افق رویداد

در اخترفیزیک، افق رویداد (به انگلیسی: Event Horizon)، مرزی است که فراتر از آن، رویدادها قادر به اثرگذاری برروی ناظر نیستند. این اصطلاح را ولفگانگ ریدلر ابداع نمود.[1]

بخشی از سری مقالات در مورد:
نسبیت عام
معادلات میدان اینشتین
آشنایی با نسبیت عام عصر طلایی نسبیت عام ریاضیات نسبیت عام آزمون‌های نسبیت عام
مفاهیم بنیادین اصل نسبیت نظریه نسبیت هموردایی عام معیت نسبیت همزمانی سینماتیک رویداد (نسبیت) چارچوب مرجع دستگاه مرجع لخت جرم (فیزیک) جرم (فیزیک) Rest frame Center-of-momentum frame انحنا ژئودزیک Geon اصل هم‌ارزی جرم در نسبیت عام هم‌ارزی جرم و انرژی اصل ناوردایی جرم نامتغیر Spacetime symmetries نسبیت خاص Doubly special relativity de Sitter invariant special relativity لائورنت نوتال سرعت نور مشتق زمانی زمان ویژه Proper length انقباض طول Action at a distance Principle of locality هندسه ریمانی شرایط انرژی
پدیده‌ها مغناطیس گرانشی مسئله دو جسم در نسبیت عام گرانش میدان گرانشی پتانسیل گرانشی همگرایی گرانشی امواج گرانشی انتقال به سرخ گرانشی انتقال به سرخ انتقال‌به‌آبی اتساع زمان اتساع زمان گرانشی تأخیر شاپیرو پتانسیل گرانشی Gravitational compression رمبش گرانشی کشش چارچوب اثر ژئودزیکی Apparent horizon افق رویداد تکینگی گرانشی تکینگی برهنه سیاه‌چاله سفیدچاله فضازمان پیکان زمان مخروط نوری خط جهانی فضای سه‌بعدی فضای چهاربعدی فضا زمان منیفلد (هندسه) منیفلد دیفرانسیل‌پذیر Riemannian manifold Configuration space فضای حالت (فیزیک) فضای فاز فضای هیلبرت فضای اقلیدسی فضای توپولوژی Topological defect نمودار مینکوفسکی فضای مینکوفسکی Lorentz scalar Closed timelike curve (CTC) کرم‌چاله Ellis wormhole
معادلات فرمالیسم‌ها معادلات گرانش خطی‌شده معادلات میدان اینشتین معادلات فریدمان ژئودزیک‌ها در نسبیت عام Mathisson–Papapetrou–Dixon معادله همیلتون-ژاکوبی-اینشتین Curvature invariant (general relativity) تبدیل لورنتس منیفلد شبه ریمانی Globally hyperbolic manifold Causality conditions ساختار علی فرمالیسم‌ها صورت‌گرایی ای‌دی‌ام صورت‌گرایی بی‌اس‌اس‌ان Newman–Penrose صورت‌گرایی پسانیوتنی پارامتری نظریه پیشرفته نظریه برانس دیکی فرضیه سانسور کیهانی نظریه کالوزا-کلین گرانش کوانتومی ابرگرانش
حل‌ها Relativistic disk متریک شوارتس‌شیلد (interior) متریک رایسنر-نوردشتروم متریک گودل متریک کر نیومن متریک (کر) متریک کازنر Lemaître–Tolman فضای تاب–نات مدل میلن متریک فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر فضازمان موج پی پی غبار ون استاکم Weyl–Lewis–Papapetrou Vacuum solution
قضایا Birkhoff's theorem Geroch's splitting theorem Goldberg–Sachs theorem Lovelock's theorem نظریه بدون مو قضایای تکینگی پنروز-هاوکینگ Positive energy theorem
دانشمندان آلبرت اینشتین هندریک لورنتز دیوید هیلبرت آنری پوانکاره کارل شوارتزشیلد ویلم دو سیتر هانس رایسنر گونار نوردشتروم هرمان ویل آرتور استنلی ادینگتون الکساندر فریدمان ادوارد آرتور میلن فریتس تسوئیکی ژرژ لومتر کورت گودل جان ویلر هاوارد پرسی رابرتسون جیمز ماکسول باردین آرتور جئوفری واکر روی کر سوبرامانیان چاندراسخار یورگن الرس راجر پنروز استیون هاوکینگ امل کومار ریچادوری جوزف تیلور راسل هالس ویلم ژاکوب ون استاکم آبراهام هاسکل تاب ازرا نیومن شینگ تونگ یائو کیپ تورن مشارکت‌کنندگان در نسبیت عام

