Dúpholl

Taispeánann an pictiúr seo déréalta atá comhdhéanta as gnáthréalta agus dúpholl. Tá imtharraingt mhillteanach an dúphoill ag baint ábhair den ghnáthréalta, ionas go gcruthaítear diosca fuillimh timpeall an dúphoill. Is féidir dúphoill a aithint ar an radaíocht a bhíonn dioscaí den chineál seo a astú.

Is é is poll dubh nó dúpholl ann ná réigiún sa spás-am a bhfuil a réimse imtharraingthe chomh láidir is nach féidir don tsolas féin éalú as. Go bunúsach, is toradh matamaiticiúil do theoiric na coibhneasachta ginearálta (an leagan fairsingithe de theoiric coibhneasachta Einstein) é an dúpholl, ach tá na réalteolaithe i ndiaidh sonrú a chur i gcuid mhaith réadanna aisteacha sa spás a d'fhéadfadh a bheith ina ndúphoill.

Tugtar léaslíne theagmhais ar theorainn sheachtrach an dúphoill. Ní teorainn é a d'fhéadfá a mhothú, ach mar sin féin, is teorainn é a chuirfeadh cor i do chinniúint dá dtrasnófá í, nó aon rud a fuarthas taobh istigh den teorainn, ní féidir dó éalú as an dúpholl, fiú ar feadh tamaillín. An rud a thitfidh isteach, fanfaidh sé istigh chomh cinnte agus atá an Cháisc ar an Domhnach, nó taobh istigh den dúpholl, tá na bealaí go léir ag dul níos doimhne isteach díreach chomh cinnte agus atá an t-am ag dul ar aghaidh ar an Domhan s'againn.

Go teoiriciúil, níl teorainn ar bith le méid an dúphoill. Go praiticiúil, tá súil ag na réaltfhisiceoirí go dtiocfaidh siad trasna ar dhúphoill a bhfuil a maiseanna idir mais na gnáthréalta agus mais na milliún réaltaí ar aon mhéid lenár nGrian féin (dúphoill fhor-ollmhóra).

Tá cuid mhaith fianaise ann atá ag tabhairt le fios go bhfuil dúphoill ann dáiríre. Faightear an cineál sin fianaise trí staidéar a dhéanamh ar na hastaíochtaí x-ghathanna atá ag teacht ó dhéréaltaí x-ghathacha nó ó núicléis ghníomhacha na réaltraí. Thairis sin, creidtear go mbíonn na dúphoill féin ag radú fuinnimh de thoradh iarmhairtí candam-mheicniúla ar a dtugtar radaíocht Hawking.

Stair

Dealraíonn sé gurbh é John Michell, an geolaí Sasanach, an chéad duine ar rith coincheap an dúphoill leis, cé nach raibh teoiric Einstein ann go fóill. In alt a chuir sé chuig Henry Cavendish agus ar fhoilsigh Cumann Ríoga na hEolaíochta, nó an Royal Society, é sa bhliain 1784, thug Mitchell an chéad chur síos ar an dúpholl. San am seo, bhí tuiscint na heolaíochta ar choincheap na himtharraingthe bunaithe ar theoiric Newton, agus bhí a fhios ag na daoine cheana céard is treoluas éalaithe ann (is é sin, an luas atá ag teastáil le héalú ó réimse imtharraingthe na rinne neimhe). D'oibrigh Michell amach, dá mbeadh rinn neimhe ann a bheadh 500 oiread níos mó ná ár nGrian ar trastomhas, agus an damhna inti ar aon dlús leis an damhna sa Ghrian, go mb'ionann treoluas éalaithe na rinne neimhe seo agus luas an tsolais. Dá mbeadh a leithéid de réad ann, bheadh sé dofheicthe, arsa Michell, ó nach n-éalódh an solas féin as. Dar le Michell, mar sin, bhí sé incheaptha go mbeadh na rinne neimhe is mó agus is troime amuigh dofheicthe ar fad, ó nach bhféadfadh an solas éalú uathu.

Sa bhliain 1796, chuir an matamaiticeoir Francach Pierre-Simon Laplace an smaoineamh céanna chun tosaigh sa chéad dá eagrán dá leabhar Exposition du système du Monde—baineadh an sliocht sin de na heagráin a foilsíodh ina ndiaidh sin. Níor tugadh mórán airde ar an smaoineamh seo sa naoú haois déag, ó chreid na saineolaithe féin go forleathan nach raibh sa solas ach tonn gan téagar, agus nach bhféadfadh an imtharraingt an solas a stopadh ar aon nós.

