من وجهة نظر فلكية ، 2019 هو الثقب الأسود . 

 هذا العام ، العديد من اختراقات في الثقب الأسود .  في 10 نيسان / أبريل ، أصدر العلماء أول صورة من الثقب الأسود الوحيد في العالم .  وفي 28 تشرين الثاني / نوفمبر ، اكتشف الباحثون في المرصد الوطني التابع للأكاديمية الصينية للعلوم أكبر ثقب أسود نجمي في مجرة درب التبانة .  ومن بين هذه النتائج ، ليس هناك شك في أن أول صورة الثقب الأسود هو الشيء الأكثر إثارة . 

 الخيال الفني lb-1 أثقل ثقب أسود نجمي في مجرة درب التبانة 

 في عام 1915 ، ألبرت أينشتاين طرح نظرية النسبية العامة ، وبعد بضعة أشهر ، في الخنادق الألمانية الفيزيائي كارل شوارتشيلد ( ك . شوارتشيلد ) للحصول على حل دقيق معادلات آينشتاين ، هذا الحل هو الآن يعرف حل الثقب الأسود ، لا تدور في الكهف الأسود الحل ، وهذا هو أيضا أول حديث عن الثقب الأسود الوصف . 

 على مدى السنوات ال 100 المقبلة ، البحث عن الثقب الأسود قد بقيت فقط في النظرية ، ونحن لا نعرف شيئا تقريبا عن ما يبدو . 

 في السنوات العشر الماضية ، وتطوير التكنولوجيا قد أتاحت للبشرية فرصة للبحث عن الحقيقة من الثقوب السوداء .  وأخيرا ، في نيسان / أبريل 2019 ، أكثر من 300 من العلماء من 20 بلدا في جميع أنحاء العالم معا صدر أول صورة الثقب الأسود . 

 من خلال استكشاف تاريخ الثقب الأسود ، يمكننا أن ننظر إلى تاريخ طويل من التطور العلمي . 

 عندما يتعلق الأمر إلى الثقوب السوداء ، قد يكون لدينا بعض الخوف ، لأن في العديد من الأفلام الثقب الأسود هو وصفها بأنها " العملاق " الذي يمكن أن تأكل كل شيء ، حتى الضوء والوقت يمكن أن تتوقف ، ولكن في عيون بعض الفيزيائيين ، هو أيضا رائع جدا ، لأنه قد يكون في المستقبل بمثابة بوابة الوقت ، مما يؤدي إلى سرعة الإنسان من خلال الكون . 

 عموما ، الثقب الأسود هو غامض وغامض الأجرام السماوية .  الثقب الأسود هو جاذبية قوية جدا ، لذلك نحن بحاجة إلى معرفة ذلك من تاريخ تطور الجاذبية لاستكشاف . 

 تاريخ الجاذبية 

 عندما يتعلق الأمر إلى الجاذبية ، فمن الطبيعي أن نفكر في القرن السابع عشر فيزيائي عظيم ، نيوتن ، الذي يجلس تحت شجرة و يرى سقوط التفاح ، أدرك أن هناك قوة عالمية في الكون ، ونحن الآن ندعو الجاذبية . 

 نيوتن هو فيزيائي كبير جدا ، وقال انه ليس فقط التفكير في هذا ، ولكن أيضا فكرة " الأرض " ، وكتب على أساس هذه الفكرة الكلاسيكية جدا صيغة : الجاذبية التعبير .  من خلال هذه الصيغة ، ونحن نعلم أنه يعتقد أن الجاذبية موجودة بسبب كتلة الجسم . 

 لقد لخص هذه النظرية في كتاب " مبادئ الرياضيات في الفلسفة الطبيعية " .  بعد نشر هذه النظرية ، وقد اشاد العديد من الناس ، لأنه لا يمكن إلا أن يفسر حركة الأجرام السماوية في الفضاء ، ولكن أيضا يمكن أن يتنبأ تماما حركة الأجرام السماوية في المستقبل . 

