قد يكون لمفارقة الثقب الأسود الشهيرة لستيفن هوكينغ حلاً أخيرًا
قد تُحل أخيرًا إحدى مفارقات الفيزيائي ستيفن هوكينج الأكثر شهرة: قد تتشبث الثقوب السوداء في الواقع بمعلومات حول النجوم الضخمة التي خلقتها ، وفقًا لبحث جديد.
يقترح البحث أن هذه المعلومات قد تكون كامنة في الإشعاع حول الثقوب السوداء – المعروفة بالعامية باسم “الشعر الكمي” – ويمكن ، من الناحية النظرية ، استرجاعها لإعادة سرد أصول تلك الثقوب السوداء.
نشرت هذه النتائج في 6 مارس في المجلة رسائل الفيزياء ب. (يفتح في علامة تبويب جديدة)، قد يحل أخيرًا مشكلة شائكة كان هوكينغ يعمل على حلها في سنواته الأخيرة.
متعلق ب: يقول كتاب ستيفن هوكينج الأخير أنه “لا توجد إمكانية” لوجود الله في كوننا
وفقًا لعمل هوكينج ، “يتسرب” الإشعاع ببطء من الثقوب السوداء على شكل طاقة حرارية ، والتي أصبحت تُعرف باسم “إشعاع هوكينغ”. لكن بسبب طبيعته الحرارية ، فإن هذا الإشعاع لا يمكنه نقل المعلومات. هذا يعني أنه مع تبخر الثقوب السوداء ، فإنها تدمر بشكل منهجي جميع المعلومات حول النجوم التي أنشأتها. هذا مخالف لقوانين ميكانيكا الكم ، التي تنص على أنه لا يمكن تدمير المعلومات وأن الحالة النهائية للكائن يمكن أن تكشف عن أدلة حول حالته الأولية. أزعجت هذه المشكلة علماء الكونيات لعقود من الزمان وهي تُعرف باسم “مفارقة هوكينغ المعلوماتية”.
“[This research] هو المسمار الأخير في نعش المفارقة لأننا نفهم الآن الظاهرة الفيزيائية الدقيقة التي تفلت بها المعلومات من ثقب أسود متحلل “، كما قال مؤلف الدراسة الرئيسي كزافييه كالميت (يفتح في علامة تبويب جديدة)، أستاذ الفيزياء بجامعة ساسكس ، لـ Live Science عبر البريد الإلكتروني. يقترح تعديلاً لإشعاع هوكينج يجعله “غير حراري” وبالتالي قادرًا على حمل المعلومات معه بعيدًا عن المصير النهائي للثقب الأسود.
مشكلة الثقب الأسود
الثقوب السوداء هي أجسام ضخمة جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء الإفلات من جاذبيتها ، ولا حتى الضوء. تتشكل عندما ينفد وقود النجوم الهائلة وتنهار على نفسها.
قال كالميت إن الثقوب السوداء في الفيزياء الكلاسيكية هي “أشياء بسيطة جدًا”. “بسيطة جدًا لدرجة أنه يمكن تمييزها بثلاثة أرقام: كتلتها ، والزخم الزاوي ، والشحنة الكهربائية.”
وصف الفيزيائي الشهير جون ويلر هذا النقص في الخصائص المميزة بقوله “الثقوب السوداء ليس لها شعر.” لكن ، أوضح كالميت ، في حين أن الثقب الأسود النهائي بسيط للغاية ، فإن النجم الأصلي الذي ولده هو جسم فيزيائي فلكي معقد ، يتكون من مزيج معقد من البروتونات والإلكترونات والنيوترونات التي تتجمع معًا لتشكيل العناصر التي تبني التركيب الكيميائي. من ذلك النجم.
في حين أن الثقوب السوداء لا تحمل أي “ذاكرة” للنجوم التي كانت عليها من قبل ، فإن قواعد فيزياء الكم تنص على أنه لا يمكن ببساطة محو المعلومات من الكون. في عام 1976 ، قدم هوكينج ذبابة لهذا المرهم الكوني من خلال إظهار أن هذه المعلومات لا يمكنها البقاء إلى أجل غير مسمى داخل الثقوب السوداء المغلقة بعيدًا عن الكون الخارجي أيضًا. بتطبيق قواعد ميكانيكا الكم على الثقوب السوداء ، اقترح هوكينج أنها تصدر نوعًا من الإشعاع الحراري ، أطلق عليه فيما بعد إشعاع هوكينج. على مدى فترات طويلة من الزمن ، يتسبب تسرب هذا الإشعاع في تبخر الثقوب السوداء تمامًا ، تاركًا وراءها فراغًا فقط. بهذه الطريقة ، يتم فقدان المعلومات بشكل لا رجعة فيه.
قال كالميت: “مع ذلك ، لا تسمح فيزياء الكم بهذا الأمر ، والتي تفترض أن فيلم” حياة “هذا الثقب الأسود يمكن إعادة لفه”. “بدءًا من الإشعاع ، يجب أن نكون قادرين على إعادة بناء الثقب الأسود الأصلي ثم النجم في النهاية.”
البحث عن “شعر” الثقب الأسود
مع زميله ستيف هسو (يفتح في علامة تبويب جديدة)، أستاذ الفيزياء النظرية في جامعة ولاية ميشيغان ، يعمل كالميت منذ عام 2021 لكسر مفارقة هوكينغ. في دراسة سابقة نُشرت في مارس 2022 ، جادل الفريق بأن الثقوب السوداء لديك بالفعل “شعر كمي” ، في شكل بصمة كمومية فريدة في مجالات الجاذبية التي تحيط بهم
في بحثهم الجديد ، أعاد الفريق تقييم حسابات هوكينج لعام 1976 ، لكن هذه المرة وضع في الاعتبار تأثيرات “الجاذبية الكمية” – وصف الجاذبية وفقًا لمبادئ ميكانيكا الكم – وهو شيء لم يفعله هوكينج.
قال كالميت: “في حين أن هذه التصحيحات التثاقلية الكمومية صغيرة جدًا ، إلا أنها ضرورية لتبخر الثقب الأسود”. “لقد تمكنا من إثبات أن هذه التأثيرات تعدل إشعاع هوكينغ بحيث يصبح هذا الإشعاع غير حراري. بعبارة أخرى ، أخذ الإشعاع في الاعتبار في الجاذبية الكمية يستطيع تحتوي على معلومات “.
في حين أن الشعر الكمي المقترح في عمل كالميتاند هسو السابق كان مفهومًا رياضيًا مجردًا ، فقد حدد الفريق الآن الظاهرة الفيزيائية الدقيقة التي تفلت من خلالها المعلومات من الثقب الأسود عبر إشعاع هوكينج ، وكيف يمكن استرجاعها بواسطة مراقب خارجي. هذا غير ممكن حاليًا ، لأنه سيتطلب أداة حساسة بدرجة كافية لقياس إشعاع هوكينغ ، وهو أمر نظري حاليًا.
اعترف كالميت بأنه لا توجد حاليًا طريقة حقيقية لعلماء الفيزياء الفلكية لقياس التأثير الذي يقترحه الباحثون ، لأنه ضئيل للغاية. بدلاً من ذلك ، يقترح أن إحدى طرق تطوير هذه النظرية هي دراسة محاكاة الثقوب السوداء في المعامل على الأرض. قد تكون النمذجة الرياضية للفريق لإشعاع هوكينغ والثقوب السوداء لا تقدر بثمن في هذه المحاكاة.