Sa bhliain 1915, d'oibrigh Albert Einstein amach teoiric nua faoin imtharraingt—Teoiric na Coibhneasachta Ginearálta. Bhí sé i ndiaidh a thaispeáint cheana féin go raibh an imtharraingt in ann an solas a chamadh. Cúpla mí ina dhiaidh sin, thaispeáin Karl Schwarzschild go raibh sé incheaptha, de réir na teoirice ar a laghad, go mbeadh dúphoill ann. Níor thuig Schwarzschild féin céard a bhí i gceist leis an tátal a bhain sé as teoiric Einstein, ach tamall beag ní ba déanaí, tháinig Johannes Droste, dalta de chuid Hendrik Lorentz, ar an bhfuascailt chéanna, agus thug sé cur síos ní b'fhairsinge ar shaintréithe an dúphoill.

Sa bhliain 1930, d'áitigh an matamaiticeoir Indiach Subrahmanyan Chandrasekhar, dá mbeadh mais ann arbh ionann í agus mais na Gréine méadaithe faoi 1.44, agus an mhais seo gan solas ná radaíocht eile a astú, go gcrapfadh sí isteach chuici féin faoi mheáchan a himtharraingthe féin (rud ar a dtugtar imphléascadh imtharraingteach), ó nach mbeadh aon rud á stopadh. Chuir Arthur Eddington ina aghaidh, nó bhí sé suite siúráilte go mbeadh bacainn éigin ann leis an imphléascadh seo a stopadh. Bhí an ceart ag an mbeirt acu. An abhacréalta bhán a sáraíonn a mais teorainn Chandrasekhar (1.44 Grian), is dual di imphléascadh, ach ní iompóidh sí ina dúpholl, nó stopfaidh an crapadh nuair a bheidh sí ina neodrónréalta. Má sháraíonn a mais teorainn Tolman-Oppenheimer-Volkoff (timpeall ar 3 Ghrian), áfach, ní bheidh sí in ann an t-imphléascadh a choinneáil siar, agus titfidh sí isteach inti féin ina dúpholl, de réir dlíthe fisiceacha de chineál chosúil.

Sa bhliain 1939, thairngir Robert Oppenheimer (an fear céanna a bhí i gceannas ar thionscadal an bhuama adamhaigh ina dhiaidh sin, dála an scéil) agus H. Snyder go bhféadfadh réalta an-mhór, an-téagartha imphléascadh a dhéanamh a d'fhágfadh ina dúpholl í. Is é sin, d'fhéadfadh sé go mbeadh teacht ar dhúphoill nádúrtha amuigh sa spás, de réir na teoirice ar a laghad. Ar dtús, ba nós leis na heolaithe "réalta shioctha" a thabhairt ar dhúphoill den chineál sin, nó dá mbeadh réalta ag crapadh isteach i dtreo na léaslíne teagmhais, d'fhágfaí a dromchla "sioctha" mar a bhí sí díreach nuair a shroich sé ga Schwarzschild agus an léaslíne theagmhais, de réir na matamaitice.

Níor bacadh leis na réadanna hipitéiseacha seo mórán roimh dheireadh na seascaidí. B'é dearcadh fhormhór na bhfisiceoirí nach raibh sna dúphoill ach seachthoradh matamaiticiúil d'fhuascailt Schwarzschild. Na réaltaí a bhí ag imphléascadh amuigh sa spás, ní ina ndúphoill a bhí siad ag iompú, dar leo.

Nuair a bhí an teoiric agus an gléasra breathnóireachta ag forbairt, thosaigh na réalteolaithe ag cur suim sna dúphoill arís ón mbliain 1967 ar aghaidh. Sa bhliain 1970, chruthaigh Stephen Hawking agus Roger Penrose go raibh na dúphoill chomh fite fuaite le teoiric Einstein faoin imtharraingt is nach mbeadh a bhfoirmiú le seachaint i gcásanna áirithe den imphléascadh imtharraingteach. Le fionnachtain na bpulsár—na neodrónréaltaí—b'éigean do na réalteolaithe glacadh leis an bhféidearthacht go mbeadh na dúphoill féin ann i ndiaidh an iomláin. Maidir leis an bhfocal féin—"dúpholl"—b'é an fisiceoir teoiriciúil John Wheeler a bhain úsáid as roimh aon duine eile, i léacht a thug sé ar an 29 lá de Mhí na Nollag 1967. Na réadanna a rith le Michell agus Laplace i dtréimhse fhisic Newton, is gnách "réaltaí dorcha" a thabhairt orthu len iad a aithint ó na "dúphoill" a bhaineann le teoiric na coibhneasachta ginearálta.