 على مدى القرون القليلة القادمة ، نظريته قد تم اختبارها باستمرار ، وقد استخدم على نطاق واسع ، ليس فقط في الفيزياء ، ولكن أيضا في العديد من التخصصات الأخرى .  نظرية نيوتن يمكن القول أن أصل العلم الحديث ، ولكن بحلول القرن التاسع عشر ، المزيد من الاكتشافات الرصدية ، حتى أن العلماء تحدى نظرية نيوتن .  في أوائل القرن العشرين ، ألبرت أينشتاين أول من طرح نظرية النسبية الخاصة ، ثم بعد عشر سنوات من طرح نظرية النسبية العامة .  في هذه النظرية الجديدة ، وقال انه يعطي فكرة جديدة تماما عن الجاذبية ، الذي يعتقد أن الجاذبية لا تنتج مباشرة من الكتلة ، ولكن من قبل كتلة من الأجرام السماوية التي تسبب الكون الزمكان الانحناء ، والانحناء الزمكان يظهر تأثير الجاذبية .

 بعد بضعة أشهر من ألبرت أينشتاين طرح نظرية النسبية العامة ، الفيزيائي الألماني كارل شفارتشيلد حصلت على الحل الدقيق لهذه المعادلة المعقدة ، ولكن للأسف ، على الرغم من أن الحل الدقيق هو الحل الدقيق الثقب الأسود ، ولكن الثقب الأسود هو غير الدورية ، وتقريبا جميع الأجرام السماوية في الكون تدور ، بما في ذلك الأرض .  حتى اينشتاين كان مندهش لرؤية هذا الحل الدقيق ، لكنه لا يعتقد أن هذا الحل هو حقيقي . 

 في العقود القليلة القادمة ، بسبب الحرب ، والقيود التقنية ، ثقب أسود البحث يمكن أن تكون راكدة .  فقط في عام 1939 ، أوبنهايمر و طلابه اكتشفت أن انهيار نجم كبير يمكن أن يؤدي إلى التفرد ، وهذا هو ما نعرفه الآن عن الثقوب السوداء . 

 لم يكن حتى عام 1955 ، عندما توفي اينشتاين ، لأنه لم يكن هناك أي أثر الثقب الأسود في الملاحظات ، وقال انه لا يعتقد أن هناك كائنات غامضة مثل الثقوب السوداء . 

 ثلاثون عاما من البحث عن الثقوب السوداء 

 مرصد شاندرا للأشعة السينية صورة كوكبة الدجاجة X-1 .  مصادر ويكيبيديا 

 في الستينات من القرن الماضي ، عالم الرياضيات النيوزيلندي كول في عام 1963 حصلت على آخر حل دقيق معادلات النسبية العامة ، هذه المرة حل الثقب الأسود هو التناوب .  في السنة في وقت لاحق ، في عام 1964 ، علماء أمريكيون أول من اكتشف الثقب الأسود من خلال إطلاق صواريخ السبر ، أول نجم في تاريخ البشرية حجم الثقب الأسود تم العثور على هذا ، وهذا هو المعروف الآن باسم كوكبة الدجاجة X1 . 

 بسبب ضعف اختراق النظرية والملاحظة ، عدد كبير من علماء الفلك والفيزياء فجأة جذبت إلى هذا المجال ، حتى في السنوات ال 20 المقبلة ، والثقوب السوداء البحث دخلت العصر الذهبي .  ونحن نعلم الآن أن ما يقرب من جميع المعارف من الثقوب السوداء التي تم الحصول عليها في عشرين أو ثلاثين عاما . 

 خلال هذه الفترة ، كان هناك عالم بارز جدا : البروفيسور ويلر من جامعة برينستون .  ونحن نعلم الآن أن مصطلح الثقب الأسود ، على الرغم من أنه لم يخترع ، ولكن من خلال الترويج له على نطاق واسع ، وأخيرا أصبحت مألوفة لدى الجمهور . 

 وبصرف النظر عن ويلر ، الفيزيائي الذي يحتاج إلى التركيز على هوكينج .  هوكينج في السبعينات ، عندما كان يعتقد أن الثقب الأسود لا الإشعاع ، واقترح أن الثقب الأسود يجب أن تنتج الإشعاع ، وهذا هو ما نعرفه الآن هوكينج الإشعاع .  على الرغم من أن الإشعاع هو ضعيف جدا ، الفرق بين 0 و 1 هو فرق كبير . 

