الثقوب السوداء الاربعة فى النسبية العامة

 البعض قد يتصور ان هناك عدد لانهائى من الثقوب السوداء black holes فى نظرية النسبية العامة general relativity لكن الحقيقة ان هناك اربعة انواع فقط من الثقوب السوداء التى تقارب asymptote فضاء-زمن مينكوسفكى Minkowski spacetime (اى الفضاء-زمن المسطح للنسبية الخاصة) عندما نذهب الى المالانهاية.

اذن لدينا اربعة انواع من الثقوب السوداء فقط و من كل نوع قد يكون هناك عدد لانهائى من الامثلة الموجودة فى الكون.

اذن الثقب الاسود هو اربعة فقط فى العين اى النوع لكن مالانهاية فى الذات اى العدد.

ونحن هنا نتكلم فقط عن الثقوب السوداء التى كما قلنا تقارب فضاء-زمن النسبية الخاصة فى المالانهاية اى عندما نبتعد بشكل كافى عن الثقب الاسود فان الفضاء-زمن يصبح مسطح flat اى يصبح فضاء-زمن مينكوفسكى اى بانحناء سلمى scalar curvature معدوم.

هذه خاصية مهمة لاننا تكلمنا مثلا فى حصة سابقة عن ثقب اسود دى-سيتر-الضدى anti-de-Sitter black hole الذى يصبح فى المالانهاية فضاء-زمن دى-سيتر-الضدى anti-de-Sitter spacetime الذى يتميز بانحناء سلمى سالب.

اذن الاعيان او الانواع الاربعة من الثقوب السوداء فى النسبية العامة بانحناء معدوم فى المالانهاية هى كما يلى.

-ثقب اسود شوارشيلد Schwarzschild black hole. مترية metric هذا الحل موجودة فى الصورة الاولى وهى تتميز بمقدار فيزيائى واحد هو الكتلة m. اذن هذا ثقب اسود ساكن stationary black hole و غير مشحون كهربائيا.

-ثقب اسود رايسنر-نوردستروم Reissner–Nordström black hole. مترية هذا الحل موجودة فى الصورة الثانية وهى تتميز بمقدارين فيزيائيين هما الكتلة m و الشحنة الكهربائية التى نرمز لها فى هذه الصورة ب e. اذن هذا ثقب اسود مشحون charged black hole.

-ثقب اسود كار Kerr black hole. مترية هذا الحل موجودة فى الصورة الثالثة و هى ايضا تتميز بمقدارين فيزيائيين هما الكتلة m و العزم الحركى الذى نرمز له فى هذه الصورة ب a. اذن هذا ثقب اسود دوار rotating black hole.

-ثقب اسود كار-نيومان Kerr-Neumann black hole. مترية هذا الحل موجودة فى الصورة الرابعة و هى تتميز بثلاثة مقادير فيزيائية هى الكتلة m و الشحنة الكهربائية التى نرمز لها فى هذه الصورة ب Q و بعزم حركى الذى نرمز له ب a. اذن هذا ثقب اسود مشحون-و-دوار charged-and-rotating black hole فى نفس الوقت.

اذن لدينا اربعة انواع او اعيان من الثقوب السوداء.

-النوع الاول ساكن غير مشحون كهربائيا.

-النوع الثانى ساكن و مشحون كهربائيا.

-النوع الثالث دوار و غير مشحون كهربائيا.

-النوع الرابع دوار و مشحون كهربائيا.

هذه الانواع او الاعيان الاربعة ملخصة فى الصورة الخامسة.

لاحظوا ان الثقب الاسود لا نحتاج من اجل تمييزه الا الى عدد قليل من المقادير الفيزيائية.

هذه خاصية عامة صحيحة دائما من اجل الثقوب السوداء الكلاسيكية تسمى (مبرهنة اللا-شعر no-hair theorem) و المقصود بالشعر هنا هو شعر الثقب الاسود اى المقادير الفيزيائية الضرورية من اجل وصف حالة الثقب الاسود. الثقب الاسود الكلاسيكى لا يحتاج الى شعر بل كل ما يحتاج اليه هو الكتلة و الشحنة و العزم الحركى.

فى الصورة السادسة المقارنة بين التصور النظرى و اول و ثانى صورة للثقب الاسود M87 الموجود فى قلب المجرة العملاقة-الممتازة super-giant glaxy المسماة ماسيير Messier رقم 87 الموجودة فى تجمع فيرغو Virgo cluster.

و فى الحقيقة فان كل مجرة فى الكون تحتوى على ثقب اسود عملاق فى مركزها يلعب دور محرك المجرة.

الخلاصة اذن ان الثقب الاسود هو اربعة فى العين او النوع لكن مالانهاية فى الذات او العدد.

بنفس الطريقة يمكننا القول ان الكون قد يكون محدود فى العين (اى فى انواعه) لكن مالانهاية فى الذات او العدد.