Fianaise

Foirmiú

De réir theoiric na coibhneasachta ginearálta, ní hamháin gur féidir go bhfuil dúphoill ann, ach go gcaithfidh dúpholl teacht chun saoil nuair a phacáiltear go leor maise i spás sách beag, nó nuair a bheidh an stuif pacáilte sách tiubh, tosóidh an próiseas ar a dtugtar imphléascadh imtharraingteach as a stuaim féin. De réir mar atá an mhais taobh istigh de shrianta áirithe ag fás, tá a himtharraingt ag dul i méadaíocht freisin. Deir teoiric na coibhneasachta go bhfuil an imtharraingt in ann an spás féin a chur as a riocht, a chamadh agus a chuarú, agus sa deireadh, beidh an spás agus an t-am timpeall na maise chomh cuaraithe is nach ligeann siad amach an solas féin. Ag an bpointe seo a chruthaítear léaslíne theagmhas, agus caithfidh an damhna agus an fuinneamh titim isteach iontu fein, crapadh isteach chucu chomh tiubh is nach féidir a leithéid de staid a mhíniú de réir dhlíthe na fisice féin. Mar shampla, dá mbrúfaí an Ghrian taobh istigh de sféar a bheadh timpeall ar thrí chiliméadar ar gha, nó timpeall ar shé chiliméadar ar trastomhas (nó timpeall ar 1/232,000 d'fhíormhéid na Gréine mar atá faoi láthair), chruthódh réimse imtharraingthe na Gréine léaslíne theagmhais ina timpeall, agus bheadh sí iompaithe ina dúpholl.

Nuair a rinneadh anailís chainníochtúil ar an smaoineamh seo, thángthas ar an tairngreacht nach mbeadh neodrónréalta a mb'ionann a mais agus mais cúig cinn de Ghrianta—nach mbeadh sí cobhsaí ina neodrónréalta, agus go dtitfeadh sí isteach inti féin le hiompú ina dúpholl. Creidtear go gcruthaítear neodrónréaltaí éagobhsaí den chineál seo nuair a dhéanann réaltaí atá idir 25 agus 30 Grian ar mais imphléascadh i ndeireadh a "mbeatha" mar ghnáthréaltaí. Is féidir freisin go bhfuil neodrónréalta chobhsaí ag fuilleamh damhna chuici—ná déantar dearmad de go bhfuil imtharraingt mhillteanach ag baint leis na neodrónréaltaí freisin, agus iad ag sú damhna as an spás chucu—go dtí go mbeidh sí róthrom le bheith cobhsaí.

Na dúphoill a thagann chun saoil de thoradh imphléascadh na réaltaí, ní bhíonn siad níos éadroime ná mais na Gréine méadaithe faoi thrí. Más ann d'aon dúpholl níos lú ná sin, is léir go raibh brú éigin ón taobh amuigh ag cuidiú le himtharraingt na réalta féin. Creidtear go raibh fórsaí millteanacha den chineál seo ar fáil i dtús stair na hOllchruinne, agus gur cruthaíodh dúphoill bheaga—dúphoill is éadroime ná an Ghrian féin—san am sin. Tugtar "dúphoill phríomhordúla" ar mhion-dúphoill den chineál seo.

Táthar ag déanamh, fosta, go bhfuil dúpholl mór millteanach (An Díothóir Mór, mar a thugtar air uaireanta) i gcroílár Bhealach na Bó Finne agus nach taise do na réaltraí eile é. Tá mais na milliún Grian comhchruinnithe i ngach dúpholl den chineál seo, agus freagraí éagsúla á dtabhairt ar an gceist, cad é mar a foirmíodh iad. Is é an chéad mhíniú ná go raibh réaltbhraisle mhór thiubh ann ar dtús agus go ndearna sí imphléascadh imtharraingteach. Deir an dara míniú go raibh réalta mhór ann ar dtús, mar a bheadh "síol" ann, agus í ag fuilleamh damhna chuici de réir a chéile, go dtí go raibh an oiread maise ann is gur imphléasc an t-"síolréalta" le dúpholl a dhéanamh. Is é an tríú míniú ná gur comhleádh dúphoill bheaga ceann i ndiaidh a chéile, go dtí go raibh an dúpholl for-ollmhór ann. An dóigh a dtéann dúpholl for-ollmhór den chineál sin i gcion ar an spás-am ina thimpeallacht, is féidir í a aithint i réigiúin spáis ar nós bhraisle Virgo, áit a bhfuil an réaltra úd M87 suite, chomh maith lena chuid comharsana.

Tugtar dúphoill maise idirmheánaí ar an gcineál dúpholl atá idir eatarthu idir na dúphoill atá ar aon mhais le gnáthréalta agus na cinn fhor-ollmhóra. Bíonn na dúphoill maise idirmheánaí cúpla míle Grian ar mais, de ghnáth. Tá an teoiric curtha chun tosaigh gurb iad na dúphoill seo a sholáthraíonn an fuinneamh do na foinsí forlonrúla X-ghathanna. Sa bhliain 2004, thángthas trasna ar dhúpholl maise idirmheánaí agus é ag timpeallú Saighdeoir A*, réad a chreidtear a bheith ina dhúpholl for-ollmhór. Níl na réalteolaithe ar aon fhocal faoin bhfionnachtain seo, áfach.

Ar na saoltaí seo, tá na heolaithe ag iarraidh samhlacha a oibriú amach a chuirfeadh ar a gcumas ceithre fhórsa bunaidh na hollchruinne a láimhseáil i dtéarmaí aon chineál matamaitice agus fisice amháin. Teoiricí áirithe a cumadh leis an bhfadhb seo a fhuascailt, is impleacht dóibh go bhfuil sé indéanta micrea-dhúpholl a fhoirmiú faoi imthoscaí saotharlainne, i luasairí cáithníní mar shampla—dúpholl beag bídeach nach mairfeadh ach tamall an-ghearr ar fad.