 على مدى العقود القليلة المقبلة ، على الرغم من أن البشر قد اكتسبت الكثير من المعرفة النظرية ، ونحن لا نعرف ما يشبه الثقب الأسود .  لذلك ، في الآونة الأخيرة الأكثر إثارة للإعجاب وصف الثقب الأسود يجب أن يكون " ستار تريك " الفيلم الذي صدر في عام 2014 . 

 هذا الفيلم عن الثقب الأسود أيضا صدمة لي .  ليس فقط أنا ، الحائز على جائزة نوبل في العلوم السينمائية استشاري ، كيب ثورن ، كان أيضا في نشوة الطرب عندما رأى أول ثقب أسود يدور في HD .  من أجل الحصول على HD الثقب الأسود ، المملكة المتحدة الحرمان المزدوج استغرق ما يقرب من عام للحصول على بيانات من 8000tb باستخدام فريق من 30 شخصا ، مما أدى في نهاية المطاف إلى تقديم مثل هذا HD الثقب الأسود جعل الآثار على المشجعين ، ونشرت مقالات عن تقنيات الحوسبة . 

 الكشف عن الثقوب السوداء علميا لم تتوقف .  قبل عشر سنوات ، عندما كان العلم والتكنولوجيا قد وصلت إلى مرحلة حيث يمكننا ربط التلسكوبات العالمية ، والعلماء من العديد من البلدان في جميع أنحاء العالم في محاولة لجعل الصور الحقيقية من الثقوب السوداء التي يسمونها التلسكوبات البصرية واجهة المشروع . 

 أنها تريد أن ترى اثنين من الثقوب السوداء ، واحدة من مركز المجرة الثقب الأسود ، وغيرها من حوالي 55 مليون سنة ضوئية من M87 الثقب الأسود ، في الجانب الأيمن من الصورة أعلاه هو عرض النطاق الترددي البصري M87 الثقب الأسود .

　　 ما هو حجم التلسكوب المطلوب حقا أن نرى ما يشبه الثقب الأسود المركزي ؟  الصورة أعلاه هو جيد جدا .  الأزرق يمثل الصورة التي التقطها تلسكوب هابل ، في حين أن الدائرة الوسطى هو مقياس الثقب الأسود الذي نريد أن نأخذ .  الفرق بين الاثنين على الأقل آلاف المرات .  لذلك ، إذا كان لنا أن استخدام أحدث التلسكوبات ، التلسكوبات يجب أن تصل إلى بضعة كيلومترات من العيار الثقيل ، يمكننا أن نميز مركز الثقب الأسود . 

 العلماء لا يمكن أن تجعل مثل هذه التلسكوبات البصرية الضخمة التي طورت تقنية تسمى فلبي الشبكات التي تربط تقريبا كل العالم submillimeter التلسكوبات في شبكة واسعة .  تلسكوب يمكن أن تصل إلى أكثر من 10 ، 000 كيلومتر من العيار الثقيل لتصوير الثقب الأسود المركزي ، عادة على ارتفاعات عالية جدا ، وذلك للحد من امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية في الغلاف الجوي . 

 وبصرف النظر عن الحاجة إلى تحسين معدات المراقبة ، وهناك حاجة إلى الكثير من المحاكاة من الناحية النظرية ، لأن محيط الثقب الأسود معقدة جدا .  باستخدام ورقة وقلم بسيط ، والعلماء قد صعوبة في وصف حركة الغاز حول الثقب الأسود ، عندما تتطلب النسبية المغناطيسية ، كل حساب يتطلب الآلاف من وحدات المعالجة المركزية ، لعدة أشهر .

