لا تنظر إلى الثقوب السوداء عن كثب ، فقد تختفي

لقد قطعنا شوطا طويلا في 13.8 مليار سنة. ولكن على الرغم من فهمنا الشامل بشكل مثير للإعجاب للكون ، لا يزال هناك عدد قليل من الأوتار غير مقيدة. أولاً ، هناك الانفصال الذي يُستشهد به كثيرًا بين النسبية العامة ، وفيزياء الأشياء الكبيرة جدًا ، وميكانيكا الكم ، وفيزياء الأشياء الصغيرة جدًا. ثم هناك المصير الإشكالي للمعلومات الجوهرية للجسيم بعد سقوطه في الثقب الأسود. الآن ، يحاول تفسير جديد للفيزياء الأساسية حل كل من هذه الألغاز من خلال تقديم ادعاء جريء: في مقاييس معينة ، المكان والزمان ببساطة غير موجودين.

لنبدأ بشيء ليس موضع تساؤل. بفضل نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين ، يمكننا أن نتفق جميعًا على أن سرعة الضوء ثابتة لجميع المراقبين. يمكننا أن نتفق أيضًا على أنه إذا لم تكن فوتونًا ، فإن الاقتراب من سرعة الضوء يأتي مع بعض القواعد غير التقليدية - أي أن أي شخص يشاهدك سيرى ضغط طولك وتبطئ ساعتك.

لكن تباطؤ الوقت يحدث أيضًا بالقرب من الأجسام القوية الجاذبية ، والتي وصفتها النسبية العامة. لذلك ، إذا صادفت أنك ترى المعالم في وسط مجرة ​​درب التبانة واتخذت قرارًا مؤسفًا بالاقتراب جدًا من أفق الحدث للثقب الأسود الهائل (المعروف أكثر بنقطة اللاعودة) ، أي شخص يراقب سترى أيضًا ساعتك تتباطأ. في الواقع ، سيشهد هو أو هي حركتك نحو أفق الحدث بطيئة بشكل كبير على مدىلانهائيمقدار الوقت؛ أي ، من منظور صديقك المصاب بصدمة الآن ، فأنت لا تعبر أفق الحدث أبدًا. ومع ذلك ، لن تشعر بأي اختلاف في تقدم الزمن عندما تتخطى هذا الحاجز غير المرئي ، وسرعان ما ستتدهور بسبب جاذبية الثقب الأسود الهائلة.

إذن ، من هو 'الصحيح'؟ تملي النسبية أن وجهة نظر كل مراقب صحيحة بشكل متساوٍ ؛ لكن في هذه الحالة ، لا يمكن أن يكون كلاكما على حق. هل تواجه زوالك في قلب ثقب أسود أم لا؟ (ملاحظة: هذه ليست مفارقة تمامًا ، ولكنها تبدو بديهية بعض الشيء.)

وهناك مشكلة أخرى أكبر. يُعتقد أن أفق الحدث للثقب الأسود يؤدي إلى ظهور إشعاع هوكينغ ، وهو نوع من الطاقة المتسربة التي ستؤدي في النهاية إلى تبخر الثقب الأسود وتدمير كل المادة والطاقة التي كانت محتجزة بداخله. هذا المفهوم يجعل علماء فيزياء الثقوب السوداء يخدشون رؤوسهم. لأنه وفقًا لقوانين الفيزياء ، يجب حفظ جميع المعلومات الجوهرية حول الجسيم أو النظام (أي دالة الموجة الكمومية). لا يمكن أن تختفي فقط.

الدكتور ستيفن هوكينج من جامعة كامبريدج جنبًا إلى جنب مع الرسوم التوضيحية للثقب الأسود وأفق الحدث بإشعاع هوكينج. يواصل إشراك مادته الرمادية لكشف أسرار الكون بينما يحاول الآخرون تأكيد نظرياته الحالية. (الصورة: بي بي سي ، إيلوس: تي ريس)

لماذا كل هذه المفارقات الغريبة؟ لأن الثقوب السوداء توجد في الفضاء الغامض حيث تلتقي الفردية بالنسبية العامة - أرض خصبة ، لكنها غير مستغلة للنظرية المراوغة لكل شيء.

أدخل مفهومين شيقين ، لكنهما مثيران للجدل:مضاعفة النسبية الخاصةوقوس قزح الجاذبية.

تمامًا كما أن سرعة الضوء ثابتة متفق عليها عالميًا في النسبية الخاصة ، كذلك تكون طاقة بلانك في النسبية الخاصة المزدوجة (DSR). في DSR ، هذه القيمة (1.22 × 10¹⁹GeV) هي الطاقة القصوى (وبالتالي الكتلة القصوى) التي يمكن أن يمتلكها الجسيم في كوننا.

نتيجتان مهمتان لقيمة الطاقة القصوى لـ DSR هما الحد الأدنى من وحدات الوقت والمكان. أي ، بغض النظر عما إذا كنت تتحرك أو ثابتًا ، في مساحة فارغة أو بالقرب من ثقب أسود ، فإنك توافق على أن الفضاء الكلاسيكي ينهار على مسافات أقصر من طول بلانك (1.6 × 10).^-35م) والوقت الكلاسيكي ينهار في لحظات أقصر من وقت بلانك (5.4 × 10^-44ثانية).