Breathnú agus aithint

Tá an dúpholl dubh, ós rud é nach ligeann sé d'aon chineál radaíochta—gan aon trácht a dhéanamh ar an solas—éalú as. Le dúphoill a aithint agus le sonrú a chur iontu, ní mór taighde a dhéanamh ar an bhfianaise indíreach, ar na hiarmhairtí éagoitianta a tharraingíonn réad trom dofheicthe ar a thimpeallacht, mar shampla:

• an lionsú imtharraingteach;
• na scairdeanna réaltracha — is é sin, na scairdeanna cáithníní a bhíonn á mbrúchtadh as núicléas an réaltra;
• na réaltaí atá ag timpeallú píosa de spás folamh nach bhfuil damhna ar bith le feiceáil ann.

Is é is brí leis an lionsú imtharraingteach ná an dóigh a bhfuil imtharraingt láidir an dúphoill ag cuarú an spáis agus na ngathanna solais. Tá an Ghrian féin ábalta na gathanna solais a chuarú beagáinín, ach tá an iarmhairt seo i bhfad níos láidre i dtimpeallacht an dúphoill. Bíonn an solas, fiú, ag dul i bhfáinní timpeall an dúphoill. Mar sin, is féidir sraith réaltaí a fheiceáil in aice leis an dúpholl nach bhfuil iontu, le fírinne, ach íomhánna den réalta chéanna.

Na hiarmhairtí is feiceálaí, áfach, tá baint acu leis an damhna atá á bhailiú nó á fhuilleamh chuig an dúpholl. An damhna a tharraingíonn an dúpholl ina leith, bailítear é i ndiosca fuillimh atá iontach te, agus é ag dul timpeall an dúphoill go géar gasta. De thoradh a shlaodachta inmheánaí, éiríonn an diosca iontach te, agus é ag astú flúirse radaíochta uaidh. Tá an próiseas seo iontach éifeachtach ag tiontú damhna go radaíocht, agus é in ann fuinneamh a dhéanamh de dheich faoin gcéad de mhais an damhna. Ní féidir leis an mbuama hidrigine féin ach céatadán an-bheag den mhais a fhuinnmhiú mar sin. Iarmhairtí eile ar féidir sonrú a chur iontu is ea na scairdeanna caola de cháithníní a bhíonn á mbrúchtadh i dtreo ais rothlaithe an diosca fuillimh, agus luas coibhneasaíoch fúthu—is é sin, luas chomh mór nach féidir cur síos sásúil a thabhairt ar ghluaiseacht na scairdeanna seo gan duil i muinín theoiric na coibhneasachta.

Ní mór cuimhne a choinneáil air, áfach, go bhfuil teacht ar dhioscaí fuillimh, scairdeanna, agus fhithiseoirí i dtimpeallacht réadanna troma téagartha eile seachas dúphoill amuigh sa spás, neodrónréaltaí agus abhacréaltaí bána mar shampla, agus bíonn dinimic na réadanna timpeall na n-aomthóirí seo sách cosúil le dinimic na réadanna atá á n-aomadh ag na dúphoill. Dá réir sin, táthar ag déanamh an-taighde ar shaintréithe na ndioscaí fuillimh inniu, agus na réalteolaithe ag dul i dtuilleamaí fhisic na réimsí maighnéadacha agus an phlasma le fáil amach cad é atá ag titim amach ansin dáiríre. Mar sin, is é an t-aon rud amháin a ndéanann an diosca fuillimh agus na réadanna ar a bhfithisí fianaise leis ná go bhfuil rud éigin trom téagartha ann, ach is beag is féidir a rá i dtaobh an ruda sin féin. Leis an rud sin a shainaithint mar dhúpholl, caithfidh muid a chruthú nach bhféadfadh aon chineál réad eile a bheith mar chúis leis na hiarmhairtí ina thimpeall.

Íomhá de dhúpholl, glactha ag Teileascóp Event Horizon sa bhliain 2019

Difríocht thábhachtach inaitheanta idir na dúphoill agus na réadanna dlútha eile is ea go bhfuil dromchla soiléir, fiú crua, ag na réadanna nach dúphoill iad. An damhna atá á fhuilleamh timpeall an réada, buaileann sé faoin dromchla sin, agus luas coibhneasaíoch faoi. Ina leithéid d'imbhualadh, tiontaítear fuinneamh cinéiteach an damhna go teas. Thairis sin, agus an damhna ag dul i bhflúirse in aice leis an dromchla, tosaíonn sé á "dhó" in imoibriú teirmeanúicléach. Cruthaíonn na próisis seo bladhmanna móra neamhrialta de X-ghathanna agus radaíocht chrua eile. Má tá comhchruinneagán dlúth de mhais againn nach mbíonn bladhmanna den chineál sin ag lasadh suas as, is dócha gur dúpholl atá ann, nó níl dromchla ag an dúpholl a bhféadfadh an damhna bualadh faoi.