 التلسكوبات البصرية فريق يحسب في نهاية المطاف في مجموعة متنوعة من الحالات ، مع بعض النتائج المبينة أعلاه .  في نهاية المطاف ، كل شيء على استعداد ، في الفترة من 10 إلى 15 نيسان / أبريل 2017 ، وهي استخدام التلسكوبات في ثمانية أماكن مختلفة في العالم لمراقبة اثنين من الثقوب السوداء ، في نهاية المطاف الحصول على حوالي 5 الرصاص البيانات . 

 لأن كمية البيانات كبيرة جدا ، وهناك تلسكوب في القطب الجنوبي .  من الصعب جدا نقل البيانات مرة أخرى باستخدام الشبكة الحالية ، ربما في المستقبل 5 غيغابايت التكنولوجيا ناضجة ، ونحن يمكن أن تحمل على نقل مباشرة ، الطريقة التي يستخدمها العلماء هو نسخ البيانات على القرص ، الطائرة مرة أخرى إلى مركز البيانات . 

 هناك اثنين من مراكز البيانات ، واحد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة ، والآخر في ألمانيا .  بعد الحصول على البيانات ، والعلماء إجراء تحليل الارتباط ، واعتماد أساليب مختلفة لتأكيد الصورة .  بعد تأكيد ، ونحن إعادة بناء الصورة من الثقب الأسود .  في حين الحصول على صور من الثقوب السوداء ، قام العلماء المحاكاة العددية ، بالمقارنة مع المحاكاة العددية مكتبة ، يمكن استنتاج طبيعة الثقوب السوداء .  هذه هي الصورة الأولى من الثقب الأسود التي نشرت في جميع أنحاء العالم في الساعة 9 مساء يوم 10 أبريل 2019 . 

 مع صور من الثقوب السوداء ، يمكن للعلماء أن نستنتج أن هناك خصائص الثقوب السوداء بالمقارنة مع النتائج العددية التي تم الحصول عليها من قبل .  ربما كنت أعجب مع الثقب الأسود في ستار تريك ، بالطبع ، نحن لا يمكن أن يطير حول M87 لجعل المقارنة المباشرة ، ولكن يمكننا استخدام أجهزة الكمبيوتر الحديثة المتطورة جدا لمحاكاة العملية برمتها .  قد تسأل ، " لماذا أول صورة من الثقب الأسود الذي رأيناه هذه المرة تختلف كثيرا عن تلك التي في فيلم ستار تريك ؟ 

　 السبب الرئيسي هو أن ننظر إلى ثقب أسود من زوايا مختلفة ، M87 على طول الثقب الأسود في اتجاه دوران ، ولكن " ستار تريك " فيلم على طول خط الاستواء من الثقب الأسود في الصورة .  هذا هو أكبر الفرق بين الاثنين . 

 التكنولوجيا الحديثة ليس فقط يجلب راحة كبيرة في دراسة الثقوب السوداء ، ولكن أيضا موجات الجاذبية هي موضوع يستحق الحديث عن تأثير التكنولوجيا على البحوث الفلكية .  موجات الجاذبية يمكن أن يسمى التموجات في الزمان والمكان ، وهو نوع من الطاقة الهائلة التي تنتجها اصطدام جسم سماوي كثيف أو انفجار في الكون . 

 هذه الموجة ضعيفة جدا ، ونحن نعلم أن القنبلة الهيدروجينية هي واحدة من أكثر الأسلحة المدمرة على الأرض .  الاتحاد السوفياتي السابق حاول القنبلة الهيدروجينية التي بلغت 50 مليون طن من مكافئ ، يمكن القول أن جميع القنبلة الهيدروجينية هي الأكثر تدميرا .  إذا نحن يمكن أن نقف في وسط انفجار القنبلة الهيدروجينية ، وقياس التدخل في الزمان والمكان ، تدخل فقط 10 إلى 27 من أجل السلبية .  حجم نواة الذرة هو 10 ناقص 18 متر مربع ، حجم رأس الشعر هو 10 ناقص 5 متر مربع .  من خلال المقارنة ، يمكننا أن نرى أن القنبلة الهيدروجينية ، على الرغم من أنها تسبب ضررا كبيرا على الكائنات المحيطة بها ، لا يكاد أي ضرر على الزمان والمكان . 

