من السهل وصف الثقب الأسود بمفرده. الخصائص الوحيدة التي يمكن ملاحظتها للثقب الأسود هي كتلته ، وشحنته الكهربائية (صفر عادة) ، ودورانه ، أو دورانه. لا يهم كيف يتشكل الثقب الأسود. في النهاية ، كل الثقوب السوداء لها نفس البنية العامة. وهو أمر غريب عندما تفكر فيه. ارمي ما يكفي من الحديد والصخور معًا وستحصل على كوكب. قم برمي الهيدروجين والهيليوم معًا ، ويمكنك تكوين نجم. ولكن يمكنك رمي قصاصات العشب والعلكة والقديمة معًاهاري بوترالكتب ، وستحصل على نفس النوع من الثقب الأسود الذي ستحصل عليه إذا استخدمت للتو الهيدروجين النقي.
يُعرف هذا السلوك الغريب للثقوب السوداء باسم نظرية اللا شعر ، ويتعلق بما يُعرف باسم مفارقة المعلومات. باختصار ، نظرًا لأنه يمكن وصف كل شيء في الكون بكمية معينة من المعلومات ، ولا يمكن للأشياء أن تختفي فقط ، فإن الكمية الإجمالية للمعلومات في الكون يجب أن تكون ثابتة. ولكن إذا ألقيت كرسيًا في ثقب أسود ، فسيؤدي ذلك إلى زيادة كتلة الثقب الأسود ودورانه. تُفقد جميع المعلومات المتعلقة بلون الكرسي ، سواء كان مصنوعًا من الخشب أو الفولاذ ، وما إذا كان طويلًا أم قصيرًا. إذن أين ذهبت تلك المعلومات؟
يبدو أن الثقب الأسود يجرد المعلومات من الأشياء. تنسب إليه: [بريد إلكتروني محمي] - Gravitation @ Aveiro University
يمكن أن يكون أحد الحلول لهذه المفارقة المعلوماتية ممكنًا بفضل ستيفن هوكينج. في عام 1974 ، أظهر أن أفق الحدث للثقب الأسود قد لا يكون مطلقًا. بسبب عدم التحديد الكمي ، يجب أن تصدر الثقوب السوداء كمية ضئيلة من الضوء تُعرف الآن بإشعاع هوكينغ. لم يتم ملاحظة إشعاع هوكينج مطلقًا ، ولكن إذا كان موجودًا ، فقد يتم نقل المعلومات المفقودة عند دخول الأجسام إلى ثقب أسود من الثقب الأسود عبر هذا الضوء. وبالتالي لا يتم فقدان المعلومات حقًا.
إذا كان إشعاع هوكينغ حقيقيًا ، فهذا يعني أيضًا أن الثقوب السوداء تتبع قوانين الديناميكا الحرارية. إنها فكرة اقترحها جاكوب بيكينشتاين لأول مرة. إذا كانت الثقوب السوداء تصدر ضوءًا ، فيجب أن تتمتع بدرجة حرارة حرارية. بدءًا من فكرة Bekenstein ، أظهر العديد من علماء الفيزياء أن هناك مجموعة من القوانين للثقوب السوداء تُعرف باسم الديناميكا الحرارية للثقب الأسود.
نظرًا لأنك تقرأ هذا المقال ، فمن المحتمل أنك على دراية بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، والذي ينص على وجوب زيادة إنتروبيا أي نظام. هذا هو السبب في أن فنجانًا من القهوة الساخنة يبرد بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى تسخين الغرفة قليلاً حتى تتساوى درجة حرارة القهوة والغرفة. لن ترى أبدًا فنجانًا باردًا من القهوة يسخن تلقائيًا بينما يبرد الغرفة قليلاً. هناك طريقة أخرى لتوضيح القانون الثاني وهي أن الحرارة تتدفق من جسم ساخن إلى أجسام محيطة أكثر برودة.
تظهر بيانات موجات الجاذبية زيادة في مساحة الثقب الأسود. الائتمان: Isi ، Maximiliano ، وآخرون
بالنسبة للثقوب السوداء ، ينطبق القانون الثاني للديناميكا الحرارية على منطقة أفق حدث الثقب الأسود. ترتبط درجة حرارة هوكينج للثقب الأسود بهذه المنطقة. كلما زاد حجم الثقب الأسود ، انخفضت درجة حرارة هوكينغ. لذا فإن القانون الثاني للديناميكا الحرارية للثقب الأسود ينص على أنه بالنسبة لأي ثقب أسود يندمج ، يجب زيادة الانتروبيا. وهذا يعني أن مساحة سطح الثقب الأسود الناتج يجب أن تكون أكبر من مساحة سطح الثقبين الأصليين مجتمعين. هذا هو المعروف باسمنظرية منطقة هوكينغ.
بالطبع ، كل هذا عبارة عن مجموعة من النظريات الرياضية. هذا ما نتوقعه بالنظر إلى فهمنا للفيزياء ، لكن إثبات ذلك أمر مختلف. الآن دراسة فيخطابات المراجعة الماديةلقد قدم لنا دليلًا على صحة ذلك. [^ 1] نظر الفريق في الملاحظة الأولى لاثنين من الثقوب السوداء المدمجة. يُعرف الحدث الآن باسم GW150914 وكان عبارة عن دمج لثقب أسود كتلته 29 كتلة شمسية مع 36 ثقبًا شمسيًا. باستخدام طريقة تحليل جديدة لموجات الجاذبية التي أنتجوها ، تمكن الفريق من حساب مساحات سطح أفق الحدث للثقوب السوداء الأصلية. وعندما قارنوها بمساحة سطح آخر 62 ثقبًا أسود كتلته شمسية ، وجدوا أن المساحة الإجمالية قد ازدادت.
حصلت النتائج على مستوى ثقة بنسبة 97٪ ، وهو أمر جيد ولكنه ليس قويًا بما يكفي لاعتباره دليلًا حاسمًا. ولكن يمكن تطبيق هذه الطريقة على عمليات اندماج الثقوب السوداء الأخرى ، وهي أول دليل حقيقي على أن الديناميكا الحرارية للثقب الأسود هي أكثر من مجرد نظرية.
المرجعي:إيسي ، ماكسيميليانو وآخرون. ' اختبار قانون منطقة الثقب الأسود باستخدام GW150914 . 'خطابات المراجعة المادية127.1 (2021): 011103.