Réadanna ar féidir gur dúphoill iad

Tá go leor fianaise indíreach ann ó na breathnuithe réalteolaíochta a thugann le fios go mbíonn dúphoill ann dáiríribh. Is iad na cineálacha de dhúphoill atá aitheanta ar an dóigh seo ná:

• dúphoill ar aon mhais le réalta, is é sin, cinn atá ó ceithre oiread go cúig oiread déag níos troime ná an Ghrian, agus

• dúphoill olltéagartha, agus iad idir 10⁵ agus 10¹⁰ oiread níos troime ná an Ghrian (is é sin, ó chéad míle Grian go deich mórmhilliún Grian).

Tá fianaise áirithe ann ar dhúphoill a bhíonn idir eatarthu ó thaobh na maise de, agus ceann acu cúpla céad nó cúpla míle oiread níos troime ná an Ghrian. Creidtear gur dúphoill den chineál seo atá i gceist leis na foinsí sárlonracha x-ghathanna.

Dúphoill olltéagartha i gcroí na réaltraí gníomhacha

Leis na scórtha bliain, tugann na réalteolaithe "réaltraí gníomhacha" ar réaltraí áirithe a bhfuil saintréithe neamhghnácha ag roinnt leo, go háirithe réaltraí a bhíonn ag astú radaíochta ag minicíochtaí as an ngnáth, nó réaltraí atá ina bhfoinsí láidre radathonnta. Tugann na teoiricí agus na breathnuithe le fios go bhfuil dúphoill mhóra mhillteanacha i gcroílár na réaltraí seo. Creidtear go bhfuil dúpholl olltéagartha i lárphointe réaltra den chineál sin, agus é na milliúin nó fiú na billiúin oiread níos troime ná an Ghrian. Tá diosca fuillimh ag casadh timpeall an dúphoill, is é sin, diosca ina gcomhchruinnítear an damhna atá ag druidim i dtreo an dúphoill faoi thionchar a imtharraingthe. Tá dhá scaird ag séideadh as an dúpholl, agus iad ingearach i gcoibhneas an diosca fuillimh.

Saintréithe an Dúphoill

Leis na dúphoill a phlé i dtéarmaí na fisice agus na matamaitice, caithfidh muid glacadh leis an tuiscint a thugann teoiric na coibhneasachta dúinn ar an spás-am: is é sin, tá mais mhillteanach an dúphoill in ann céimseata an spáis ina timpeall a chuarú, a dhíchumadh agus a chur as a riocht, agus sin é an fáth go bhfuil an dúpholl chomh coimhthíoch sin againn.

Réimse na hImtharraingthe

Taobh amuigh den dúpholl féin, tá a réimse imtharraingthe cosúil le réimse imtharraingthe gach réad sféarúil a mbeadh an mhais chéanna ann. Mar sin, an rud atá ceaptha ag réimse imtharraingthe an dúphoill, ní chaithfidh sé titim isteach sa pholl mura dtaga sé róchóngarach dó. Má fhanann sé sách fada ón bpoll, is féidir dó an poll a thimpeallú mar a bheadh gnáthphláinéad ann agus é ag fithisiú gnáthréalta. Ní bhíonn na hiarmhairtí coibhneasaíocha inaitheanta ach i gcóngar don dúpholl.

An Léaslíne Theagmhais

Is é an léaslíne theagmhais "dromchla" an dúphoill. Níl an dromchla seo ann ach sa chiall mhatamaiticiúil, nó níl aon dromchla ábhartha ná inmhothaithe ann - ní "droim" é a bhféadfá imbhualadh leis. De réir Stephen Hawking, mura bhfuil an dúpholl ag rothlú ar a ais, is ionann a léaslíne theagmhais agus sféar. Is ionann ga an sféir seo—an fad ó lárphointe an dúphoill go dtí an sféar—agus ga Schwarzschild. Ag an léaslíne theagmhais, is ionann treoluas éalaithe an dúphoill agus luas an tsolais. Taobh istigh de, tá sé níos mó ná luas an tsolais—is é sin, le héalú ó réimse imtharraingthe an dúphoill, chaithfeá a bheith ann luas an tsolais a shárú. Ós rud é nach féidir le haon réad fisiceach is aithin don duine luas an tsolais a shárú, ní féidir le haon réad fisiceach éalú as an dúpholl. Féadann na cáithníní agus na réadanna an léaslíne a thrasnú, ós rud é nach n-aithnítear aon teorainn fhisiceach ná constaic ansin, ach ní fhéadann siad an réigiún taobh istigh den léaslíne a fhágáil a thuilleadh.

