جدید ترین عناوین خبری امروز
مجله علمی کیهان‌شناس

توجه: کلمه عبور به آدرس ایمیل شما ارسال خواهد شد.

افق رویداد یا دیوار آتشین سیاه‌چاله ؟!
با وجود تمام پیچیدگی‌هایی که یک سیاه‌چاله‌ی اینشتنی در ذهن ما و البته ساختار فضا ایجاد می‌کند، همچنان می‌تواند آن‌قدر ساده باشد که حتی یک کودک می‌تواند آن را نقاشی کند. کافی است تنها یک نقطه در مرکز صفحه و یک کرانه‌ی کروی اطراف آن بکشید. حالا شما یک سیاه‌چاله دارید!

دیوار آتشین سیاه‌چاله یا افق رویداد؟!

در یک نظریه‌ی جدید، دانشمندان سیاه‌چاله‌ها را با توپ‌های ریسمانی (همان ریسمان‌های نظریه ریسمان) و مفهوم افق رویداد را با دیوار آتشین سیاه‌چاله جایگزین می‌کنند!
با وجود تمام پیچیدگی‌هایی که یک سیاه‌چاله‌ی اینشتنی در ذهن ما و البته ساختار فضا ایجاد می‌کند، همچنان می‌تواند آن‌قدر ساده باشد که حتی یک کودک می‌تواند آن را نقاشی کند. کافی است تنها یک نقطه در مرکز صفحه و یک کرانه‌ی کروی اطراف آن بکشید. حالا شما یک سیاه‌چاله دارید!

نقطه‌ی مرکزی همان تکینگی است. یک لکه‌ی بی‌نهایت ریز و متراکم که فضا را به گونه‌ای تغییر می‌دهد که هرچیزی نزدیک خودش را می‌بلعد و به یک خلا ابدی رهسپار می‌کند.

کرانه‌ی کروی اطراف این نقطه، افق رویداد را نشان می‌دهد. افق رویداد مرز بین خلا ابدی و باقی جهان است و عبور از این محدوده هیچ بازگشتی به همراه ندارد. اما طبق نظریه‌ی گرانش اینشتین، افق رویداد چیزی نیست که یک فضانورد بدشانس بتواند موقع عبور از آن فوراً متوجه شود. سمیر ماتور (Samir Mathur) فیزیکدان دانشگاه ایالت اوهایو (Ohio State University) می‌گوید: «این افق هم دقیقا مانند افقی است که از پنجره‌ی خانه‌تان روی زمین می‌بینید. وقتی از خانه بیرون بیایید و به سمت افق قدم بزنید، متوجه می‌شوید که وجود ندارد.»

با این حال در سال ۲۰۱۲ بود غوغایی برپا شد. گروهی متشکل از چهار فیزیکدان، معمایی را که نخستین‌بار توسط استیون هاوکینگ مطرح شده بود، به جریان انداختند: چه اتفاقی برای اطلاعاتی که به درون سیاه‌چاله بلعیده می‌شوند، می‌افتد؟
آن‌ها این‌بار برای پاسخ به این سوال، به جای در نظر گرفتن یک فضانورد (که معمولا در مثال‌ها با نام آلیس شناخته می‌شود) که به آرامی از افق رویداد عبور می‌کند، از یک پیش‌فرض کلیدی در نظریه‌ی مکانیک کوانتومی استفاده کردند: اطلاعات نیز مانند ماده و انرژی، هرگز نباید از بین بروند. این تغییر پیش‌فرض در حل مسئله باعث شد تا مفهوم افق رویداد از یک مفهوم ریاضیاتی به یک جسم فیزیکی ارتقا پیدا کند و دانشمندان باذوق نام «دیوار آتشین سیاه‌چاله» را برای آن انتخاب کنند.

اولین تصویر از یک سیاه‌چاله

دونالد مارولف (Donald Marolf) فیزیکدان دانشگاه سانتا باربا (Santa Barba) در کالیفرنیا و یکی از چهار دست‌اندرکار این پروژه، اذعان داشت: «این دیوار نمی‌تواند تو خالی و پوچ باشد، بلکه بررسی‌ها نشان می‌دهند این دیوار مملو از مواد داغ است.»
این بحث باعث ایجاد ترس و وحشت در جامعه‌ی فیزیک نظری شد! تا جایی که متخصصان نقشه‌بردازی سیاره زمین، با کنایه به این ایده، فرضیه‌ی آجری بودن دیوار استوا به جای مفهوم انتزاعی آن (خطی فرضی که کره زمین را به دو بخش نیم‌کره‌ی شمالی و جنوبی تقسیم می‌کند) را مطرح کردند.

با این حال، هیچ‌کدام از این بحث‌ها پیرامون ساختار افق رویداد، ماتور را شگفت زده نکرد. چرا که بیش از یک دهه‌ی پیش، سمیر ماتور ادعا کرده بود که سیاه‌چاله‌ها درواقع گوی‌های ریسمانی (همان ریسمان‌های نظریه ریسمان) با سطوح کُرکی داغ هستند. او در این‌باره توضیح می‌دهد: «هرچه به این گوی نزدیک و نزدیک‌تر شوید، داغ و داغ‌تر می‌شود، و این همان چیزی است که شما را می‌سوزاند.»