بعبارة أخرى ، الزمكان منفصل. إنه موجود في وحدات غير قابلة للتجزئة (وإن كانت صغيرة بشكل متلاشي). الكم أدناه ، الكلاسيكي أعلاه. أضف النسبية العامة إلى الصورة ، وستحصل على نظرية قوس قزح الجاذبية.

يعتقد الفيزيائيون أحمد فرج علي ومير فيصل وبارون ماجومدر أنه يمكن استخدام هذه النظريات لشرح ألغاز الثقب الأسود المذكورة أعلاه - كلاً من السباغيتيتية المثيرة للجدل ومفارقة المعلومات. كيف؟ وفقًا لـ DSR وقوس قزح الجاذبية ، في مناطق أصغر من 1.6 × 10^-35م وأحيانًا أقصر من 5.4 × 10^-44ثانية ... الكون كما نعرفه ببساطة غير موجود.

'يقول ما؟؟' -البرت اينشتاين

'في قوس قزح الجاذبية ، لا توجد مساحة أقل من حد أدنى معين للطول ، ولا يوجد وقت أقل من حد أدنى معين للفاصل الزمني' ، أوضح علي ، الذي قام ، جنبًا إلى جنب مع Faizal و Majumder ، بتأليف بحث حول هذا الموضوع تم نشره الشهر الماضي . 'لذلك ، فإن جميع الكائنات الموجودة في الفضاء والتي تحدث في وقت ما لا توجد تحت هذا الطول والفاصل الزمني [المرتبط بمقياس بلانك].'

لحسن الحظ بالنسبة لنا ، فإن كل جسيم نعرفه ، وبالتالي كل جسيم نتكون منه ، أكبر بكثير من طول بلانك ويدوم لفترة أطول بكثير من زمن بلانك. لذلك - phew! - أنت وأنا وكل ما نراه ونعرفه يمكن أن يستمر. (فقط لا تفحص بعمق.)

ومع ذلك ، فإن أفق الحدث للثقب الأسود قصة مختلفة. بعد كل شيء ، أفق الحدث ليس مصنوعًا من الجسيمات. إنه زمكان خالص. ووفقًا لعلي وزملائه ، إذا كان بإمكانك مراقبته على مقياس زمني قصير للغاية أو على مقياس مسافة ، فلن يكون له معنى. لن تكون نقطة اللاعودة على الإطلاق. من وجهة نظرهم ، تظهر المفارقة فقط عندما تعامل الزمكان على أنه مستمر - بدون حد أدنى لوحدات الطول والوقت.

'نظرًا لأن مفارقة المعلومات تعتمد على وجود أفق الحدث ، وأفق الحدث مثل جميع الكائنات غير موجود تحت طول معين وفاصل زمني معين ، فلا توجد مفارقة معلومات مطلقة في قوس قزح الجاذبية. وخلص علي إلى أن عدم وجود أفق فعال يعني أنه لا يوجد شيء يمنع المعلومات تمامًا من الخروج من الثقب الأسود.

لا يوجد أفق حدث مطلق ، ولا تناقض في المعلومات.

وماذا عن السباغيتيون الخاص بك داخل الثقب الأسود؟ مرة أخرى ، يعتمد الأمر على المقياس الذي تختاره لتحليل وضعك. في قوس قزح الجاذبية ، الزمكان منفصل. لذلك ، تكشف الرياضيات أن كلاكما (المحكوم عليه بالفشل) ومراقبك سيشهدان زوالك في غضون فترة زمنية محدودة. ولكن في الصيغة الحالية للنسبية العامة ، حيث يوصف الزمكان بأنه مستمر ، تظهر المفارقة. السقوط ، حسنًا ، يقع في ؛ في غضون ذلك ، لا يرى المراقب أبدًا من يمر عبر أفق الحدث.

قال علي: 'إن أهم درس من هذه الورقة هو أن المكان والزمان موجودان فقط خارج نطاق معين'. 'لا يوجد مكان وزمان أقل من هذا المقياس. وبالتالي ، لا معنى لتحديد الجسيمات أو المادة أو أي شيء ، بما في ذلك الثقوب السوداء ، الموجودة في المكان والزمان أسفل هذا المقياس. وهكذا ، طالما أننا نبقي أنفسنا محصورين في المقاييس التي يوجد بها كل من المكان والزمان ، فإننا نحصل على إجابات مادية معقولة. ومع ذلك ، عندما نحاول طرح أسئلة مطولة وفترات زمنية أقل من المقاييس التي يوجد بها المكان والزمان ، ينتهي بنا الأمر بالحصول على مفارقات ومشكلات '.

للتلخيص: إذا استمر الزمكان على مقاييس صغيرة بشكل عشوائي ، فإن المفارقات تظل قائمة. ومع ذلك ، إذا كان قوس قزح الجاذبية صحيحًا وكان طول بلانك وزمن بلانك أصغر وحدة من المكان والزمان الموجودة أساسًا ، فنحن في حالة واضحة ... على الأقل ، من الناحية الرياضية. لسوء الحظ ، فإن مقاييس بلانك صغيرة جدًا جدًا بحيث يتعذر على مصادمات الجسيمات الحديثة التافهة التحقق منها. لذلك ، على الأقل في الوقت الحالي ، يقدم هذا العمل نتيجة نظرية بحتة أخرى.

ال ورق نُشر في عدد 23 يناير من رسائل Europhysics. تتوفر طباعة مسبقة للورقة هنا .