Ós rud é nach bhfuilimid in ann dul isteach sa dúpholl, taighde a dhéanamh air agus filleadh le cur síos a thabhairt ar a bhfaca muid istigh ansin, ní mór dúinn glacadh leis nach bhfuil de shaintréithe ag na dúphoill ach na saintréithe atá inaitheanta ón taobh amuigh. Mar sin, le cur síos iomlán a thabhairt ar an dúpholl, níl gá ach le trí luach a shainiú: a mhais, a lucht leictreach, agus a mhóiminteam uilleach (is é atá i gceist leis an móiminteam uilleach, nó "móimint an mhóimintim", ná cáilíocht fhisiceach a thaispeánann, cé chomh sciobtha atá an réad ag rothlú ar a ais). Mar a dúirt an fisiceoir John Archibald Wheeler, "níl folt gruaige ar bith ar an dúpholl", is é sin, ní féidir dhá dhúpholl a aithint thar a chéile ach ar an trí luach seo.

Díchumadh an Spás-Ama agus an Fráma Tagartha

Réadanna atá faoi thionchar an réimse imtharraingthe, géilleann siad don iarmhairt ar a dtugtar an t-amleathadh. Is é sin, dá láidre an imtharraingt, is ea is moille a bhíonn an t-am ag sleamhnú thart. Ní aithníonn na daoine an difríocht, nó feiceann siad ar na cloig an t-am ag dul ar aghaidh mar is dual dó, ach má théitear i dteagmháil arís leo siúd a chaith an tamall céanna i réimse imtharraingthe a bhí níos laige, taispeánfaidh comparáid na n-uaireadóirí an difríocht ama. Cé go bhfuil coincheap an amleata ag dul in aghaidh stoith ar an duine, is rud é atá cruthaithe go heimpíreach i dturgnaimh agus i dtástálacha, agus cuireann an Córas Suite Domhanda (GPS, Global Positioning System), mar shampla, an t-amleathadh san áireamh ina obair.

An breathnóir atá ag coinneáil súile ar réad atá ag titim isteach, ní fheicfidh sé riamh é ag dul tríd an léaslíne theagmhais, toisc go bhfuil an t-amleathadh chomh láidir i réimse imtharraingthe an dúphoill. Ní fheicfidh sé é ach ag teacht i gcóngar don léaslíne, ag druidim isteach léi gan í a shroicheadh choíche. San am céanna, tá an réad ag éirí níos dofheicthe, agus an solas atá ag teacht uaidh á dheargaistriú faoi thionchar na himtharraingthe. Sa deireadh, beidh tonnfhad an tsolais deargaistrithe as raon na feiceála, agus an réad imithe go hiomlán, sula mbuaile sé an léaslíne ar aon nós.

Maidir leis an mbreathnóir atá ag titim isteach sa dúpholl, rachaidh sé trasna an léaslíne gan aon rud as an ngnáth a mhothú—ar acht go bhfuil an dúpholl sách mór. Mura bhfuil, mhothóidh sé na fórsaí taoidmheara á streachailt as a chéile i bhfad roimh an léaslíne féin. Maidir leis an deargaistriú, ní féidir a rá cé acu a fheicfidh sé na réadanna deargaistrithe nó gormaistrithe—tá sé ag brath ar a ruthag isteach sa dúpholl. Nó is amhlaidh go mbeidh an solas, mar a fheicfidh sé féin é, gormaistrithe ag imtharraingt an dúphoill, ach san am céanna, beidh sé deargaistrithe ag treoluas an bhreathnóra féin.

Taobh Istigh den Léaslíne Theagmhais

Nuair atá an breathnóir tar éis an léaslíne theagmhais a thrasnú, tá a phort seinnte, agus é ag titim isteach sa tsingilteacht. Níl neart air, nó má bhaineann sé úsáid, abair, as roicéid le teacht slán ón imtharraingt, ní dhéanfaidh sé ach géarú ar a luas i dtreo na singilteachta.

Agus é ag druidim isteach leis an tsingilteacht, stróicfidh na fórsaí taoidmheara as a chéile é. Is é is cúis leis na fórsaí taoidmheara ná nach ionann an imtharraingt i ngach pointe den réimse imtharraingthe. Le fiche focal a chur in aon fhocal amháin: nuair atá tú ag titim i ndiaidh do chos isteach sa dúpholl, tá an imtharraingt ag dul i méadaíocht chomh sciobtha is go bhfuil sí ag oibriú ar do chosa i bhfad níos láidre ná ar do chloigeann. Mar sin, stróicfidh sí do chosa asat. Le fírinne, tá an imtharraingt ag fás chomh gasta in aice leis an tsingilteacht is go stróicfidh sí as a chéile do chuid adamh féin—ní bheidh fágtha díot, sa deireadh, ach líne fhada de cháithníní fo-adamhacha, agus iad á sú isteach ag an tsingilteacht. Is é an t-ainm atá ar an bpróiseas seo ná spaigitiú, ós rud é go ndéantar "spaigití" den réad, nó den bhreathnóir, atá ag titim isteach sa dúpholl.

