حقوق الصورة: ناسا
ستيفن هوكينج وكيب ثورن قد يدينان لجون بريسكيل بمجموعة من الموسوعات.
في عام 1997 ، قام علماء الكون الثلاثة بمراهنة مشهورة على ما إذا كانت المعلومات التي تدخل إلى الثقب الأسود قد انتهت - أي ما إذا كان الجزء الداخلي من الثقب الأسود قد تغير على الإطلاق من خلال خصائص الجسيمات التي تدخله.
اقترح بحث هوكينج أن الجسيمات ليس لها أي تأثير على الإطلاق. لكن نظريته انتهكت قوانين ميكانيكا الكم وخلقت تناقضا يعرف باسم "مفارقة المعلومات".
الآن اقترح الفيزيائيون في جامعة ولاية أوهايو حلاً باستخدام نظرية الأوتار ، وهي نظرية تنص على أن جميع الجسيمات في الكون مصنوعة من سلاسل اهتزازية صغيرة.
قام سمير ماثور وزملاؤه باستخلاص مجموعة واسعة من المعادلات التي تشير بقوة إلى أن المعلومات لا تزال موجودة - مربوطة في تشابك ضخم من الخيوط التي تملأ ثقبًا أسود من قلبها إلى سطحها.
تشير النتائج إلى أن الثقوب السوداء ليست سلسة ، أو كيانات لا مثيل لها كما اعتقد العلماء منذ فترة طويلة.
بدلا من ذلك ، هم صارمون؟
يشتبه ماتور ، أستاذ الفيزياء في ولاية أوهايو ، في أن هوكينج وتورن لن يفاجأا بشكل خاص بنتيجة الدراسة ، التي ظهرت في عدد 1 مارس من مجلة مجلة Physical B.
في رهانهم ، راهن هوكينج ، أستاذ الرياضيات في جامعة كامبريدج ، وتورن ، أستاذ الفيزياء النظرية في كالتيك ، على أن المعلومات التي تدخل ثقبًا أسود قد تم تدميرها ، في حين أن بريسكيل - أيضًا أستاذ الفيزياء النظرية في كالتيك - أخذ رأي معاكس. كانت الرهانات عبارة عن مجموعة من الموسوعات.
"أعتقد أن معظم الناس تخلوا عن فكرة تدمير المعلومات بمجرد ظهور فكرة نظرية الأوتار في مكان بارز في عام 1995؟" قال Mathur. ؟ فقط أنه لا يوجد أحد قادر على إثبات أن المعلومات باقية على قيد الحياة قبل الآن.
في النموذج الكلاسيكي لكيفية تشكل الثقوب السوداء ، ينهار جسم فائق الكتلة ، مثل نجم عملاق ، لتشكيل نقطة صغيرة جدًا من الجاذبية اللانهائية ، تسمى التفرد. هناك منطقة خاصة في الفضاء تحيط بالخصوصية ، وأي شيء يعبر حدود المنطقة ، والمعروف باسم أفق الحدث ، يتم سحبه إلى الثقب الأسود ، ولا يعود أبدًا.
من الناحية النظرية ، لا يمكن للضوء حتى الهروب من ثقب أسود.
يعتمد قطر أفق الحدث على كتلة الجسم الذي شكله. على سبيل المثال ، إذا انهارت الشمس بشكل فردي ، فإن أفق الحدث الخاص بها سيبلغ عرضه حوالي 3 كيلومترات (1.9 ميل). إذا تبعت الأرض حذوها ، فإن أفق الحدث الخاص بها سيقيس 1 سم فقط (0.4 بوصة).
أما ما يكمن في المنطقة بين التفرد وأفق الحدث ، فقد رسم الفيزيائيون دائمًا حرفًا فارغًا حرفياً. بغض النظر عن نوع المادة التي شكلت التفرد ، كان من المفترض أن تكون المنطقة داخل أفق الحدث خالية من أي هيكل أو خصائص قابلة للقياس.
وهنا تكمن المشكلة.
إن المشكلة في النظرية الكلاسيكية هي أنه يمكنك استخدام أي مجموعة من الجسيمات لصنع الثقب الأسود - البروتونات والإلكترونات والنجوم والكواكب وما إلى ذلك - ولن يكون هناك فرق. يجب أن يكون هناك مليارات الطرق لصنع ثقب أسود ، ولكن مع النموذج الكلاسيكي ، تكون الحالة النهائية للنظام هي نفسها دائمًا؟ قال Mathur.
