هل يوجد قاع للثقب الأسود؟ هل يمكن لسفينة الفضاء أن تسافر تحت واحدة أم أنها تستمر وتستمر؟

ريك تيلو
بيسبي، أريزونا

أظن أن سؤالك ينشأ من رؤية الرسوم البيانية مثل تلك الموجودة في الجزء العلوي الأيمن، والتي تحاول إظهار كيف تؤدي النسبية العامة إلى انحناء الزمكان حول الأجسام الضخمة. في أعلى اليسار، من السهل أن نرى كيف أن أي جسم ضخم (أي نجم) يشوه نسيج الزمكان (الممثل بالشبكة) ولكن من الواضح أن له “قاع” ولا يخترق الشبكة. في أسفل اليمين، يبدو الثقب الأسود وكأنه قمع ليس له قاع، حيث أن الثقوب السوداء من الناحية الرياضية هي نقاط ذات كتلة ولكن ليس لها حجم؛ هذا يعني أن لديهم كثافة لا نهائية، وبالتالي فإن الزمكان هناك له انحناء لا نهائي.

ولكن هناك مشكلة رئيسية في هذه الصورة. أفضل تفسير وجدته يأتي من أحد كتبي المفضلة، استكشاف الثقوب السوداء: مقدمة إلى النسبية العامة بقلم إدوين إف تايلور وجون أرشيبالد ويلر (أديسون ويسلي لونجمان، 2000). يوضح المؤلفون فيه أن مثل هذه الأشكال،

التي تسمى مخططات التضمين، تهدف إلى تمثيل الهندسة المعقدة للفضاء المنحني ضمن المنظور الإقليدي المحدود ثلاثي الأبعاد المطبوع على الصفحة. وكتبوا: “لكن الهندسة الإقليدية المسطحة ليست هندسة فضاء منحنية”. “لذلك نتوقع أن تؤدي الرسوم البيانية المضمنة إلى تحريف المساحة المنحنية في بعض النواحي. إنهم يكذبون!”

كيف يكذبون؟ فيما يتعلق بسؤالك، فإن الجانب الرأسي للمخططات ليس بعدًا حقيقيًا للزمكان. تمت إضافة مفهوم العمق بشكل مصطنع إلى الرسم التخطيطي لمساعدة القارئ على تصور كيفية تأثير الجاذبية على الزمكان. الزمكان ليس شبكة مسطحة ثنائية الأبعاد؛ نحتاج فقط إلى رسمها بهذه الطريقة على الصفحة. لذا فإن الثقب الأسود ليس في الواقع جسمًا على شكل قمع يجلس في الفضاء ويمتص المادة في اتجاه واحد فقط.

بالإضافة إلى كونه تمثيلًا اصطناعيًا، يحاول مخطط التضمين أيضًا إظهار ما يحدث داخل أفق حدث الثقب الأسود، نقطة اللاعودة. الثقوب السوداء الحقيقية محاطة بأفق حدث كروي، حيث تصبح الجاذبية هي القوة المهيمنة وتحدث أشياء غريبة، مما يتسبب في انهيار قوانيننا الفيزيائية. لكن خارج أفق الحدث، يتصرف الكون بشكل طبيعي جدًا. لذلك، يمكنك تصوير ثقب أسود من بعيد على شكل كرة (على سبيل المثال، كما رأينا في فيلم Interstellar ). ويمكن لسفينتك الفضائية بالفعل أن تطير تحته  أو فوقه أو حوله بأي طريقة تختارها – طالما أنها لا تقترب كثيرًا!

الزمكان

كل ما ترغب بمعرفته عن ظاهرة الثقب الأسود