 إذا كان يوم واحد ، قوية جدا موجة ثقالية تعبر الأرض ، ماذا سيكون تأثير على البشر على الأرض ؟  وسوف تمتد باستمرار البشر . 

 الصورة أعلاه يظهر تأثير موجات الجاذبية على الناس بطريقة مبالغ فيها ، واحد يمكن أن تصبح فجأة رقيقة أو الدهون .  ولكن في الواقع ، موجات الجاذبية لا تجلب تغييرات كبيرة في جسم الإنسان مثل نواة الذرة . 

 في أيلول / سبتمبر 2015 ، أول موجة ثقالية تم اكتشافها من قبل مرصد الليزر موجة ثقالية في الولايات المتحدة ، تأثير موجة ثقالية فقط تغيير حجم ذرة واحدة ، فقط 10 ناقص 18 متر مربع . 

 هذا يدل على أن لدينا التكنولوجيا الحديثة يمكن أن تفعل مثل هذه القياسات الدقيقة . 

 من نظرية النسبية العامة في عام 1915 ، موجة ثقالية في عام 1916 كان متوقعا ، في عام 2015 ، موجة ثقالية تم الكشف عنها مباشرة للمرة الأولى ، شهدت البشرية قرن كامل من الاستكشاف . 

 موجات الجاذبية أيضا مساعدة الناس على اكتشاف الكثير من الأشياء غير متوقعة ، ونحن لا نتوقع في الكون ، سيكون هناك العديد من الثقوب السوداء الضخمة جدا .  أصل الأرجواني هو كتلة من الثقوب السوداء التي نراها من خلال التلسكوبات التقليدية ، والأزرق هو كتلة كبيرة جدا من الثقوب السوداء التي موجات الجاذبية تساعدنا على اكتشاف .  ولذلك ، موجات الجاذبية تصبح نافذة جديدة للبشرية لاستكشاف الثقوب السوداء . 

 الخطوة التالية : اطلاق النار على الثقب الأسود

 وعلى مدى السنوات العديدة المقبلة ، يجري تنفيذ عدد من المشاريع الكبرى الأخرى .  على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة lsst المشروع (Large Synoptic Survey Telescope ، كبير تلسكوب الفضاء المتكاملة ) .  العديد من الأكوان التي نراها الآن هي ساكنة ، على سبيل المثال ، يمكننا أن نرى صورة جميلة جدا ، والهدف من هذا التلسكوب هو خلق صورة متحركة من الكون .  كمية البيانات التي يمكن أن تصل إلى 15tb كل ليلة ، وهو تحد كبير على القدرة الحاسوبية الحالية . 

 بالطبع هناك المزيد من التحديات التي تنتظرنا ، الصين تشارك في مشروع كبير آخر ، مجموعة الكيلومتر المربع تلسكوب راديوي ( SKA ) ، والتي يمكن أن تصل إلى أكثر من كيلومتر مربع ، بما في ذلك أكثر من 20 ، 000 من التلسكوبات الصغيرة ، وتنتج بيانات تصل إلى 2 السل في الثانية .  ولذلك ، وكيفية التعامل مع مثل هذه البيانات الضخمة ، هو في الواقع تحديا كبيرا . 

 طوال تاريخ العلوم الإنسانية ، وتطوير العلوم الحديثة استفادت من الملاحظات الفلكية .  على مدى العقود القليلة الماضية ، علم الفلك قد استفادت كثيرا من التكنولوجيا الحديثة التي ساعدت العلماء على اكتشاف الكون الأوسع نطاقا وأكثر سحرية .  علم الفلك ، وهو موضوع أساسي ، وأنا أتفق تماما مع ما قاله مدير معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بعد اكتشاف موجات الجاذبية ، وقال : " العلوم الأساسية هي صعبة للغاية ، صارمة وبطيئة ، صدمة جدا ، ثورية ، وحفز البحوث . دون ذلك ، أفضل الأفكار لا يمكن تحسينها ، والابتكار لا يمكن إلا أن تكون صغيرة ، فقط مع تقدم العلوم الأساسية ، مجتمعنا كله يمكن أن تقدم " .