An tSingilteacht

I gcroílár an dúphoill atá an tsingilteacht, áit a bhfuil imtharraingt an dúphoill éigríochta, agus an spás-am cuaraithe go hinfinideach freisin. Le fírinne, is coincheap matamaiticiúil í an tsingilteacht ar dtús, agus é ag tagairt d'áiteanna nach féidir luach na feidhme, cuir i gcás, a shainiú iontu. Mar shampla, samhlaigh duit an fheidhm mhatamaiticiúil seo:

$f(x)={\frac {1}{x}}$

Singilteacht mhatamaiticiúil is ea x = 0 don fheidhm seo, nó má táimid ag druidim i dtreo an nialais ón taobh clé, tá f(x) ag dul i dtreo na héigríche diúltaí, agus má táimid ag druidim i dtreo an nialais ón taobh deas, tá f(x) ag dul i dtreo na héigríche deimhní.

Is minic a bhíonn na fisiceoirí míshásta leis na singilteachtaí sna samhlacha matamaiticiúla de na feiniméin fhisiceacha, nó is é is impleacht don tsingilteacht go bhfuil teipthe ar an tsamhail, sa phointe áirithe sin ar a laghad. Mar sin, is iomaí fisiceoir a shíleann go bhfuil teoiric níos fearr de dhíth leis an dúpholl a mhíniú go sásúil. Cibé scéal é, níl a fhios againn faoi láthair a dhath faoin staid ina bhfuil an damhna i singilteacht an dúphoill, agus muid i dtuilleamaí fhisic an lae inniu.

Dúphoill atá ag Rothlú

An léargas a fuair muid ar an dúpholl thuas, tá sé bunaithe ar an réamhchoinníoll nach bhfuil an dúpholl á chasadh ar a ais. Go praiticiúil, áfach, bíonn na réaltaí ag rothlú, agus deir dlí imchoimeád an mhóimintim uilligh go gcaithfidh an dúpholl rothlú freisin, má bhí an réalta ag rothlú as ar fáisceadh an dúpholl. Mar sin, is dócha go mbíonn na fíor-dhúphoill ag rothlú, agus má bhíonn, caithfidh muid an rothlú sin a chur san áireamh sa chur síos a thugaimid ar an dúpholl mar fheiniméan nádúrtha. B'é an matamaiticeoir Nua-Shéalannach Roy Kerr a leag amach teoiric na ndúpholl atá ag rothlú, agus mar sin, is gnách "poll Kerr" a thabhairt ar an gcineál seo dúpholl.

Tá dhá léaslíne ag poll Kerr. Ar ndóigh, tá an léaslíne theagmhais ann agus é sféarúil, ach thairis sin, taobh amuigh den léaslíne seo, tá cineál fáinne eileapsóideach ar a dtugtar eirgisféar. Tugtar teorainn na cónaitheachta ar an ath-léaslíne a bhfuil an t-eirgisféar suite idir í agus an fhíor-léaslíne theagmhais, agus an dá léaslíne ag cuimilt le chéile ag pol thuaidh agus pol theas an dúphoill. Na réadanna atá istigh san eirgisféar, tá siad ag dul timpeall an dúphoill in aon treo leis an eirgisféar, agus ní féidir leo bheith socair i gcomparáid le haon réad taobh amuigh den eirgisféar. Ní chaithfidh siad titim isteach sa dúpholl féin, nó má thugann an t-eirgisféar a ndóthain fuinneamh gluaiseachta dóibh, is féidir go dteilgfear amach iad.

Má rothlaíonn an dúpholl sách luath, imeoidh an léaslíne ar fad, ionas go nochtfar an tsingilteacht, agus í in ann a tionchar a imirt ar an ollchruinne ina timpeall. Ábhar scéalta uafáis is ea an tsingilteacht nocht, ós rud é nach bhfuil a fhios ag aon duine cad is féidir léi a dhéanamh nó cad é an cineál staid ina bhfuil an damhna sa tsingilteacht ar aon nós—d'fhéadfadh sí na dlíthe nádúrtha féin a chur as a riocht ina timpeallacht. Níor cuireadh sonrú in aon tsingilteacht nocht riamh, áfach, agus deir saineolaithe áirithe go bhfuil "cinsireacht chosmach" i bhfeidhm—is é sin, gur dual don léaslíne theagmhais gach singilteacht a cheilt ón ollchruinne, agus sin a bhfuil de.