ماتور در سال‌های اخیر تعریف بهتری برای اصطلاح «گوی کُرکی» (fuzzball) خود ارائه داده است که به نظر می‌رسد این تغییرات محاسباتی، اخبار خوبی برای آلیس فضانورد به ارمغان بیاورد. هرچند که این تغییرات نمی‌توانند کاملا جان او را نجات دهد اما شاید گرمای زیاد افق رویداد دلیل اصلی نابودی او نباشد.

برای درک مفهوم گوی‌های کرکی، ابتدا باید نظریه ریسمان را بپذیرید. نظریه ریسمان توصیفی برای طبیعت است که ماهیت ذرات را با ریسمان‌ها جایگزین می‌کند.
هنگامی که به یک ذره انرژی می‌دهید فقط می‌تواند سرعتش را بالا ببرد، اما وقتی به ریسمان انرژی دهید، هم می‌تواند کش بیاید و هم متورم شود. گوناگونی تغییرات در ریسمان، به همراه انعطاف‌پذیری که ابعاد دیگر برای آن به وجود می‌آورند، باعث می‌شود هنگامی‌که مقداری کافی از ریسمان‌ها در یک فضای کوچک قرار بگیرند، مانند بسته‌ی کرک متورم شوند.

نقطه‌ی بدون بازگشت ابرسیاه‌چاله‌ی مرکز کهکشان راه‌ شیری نمایان شد

این بسته‌ی ریسمانی، یک گوی کرکی را شکل می‌دهد که از دور دقیقا مانند یک سیاه‌چاله‌ی معمولی به نظر می‌رسد و دارای اندازه‌ی مشابه (برای یک حجم مشخص) به سیاه‌چاله‌های خومان است. این گوی کرکی حتی نوع مشابهی از «تابش هاوکینگ»، که تمام سیاه‌چاله‌ها آن را بازتاب می‌کنند، ساطع می‌کند.
طبق گفته‌ی ماتور: «در نتیجه، سطح نسبتاً ناهموار آن، هربار به سمت متفاوتی تابش می‌کند و به این ترتیب معمای اطلاعات هاوکینگ نیز حل می‌شود. رفتار این گوی کرکی بیشتر شبیه به یک سیاره است، و همان‌طور که سطح سیاره هرچیزی را بازتاب می‌کند، تابش سیاه‌چاله هم به جهت‌های مختلف پراکنده می‌شود.»

افق رویداد یا دیوار آتشین سیاه‌چاله؟!
افق رویداد یا دیوار آتشین سیاه‌چاله ؟! اعتبار تصویر: Olena Shmahalo/Quanta Magazine

فعالیت جدید او که در ادامه‌ی غوغای سال ۲۰۱۴ است، به این موضوع می‌پردازد که اگر آلیس توسط یک ابَرگوی کرکی که در مرکز کهکشان‌مان است و میلیون‌ها برابر خورشید جرم دارد، بلعیده شود، چه اتفاقی برایش خواهد افتاد؟
در چنین شرایطی نیروی گرانش بر تمام نیروهای دیگر چیره می‌شود. ماتور و دستیارش با فرض این محدودیت، پی بردند ذرات سازنده‌ی آلیس که درحال ورود به گوی هستند، هیچ شانسی برای برخورد با ذرات خروجی تابش هاوکینگ ندارند. وی افزود: «هرچند که سطح گوی داغ است، اما روشی که سیاه‌چاله برای بلعیدن مواد جدید پیش می‌گیرد، به گونه‌ای است که از نزدیک‌شدن بیش‌ازاندازه‌ی هرچیزی که باعث سوختن آن شود، جلوگیری می‌کند؛ بنابراین آلیس می‌تواند روی سطح آن دوام بیاورد.»

البته مارولف (Marolf) همچنان معتقد است که یک گوی کرکی با اندازه‌ی متوسط، می‌تواند آلیس را به روش‌های دیگر بریان کند! هرچند یک گوی کرکی متوسط نمی‌تواند آلیس را به سرعت نابود کند اما در شرایط خاص، نیروهای غیر از گرانش نیز به کباب کردن او کمک می‌کنند.

واقعیت‌‌های چندگانه در مکانیک کوانتومی

گروه ماتور به‌تازگی با استفاده از محاسبات جدید که در مجله‌ی فیزیک انرژی‌های بالا به چاپ رسیده، نگاه دقیق‌تری به آزمایش آلیس انداخته‌اند. آن‌ها به این نتیجه رسیده‌اند که برای یک گوی کرکی نسبتا کوچک (که جرمی در حدود خورشید داشته باشد)، شانس برخورد یک ذره‌ی ورودی آلیس با یک ذره‌ی تابش، نسبت به آن چه که قبلاً پی برده بودند، تا حدودی بیشتر شده، اما هنوز بسیار نزدیک به صفر است.
فعالیت آن‌ها مشخص کرد که اگر بتوانید قبل از کباب شدن، گوی کرکی را هزاربار کوچک‌تر از مقیاس نانو کنید، همه‌چیز خیلی بهتر می‌شود.