در ۱۷۸۴، جان میچل پیشنهاد نمود که در مجاورت با اشیاء فشرده سنگین، گرانش ممکن است به حدی قوی باشد که حتی نور هم قادر به فرار کردن از آن نباشد. در آن زمان، نظریه گرانش نیوتونی و نظریه ذره‌ای نور غالب بودند. در این نظریات، اگر سرعت فرار شیء از سرعت نور عبور کند، آنگاه نوری که از درون آن نشأت می‌گیرد، ممکن است موقتاً فرار کند، اما در نهایت مجبور به بازگشت خواهد بود. در ۱۹۵۸، دیوید فینکلشتاین از نسبیت عام بهره جست تا تعریفی سخت‌گیرانه تر از افق رویداد یک سیاه‌چاله موضعی ارائه نماید، بدین صورت که در این نوع سیاه‌چاله‌ها، افق رویداد مرزی است که فراتر از آن رویدادها قادر به هیچ نوع اثرگذاری روی ناظر بیرونی نخواهند بود. این تعریف منجر به تناقضات اطلاعاتی و دیوار آتشین شد، که به ارزیابی مجدد مفهوم افق‌های رویداد موضعی و سیاه‌چاله‌ها انجامید. سپس، نظریات گوناگونی توسعه یافتند که برخی‌شان افق رویداد داشتند درحالی که بقیه فاقد آن بودند. استیون هاوکینگ، که یکی از توسعه‌دهندگان پیشرو در ارتباط با نظریات توصیف‌گر سیاه‌چاله‌ها بود، پیشنهاد کرد که باید به جای افق رویداد، مفهوم «افق ظاهری» به کار برده شود، او می‌گفت که «فروپاشی گرانشی، منجر به تولید افق ظاهری می‌شود، نه افق رویداد». در نهایت نتیجه گرفت که «در این طرز تفکر که سیاهچاله به معنای عدم توانایی نور در فرار به بی نهایت است، عدم وجود افق‌های رویداد، به این معنا خواهد بود که هیچ سیاه‌چاله‌ای به‌وجود نمی‌آید.»[2][3] قصد او انکار وجود سیاه‌چاله‌ها نبود، بلکه صرفاً می‌خواست بی اعتمادیش را نسبت به تعریف سخت‌گیرانه مذکور از افق رویداد را بیان نماید.

هر شیء که به افق نزدیک شود، از دید سمت ناظر، در حال کم کردن سرعت به نظر آمده و هیچ‌گاه به‌طور کامل از افق رویداد عبور نمی‌کند.[4] به علت انتقال به سرخ گرانشی، تصویر شیء با دورتر شدن از ناظر، در طول زمان سرخ‌تر می‌شود.[5]

در یک جهان در حال انبساط، سرعت انبساط به سرعت نور رسیده و حتی از آن فراتر می‌رود، که از خروج سیگنال‌های برخی مناطق جلوگیری می‌کند. افق رویداد کیهانی، یک افق رویداد واقعی است، چرا که برروی تمام انواع سیگنال‌ها ازجمله موج گرانشی که با سرعت نور طی مسیر می‌کند نیز اثرگذار است.

انواع خاص تری از افق، شامل افق‌های ظاهری و مطلق است که با وجود مرتبط بودن، متمایز بوده و در اطراف سیاه‌چاله قرار دارند. انواع افق‌های متمایز دیگری نیز وجود دارند که این موارد را شامل می‌گردند: افق‌های کوشی و کیلینگ است؛ کره فوتونی و کارکره‌ی راه‌حل کر؛ افق‌های ذره‌ای و کیهانی مرتبط با کیهان‌شناسی؛ و افق‌های ایزوله و دینامیکی که در تحقیقات جاری روی سیاه‌چاله‌ها حائز اهمیت اند.