An Eantrópacht agus Radaíocht Hawking

Sa bhliain 1971, thaispeáin Stephen Hawking nach féidir d’achar iomlán na léaslíne teagmhais ag aon chruinneagán de dhúphoill chlasaiceacha (is é sin, dúphoill atá dá n-iompar de réir dhlíthe na fisice clasaicí) crupadh ná dul i laghad ar aon nós. Is féidir an dlí seo a chur i gcomparáid le Dara Dlí na Teirmidinimice, ach amháin go raibh achar na ndúpholl curtha in áit na heantrópachta. De réir na fisice clasaicí, d’fhéadfá an dlí nádúrtha seo a shárú, dá dtitfeadh damhna sa dúpholl agus é ag tréigean ár n-ollchruinne féin, ionas go rachadh iomlán na heantrópachta an oiread céanna i laghad san ollchruinne. Dá thoradh sin, rith le Jacob Bekenstein an chiall a bhaint as an scéal go bhfuil a eantrópacht féin ag an dúpholl, agus go bhfuil an eantrópacht sin ag brath ar achar léaslíne theagmhais an dúphoill. Ós rud é nach bhfuil an dúpholl clasaiceach ag astú radaíocht d’aon chineál, ní raibh ann, ar dtús, ach analach. Mar sin féin, sa bhliain 1974, chuir Hawking teoiric an chandamréimse in oiriúint don spas-am chuaraithe timpeall na léaslíne teagmhais, agus fuair sé amach go bhfuil na dúphoill in ann sórt radaíocht theirmeach a astú—radaíocht Hawking, mar a thugtar uirthi inniu. De réir an chéad dlí i meicníc na ndúpholl, is ionann eantrópacht an dúphoill agus ceathrú cuid d’achar a léaslíne teagmhais. Is toradh uileghabhálach é seo, agus is féidir é a fhairsingiú ar léaslínte teagmhais den chineál a chastar orainn i dteoiricí cosmeolaíochta, cosúil le spás de Sitter. Níos déanaí, cuireadh in iúl gur réadanna uasmhéideacha ó thaobh na heantrópachta de iad na dúphoill, is é sin, gurb ionann uasmhéid na heantrópachta i réigiún den spas agus eantrópacht an dúphoill is mó is féidir a thoilleadh sa réigiún sin. Ba toradh don méid seo an prionsabal holagrafach.

Ar radaíocht Hawking a aithnítear sainteocht an dúphoill. Is féidir an teocht sin a chomhaireamh, más eol dúinn eantrópacht an dúphoill. Le fírinne, tá an teocht seo ag dul i laghad agus an dúpholl féin ag éirí níos mó. Is iad na dúphoill is mó na cinn is fuaire. Dá mbeadh dúpholl againn arbh ionann a mhais, a bheag nó a mhór, agus mais an phláinéid úd Mearcair, bheadh a theocht sa chothromaíocht dá mb’ionann í agus teocht na radaíochta cúlraí micreathonnta (timpeall ar 2.73 K). An dúpholl atá níos téagartha ná sin, tá sé níos fuaire ná an radaíocht chúlrach. Tá sé ag sú isteach fuinnimh óna thimpeallacht níos luaithe ná mar atá sé á chailleadh le radaíocht Hawking. Mar sin féin, má tá an dúpholl níos lú, tá sé ag cailleadh fuinnimh go sciobtha leis an radaíocht sin, agus é ag éirí níos teo dá réir. D’fhéadfá a rá go bhfuil sé á ghalú. Cé go bhfuil an iarmhairt seo rólag le tabhairt faoi deara ag dúphoill mhóra, bheadh sí go mór mór i gceist ag dúphoill bheaga den chineál hipitéisiúil, ós rud é go bhfuil an-tionchar ag na hiarmhairtí candam-mheicniúla orthu. Creidtear, dá mbeadh dúpholl beag againn, go n-imeodh sé ina ghal soip go tiubh téirimeach ag cailleadh maise le radaíocht Hawking, go dtí go bpléascfadh sé ina bhrúchtadh mhór radaíochta.

Aonadacht na nDúpholl

Ceist gan fhreagra i gcónaí í ceist aonadachta na ndúpholl, nó paradacsa cailliúna an eolais. De réir na fisice clasaicí, is ionann iad dlíthe na fisice cuma cé acu atáimid ag dul ar aghaidh nó ar gcúl san am. Dá bhféadfaimis suíomh agus treoluas gach cáithnín san Ollchruinne a thomhas, d'fhéadfaimis stair na hollchruinne a oibriú amach tríd na cáithníní a leanúint ar ais san am. Sa mheicnic chandamach, comhfhreagraíonn an prionsabal seo do choincheap tábhachtach na haonadachta, a bhfuil baint aige le himchoimeád na dóchúlachta.

Is féidir, áfach, go sáraíonn na dúphoill an prionsabal seo. Mar is gnách leis na fisiceoirí a rá, níl folt gruaige ar an dúpholl—nuair a d'imigh réad éigin isteach ansin, níor fágadh "oideas" i ndiaidh an réada a cheadódh dúinn é a atógáil. Sin é an rud atá i gceist againn le "cailliúint an eolais" nó "imeacht an eolais" sa dúpholl. Ón taobh eile de, áfach, mar a dúradh, ní fheicfear an réad choíche ag dul isteach tríd an léaslíne, agus mar sin, is féidir a rá nach gcailltear an t-eolas, i ndiaidh an iomláin.