وأوضح أن هذا النوع من التوحيد ينتهك القانون الميكانيكي الكمومي للعكس. يجب أن يكون الفيزيائيون قادرين على تتبع المنتج النهائي لأي عملية ، بما في ذلك العملية التي تصنع ثقبًا أسود ، إلى الظروف التي خلقته.
إذا كانت جميع الثقوب السوداء متشابهة ، فلا يمكن تتبع أي ثقب أسود إلى بدايته الفريدة ، وأي معلومات حول الجسيمات التي خلقته تم فقدانها إلى الأبد في لحظة تشكل الثقب.
"لا أحد يصدق ذلك الآن حقًا ، ولكن لا يمكن لأحد أن يجد أي خطأ في الجدل الكلاسيكي أيضًا؟" قال Mathur. يمكننا الآن اقتراح ما حدث من خطأ.
في عام 2000 ، قام منظري سلسلة بتسمية مفارقة المعلومات رقم ثمانية في قائمة العشرة الأوائل من مشاكل الفيزياء التي سيتم حلها خلال الألفية القادمة. تضمنت تلك القائمة أسئلة مثل "ما هو عمر البروتون ؟؟ و كيف يمكن للجاذبية الكمومية أن تساعد في تفسير أصل الكون ؟؟
بدأ ماثور العمل في مفارقة المعلومات عندما كان أستاذًا مساعدًا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهاجم المشكلة بدوام كامل بعد انضمامه إلى كلية ولاية أوهايو في عام 2000.
مع باحث ما بعد الدكتوراه أوليغ لونين ، قام Mathur بحساب بنية الأشياء التي تقع بين حالات الأوتار البسيطة والثقوب السوداء الكلاسيكية الكبيرة. بدلاً من كونها أشياء صغيرة ، تبين أنها كبيرة. في الآونة الأخيرة ، وجد هو واثنان من طلاب الدكتوراه - Ashish Saxena و Yogesh Srivastava - أن الصورة نفسها للكرة؟ استمر في التمسك بالأشياء التي تشبه إلى حد كبير الثقب الأسود الكلاسيكي. تظهر هذه النتائج الجديدة في الفيزياء النووية ب.
وفقًا لنظرية الأوتار ، فإن جميع الجسيمات الأساسية للكون - البروتونات والنيوترونات والإلكترونات - مصنوعة من مجموعات مختلفة من الأوتار. ولكن بقدر ما تكون الخيوط صغيرة ، يعتقد Mathur أنه يمكنهم تكوين ثقوب سوداء كبيرة من خلال ظاهرة تسمى التوتر الجزئي.
وقال إن الأوتار قابلة للمط ، لكن كل منها يحمل قدرًا معينًا من التوتر ، كما هو الحال مع أوتار الجيتار. مع التوتر الجزئي ، ينخفض التوتر كلما أصبحت السلسلة أطول.
قال ماثور أنه مثلما يسهل انتزاع سلسلة جيتار طويلة من جيتار قصير ، فإن خيطًا طويلًا من الأوتار الميكانيكية الكمومية التي تم ربطها معًا أسهل في التمدد من خيط واحد.
لذلك عندما تنضم العديد من الأوتار معًا ، كما يفعلون من أجل تكوين الجسيمات العديدة اللازمة لكائن ضخم جدًا مثل الثقب الأسود ، تكون الكرة الوترية المدمجة مرنة جدًا وتتسع إلى قطر عريض.
عندما استخرج علماء الفيزياء في ولاية أوهايو صيغتهم لقطر الثقب الأسود الضبابي المصنوع من الأوتار ، وجدوا أنه يتطابق مع قطر أفق حدث الثقب الأسود الذي اقترحه النموذج الكلاسيكي.
نظرًا لأن تخمين ماثور يشير إلى أن الأوتار تستمر في الوجود داخل الثقب الأسود ، وأن طبيعة الأوتار تعتمد على الجسيمات التي تتكون منها مادة المصدر الأصلية ، فإن كل ثقب أسود فريد مثل النجوم أو الكواكب أو المجرة الذي شكلها. الخيوط من أي مادة لاحقة تدخل الثقب الأسود ستبقى قابلة للتتبع أيضًا.
وهذا يعني أنه يمكن إرجاع الثقب الأسود إلى حالته الأصلية ، وبقاء المعلومات.
تم دعم هذا البحث جزئيًا من قبل وزارة الطاقة الأمريكية.
المصدر الأصلي: بيان صحفي لجامعة ولاية أوهايو