افق رویداد کیهانی

در کیهان‌شناسی، افق رویداد جهان مشاهده‌پذیر، بزرگترین فاصله هم-حرکتی است که نور منتشر شده کنونی از آن فاصله قادر است در آینده به ناظر برسد. این با مفهوم افق ذره متفاوت است، که نمایانگر بیشترین فاصله‌ای است که از آن فاصله، نوری که در گذشته منتشر شده، قادر است به ناظر در زمان مورد نظر برسد. برای رویدادهایی که فراتر از این فاصله رخ می‌دهند، نور زمان کافی برای رسیدن به مکان ما را نداشته، حتی اگر در آغاز شروع جهان منتشر شده باشد. تکامل افق ذره برحسب زمان، بسته به ماهیت انبساط جهان دارد. اگر انبساط مشخصه‌های ویژه‌ای داشته باشد، بخش‌هایی از جهان هیچ وقت مشاهده‌پذیر نخواهد بود، فرقی نمی‌کند که ناظر چقدر منتظر ورود نور از آن نواحی باشد. مرزی که رویدادها فراتر از آن قابل مشاهده نباشند را افق رویداد گفته، و نمایانگر حداکثر گسترهٔ افق ذره‌ایست.

محکی برای تعیین یک افق ذره‌ای برای جهان وجود دارد به این صورت:

فاصله هم-حرکتی ${\displaystyle d_{p}}$ به صورت زیر تعریف می‌شود:

${\displaystyle d_{p}=\int _{0}^{t_{0}}{\frac {c}{a(t)}}\,dt.}$

در این معادله، a فاکتور مقیاس، c سرعت نور، و ${\displaystyle t_{0}}$ سن جهان است. اگر ${\displaystyle d_{p}\rightarrow \infty }$ (یعنی، نقاط دلخواه در دورترین فواصل قابل رؤیت)، آنگاه هیچ افق رویدادی وجود نخواهد داشت. اگر ${\displaystyle d_{p}\neq \infty }$، آنگاه افقی وجود خواهد داشت.

مثال‌هایی از مدل‌های کیهانی بدون افق رویداد، جهان‌هایی اند که ماده یا تشعشع برآن‌ها قلبه یافته باشد. به عنوان مثالی از مدل کیهان که دارای افق رویداد باشد، جهانی است که ثابت کیهانی بر آن چیره شده باشد (یک جهان دو سیتری).

محاسبه ای برای سرعت‌های رویداد کیهانی و افق‌های ذره‌ای، در مقاله مدل کیهانی FLRW، ارائه شده که در آن جهان را به صورت مجموعه‌ای از اجزاء غیر-برهمکنش‌کننده تخمین زده‌اند، که هر کدام از این اجزاء به صورت یک سیال بی عیب و نقص فرض شده.[6][7]

جستارهای وابسته

• شعاع شوارتزشیلد
• سیاهچاله

منابع

1. Rindler, W. (1956-12-01). [Also reprinted in Gen. Rel. Grav. 34, 133–153 (2002), accessible at https://doi.org/10.1023/A:1015347106729.] "Visual Horizons in World Models". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 116 (6): 662–677. doi:10.1093/mnras/116.6.662. ISSN 0035-8711.
2. Hawking, S.W. (2014). "Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes". arXiv:1401.5761v1 [hep-th].
3. Curiel, Erik (2019). "The many definitions of a black hole". Nature Astronomy. 3: 27–34. arXiv:1808.01507. Bibcode:2019NatAs...3...27C. doi:10.1038/s41550-018-0602-1. S2CID 119080734.
4. Chaisson, Eric (1990). Relatively Speaking: Relativity, Black Holes, and the Fate of the Universe. W. W. Norton & Company. p. 213. ISBN 978-0-393-30675-0.
5. Bennett, Jeffrey; Donahue, Megan; Schneider, Nicholas; Voit, Mark (2014). The Cosmic Perspective. Pearson Education. p. 156. ISBN 978-0-13-405906-8.
6. Margalef Bentabol, Berta; Margalef Bentabol, Juan; Cepa, Jordi (21 December 2012). "Evolution of the cosmological horizons in a concordance universe". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2012 (12): 035. arXiv:1302.1609. Bibcode:2012JCAP...12..035M. doi:10.1088/1475-7516/2012/12/035. S2CID 119704554.
7. Margalef Bentabol, Berta; Margalef Bentabol, Juan; Cepa, Jordi (8 February 2013). "Evolution of the cosmological horizons in a universe with countably infinitely many state equations". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 015. 2013 (2): 015. arXiv:1302.2186. Bibcode:2013JCAP...02..015M. doi:10.1088/1475-7516/2013/02/015. S2CID 119614479.

• مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Event Horizon». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی.

برای مطالعهٔ بیشتر

• جهان در پوست گردو از استیون هاوکینگ

• Thorne, Kip (1994). Black Holes and Time Warps. W. W. Norton.
• Abhay Ashtekar and Badri Krishnan, "Isolated and Dynamical Horizons and Their Applications", Living Rev. Relativity, 7, (2004), 10; Online Article, cited February 2009.