الثقوب السوداء - وكل تحليل يبدأ بمعادلة كتبها رجل في السجن، قبل مائة عام.
لماذا يثير هذا الراديوس في قلوب العلماء في القرن الحادي والعشرين؟
لأنها تذكرنا: الكون لا يحتاج إلى 'سطح' لوجود. لا يحتاج إلى 'ضوء' ليكون قويًا. ولا يعرف حدودًا بين 'وجود' و 'عدم وجود'. راديوس شوارزشيلد ليس مجرد رقم - هو حد العقلية: من هذا الجانب، يمكننا السؤال والجواب؛ من الجانب الآخر، يفقد السؤال معنى. و ما هو أكثر إثارة؟ أن كل هذا نشأ من قلم، ورقة، وثبات عقلي لا يزول - حتى لو كان العالم خارج جدران السجن في حالة هزيمة.
