الثقوب السوداء هي إحدى أشدّ الأجسام تدميرًا في الكون. فإنّ أيّ شيء يقترب بشدّة من "نقطة التفرّد" المركزيّة لثقبٍ أسود، سواءً كان كويكبًا، أو كوكبًا، أو نجمًا، فإنّه عرضة للتّفتّت بواسطة مجالها المغناطيسيّ الجامح. وإن حدث واخترق الجسم المقترب "أفق الحدث" للثقب الأسود، فإنّه سوف يختفي ولن يظهر مجددًّا أبدًا،
Black holes are among the most destructive objects in the universe. Anything that gets too close to the central singularity of a black hole, be it an asteroid, planet, or star, risks being torn apart by its extreme gravitational field. And if the approaching object happens to cross the black hole’s event horizon, it’ll disappear and never re-emerge,
مضيفًا إلى كتلة الثقب الأسود، وموسّعًا لنصف قطره خلال العمليّة.
adding to the black hole’s mass and expanding its radius in the process.
ليس ثمّة شيء يمكن أن نلقي به في ثقبٍ أسود باستطاعته أن يلحق أدنى ضرر به. حتّى أنّ ثقبًا أسودًا آخرًا ليس له أن يدمّره– بل ببساطة سيندمج الاثنان ليشكّلا ثقبًا أسودًا أكبر، ويطلقا قدرًا ضئيلًا من الطاقة على هيئة (أمواج تثقاليّة) خلال العمليّة. نظرًا إلى بعض الحسابات، فإنّه من المحتمل أن يصبح الكون في النهاية مكوَّنًا كلّيًّا من ثقوبٍ سوداء وذلك في المستقبل البعيد جدًّا. إلّا أنّه قد يكون هنالك طريقة لتدمير أو" تلاشي" هذه الأجسام في نهاية الأمر. إن صحّت النظرية، فإنّ كلّ ما علينا فعله هو الانتظار.
There is nothing we could throw at a black hole that would do the least bit of damage to it. Even another black hole won’t destroy it– the two will simply merge into a larger black hole, releasing a bit of energy as gravitational waves in the process. By some accounts, it’s possible that the universe may eventually consist entirely of black holes in a very distant future. And yet, there may be a way to destroy, or “evaporate,” these objects after all. If the theory is true, all we need to do is to wait.
سنة 1974، افترض "ستيفن هاوكينج" عمليّةً قد تؤدّي بالثقب الأسود إلى خسارة كتلته تدريجيًّا. إشعاع هوكينج، كما اصطلح على تسميته، وهو مبنيٌّ على ظاهرة متأصّلة تدعى "التموّج الكمومي للفضاء." بحسب ميكانيكا الكمّ، فإن نقطة معيّنة في الزمكان تتذبذب بين عدّة أوضاع محتملة للطاقة. هذه التذبذبات يسوقها الاستحداث والتدمير المستمرّين لأزواج الجسيمات الافتراضيّة، والتي تتألّف من الجسيم وجسيمه المضاد المعاكس له في الشحنة.
In 1974, Stephen Hawking theorized a process that could lead a black hole to gradually lose mass. Hawking radiation, as it came to be known, is based on a well-established phenomenon called quantum fluctuations of the vacuum. According to quantum mechanics, a given point in spacetime fluctuates between multiple possible energy states. These fluctuations are driven by the continuous creation and destruction of virtual particle pairs, which consist of a particle and its oppositely charged antiparticle.
عادةً، يصطدم الاثنان ويفني أحدهما الآخر بُعيد ظهورهما، حفاظًا على الطاقة الكليّة. لكن ما الذي يحدث عندما يظهران بالضبط عند حافّة أفق الحدث للثقب الأسود؟ إن وُضِعا بالشكل الصحيح، فقد يفلت أحد الجسيمين من جاذبيّة الثقب الأسود بينما يسقط نظيره فيه. ثم سيفني جسيمًا آخرًا معاكسًا له في الشحنة ضمن أفق الحدث للثقب الأسود، مقلّصًا بذلك كتلة الثقب الأسود. في تلك الأثناء، بالنسبة لمراقب خارجيّ، سيبدو وكأنّ الثقب الأسود قد قذف بالجسيم المُفلت.
Normally, the two collide and annihilate each other shortly after appearing, preserving the total energy. But what happens when they appear just at the edge of a black hole’s event horizon? If they’re positioned just right, one of the particles could escape the black hole’s pull while its counterpart falls in. It would then annihilate another oppositely charged particle within the event horizon of the black hole, reducing the black hole’s mass. Meanwhile, to an outside observer, it would look like the black hole had emitted the escaped particle.
بالتالي، فإنّه ما لم يستمر الثقب الأسود بالاستحواذ على المزيد من المادة والطاقة، فإنّه سيتلاشى جسيمًا تلو الجسيم، بمعدلٍ بطيء بشكلٍ لا يطاق. بطيء إلى أيّة درجة؟ يعطينا أحد فروع الفيزياء، والذي يدعى "الديناميكا الحرارية للثقب الأسود" جوابًا.
Thus, unless a black hole continues to absorb additional matter and energy, it’ll evaporate particle by particle, at an excruciatingly slow rate. How slow? A branch of physics, called black hole thermodynamics, gives us an answer.
عندما تطلق الأجسام الاعتياديّة أو الأجرام السماويّة طاقة إلى محيطها، فإننا نستقبلها على شكل حرارة، ويمكننا استخدام انبعاثات طاقتها لقياس درجة حرارتها. الديناميكا الحرارية للثقب الأسود تقترح أنّه يمكننا أن نعيّن درجة الحرارة لثقب أسود بالطريقة ذاتها. إنّها تضع نظرية أنّه كلّما زادت كتلة الثقب الأسود، كلّما قلّت درجة حرارته. إنّ أكبر الثقوب السوداء في الكون تعطي درجة حرارة حوالي 10 مرفوعة إلى الأس -17 "كلفن" وهي قريبة جدًّا من الصفر المطلق. في حين أنّ واحدًا في كتلة كويكب (فستا) ستكون درجة حرارته قريبة من 200 درجة مئويّة، ولذلك يطلق كميّة كبيرة من الطاقة على هيئة إشعاع هوكينج إلى المحيط الخارجيّ البارد. كلّما صغر الثقب الأسود، كلّما بدا يحترق بحرارة أشد... وكلّما اقترب وقت انخماده تمامًا.
When everyday objects or celestial bodies release energy to their environment, we perceive that as heat, and can use their energy emission to measure their temperature. Black hole thermodynamics suggests that we can similarly define the “temperature” of a black hole. It theorizes that the more massive the black hole, the lower its temperature. The universe’s largest black holes would give off temperatures of the order of 10 to the -17th power Kelvin, very close to absolute zero. Meanwhile, one with the mass of the asteroid Vesta would have a temperature close to 200 degrees Celsius, thus releasing a lot of energy in the form of Hawking Radiation to the cold outside environment. The smaller the black hole, the hotter it seems to be burning– and the sooner it’ll burn out completely.
قريب إلى أيّة درجة؟ حسنًا، لا تحبس أنفاسك. أوّلًا، إن معظم الثقوب السوداء تنمو أو تستحوذ على المادة والطاقة، بطريقة أسرع من إصدارها لإشعاع هوكينغ. لكن حتّى لو أنّ ثقبًا أسودًا في كتلة شمسنا توقّف عن النمو، فإنه سيستغرق 10 مرفوعة للأس 67 من السنوات– العديد العديد من المقادير التي تفوق عمر الكون الحالي–– حتى يتلاشى تمامًا. عندما يبلغ الثقب الأسود حوالي 230 طنًّا متريًّا، فسيكون لديه ثانية واحدة أخرى فقط لكي يعيش. في تلك الثانية الأخيرة، سيتضاءل أفق حدثه بشكلٍ كبير، حتّى يطلق أخيرّا كامل طاقته للكون من جديد. وفي حين أنّه لم يتمّ رصد إشعاع هوكينج بطريقة مباشرة أبدًا، يعتقد بعض العلماء أنّ توهجات معيّنة لأشعّة جاما المكتشفة في السماء هي في الحقيقة مخلّفات اللّحظات الأخيرة لثقوب سوداء صغيرة، وبدائيّة تكوّنت في فجر التاريخ.
Just how soon? Well, don’t hold your breath. First of all, most black holes accrete, or absorb matter and energy, more quickly than they emit Hawking radiation. But even if a black hole with the mass of our Sun stopped accreting, it would take 10 to the 67th power years– many many magnitudes longer than the current age of the Universe— to fully evaporate. When a black hole reaches about 230 metric tons, it’ll have only one more second to live. In that final second, its event horizon becomes increasingly tiny, until finally releasing all of its energy back into the universe. And while Hawking radiation has never been directly observed, some scientists believe that certain gamma ray flashes detected in the sky are actually traces of the last moments of small, primordial black holes formed at the dawn of time.
وفي النهاية، في المستقبل البعيد لحدٍّ لا يكاد يُتصوَّر، قد يؤول الكون إلى مكان بارد ومظلم، لكن إن كان ستيفن هوكينج على حق، فقبل حدوث ذلك، فإن الثقوب السوداء المرعبة والمنيعة في الوقت ذاته سوف تنهي وجودها في وميضٍ متأجّجٍ أخيرٍ من العظمة.
Eventually, in an almost inconceivably distant future, the universe may be left as a cold and dark place. But if Stephen Hawking was right, before that happens, the normally terrifying and otherwise impervious black holes will end their existence in a final blaze of glory.