اگر با پذیرفتن این نظریه در نظر بگیریم که آلیس می‌تواند کم‌وبیش زنده به سطح سیاه‌چاله برسد، (چون حتی اگر زنده باشد به وضع فجیعی دراز و کشیده شده است!)، به پایان مشابهی با نظریه‌ی «عبور آهسته از افق رویداد» اینشتین می‌رسیم؛ البته با توضیحات بسیار پیچیده‌تری!
البته یک احتمال هم وجود دارد که آلیس همزمان که به دیوار آتشین سیاه‌چاله کوبیده می‌شود، احساس کند که در حال پرتاب شدن به فضای باز بیرون سیاه‌چاله است!

ماتور اعلام کرد: «منظور ما از کوبیده شدن به دیوار آتشین سیاه‌چاله این است که وقتی به درون گوی‌های کرکی کشیده شوید، به ریسمان‌های کوچک تقسیم خواهید شد.»
در حل این مسئله ما معمولاً آلیس را طوری در نظر می‌گیریم که با شروع تجزیه‌ی ذراتش، دیگر چیزی به نام آلیس وجود ندارد. اما یک دوگانگی عجیب در نظریه ریسمان، به ریسمان‌های تشکیل‌دهنده‌ی آلیس این امکان را می‌دهد تا به یک روش منظم در سرتاسر گوی کرکی گسترده شوند، به‌طوری‌که ارتباطات میان ریسمان‌ها و حتی شاید مفهوم «وجود» را برای آلیس حفظ کند. ماتور ادامه داد: «اگر رفتار ریسمان‌ها را با دقت نگاه کنید، متوجه می‌شوید که آن‌ها بدون توقف، در یک گوی بسیار منسجم در حال پخش شدن هستند.»

احتمالا نوع نادری از سیاه‌چاله‌ سرگردان اطراف راه شیری باشد

جزییات نظریه‌ی ماتور همچنان نامفهوم باقی مانده است و از آن جایی که کل این مدل بر پایه‌ی نظریه ریسمان بنا شده است، تنها به صورت یک طرح محاسباتی بدون اثبات آزمایشگاهی رها می‌شود. افزون بر این، حتی نظریه ریسمان نیز نمی‌تواند آشفتگی گوی‌های کرکی را مدیریت کند.
ماریکا تیلور (Marika Taylor)، نظریه‌پرداز ریسمان در دانشگاه سوتهامپتون، اعلام می‌کند: «در عوض، فیزیکدانان بر نمونه‌های مصنوعی مانند اجرام سازمان‌یافته‌ و فوق‌العاده سرد، همراه با حداکثر ویژگی‌ها، متمرکز هستند.»

تیلور معتقد است: «محاسبات ماتور تعمیم‌سازی‌های تقریبی اکتشافی از ویژگی‌های رایج مدل‌های ساده هستند.» گام بعدی، نظریه‌ای است که بتواند سطح گوی کرکی را در مقیاس کوانتومی، از دیدگاه ریسمان، شرح دهد. با این وجود، تیلور هم قبول دارد که ایده‌ی دیواره آتشین سیاه‌چاله همواره از دیدگاه نظریه ریسمان حاکی از تردید و شک بوده است. وی ادامه داد: «تغییر حالت ناگهانی شما از موقعیت «هورا! دارم با موفقیت سقوط می‌کنم» به موقعیت «اوه خدایا! واقعاً درحال نابودی‌ام» اصلا دلگرم‌کننده نیست.»

مارولف تا زمانی که با ماتور صحبت نکرده بود از اظهارنظر درباره‌ی آخرین نتایج خودداری کرد، اما در ادامه گفت که به یادگیری بیشتر درباره‌ی چگونگی نقش سایر نیروها و واکنش سطح گوی کرکی در ملاقات با آلیس علاقه‌مند است.
او همچنین خاطر نشان کرد که مدل سیاه‌چاله‌ی ماتور فقط یکی از چندین روش برای حل کردن معمای هاوکینگ است و هیچ تضمینی وجود ندارد که این مدل جواب اصلی بوده باشد. وی گفت: «شاید جهان واقعی عجیب‌تر از چیزهایی باشد که تابه‌حال به آن فکر کرده‌ایم و ما هنوز به اندازه‌ی کافی باهوش نیستیم.»

منبع: Quanta Magazine

ورود به سایت دیدگاه ها 0
avatar
  Subscribe  
Notify of

رصد و اکتشافات فضایی

تمدن‌های فرازمینی
تمدن‌های فرازمینی از چه راه‌هایی می‌توانند با ما ارتباط برقرار کنند؟
56
دو سیاره شبیه به زمین در اطراف ستاره‌ای در نزدیکی ما یافت شد
دو سیاره شبیه به زمین در اطراف ستاره‌ای در نزدیکی ما یافت شد
93
نشانه‌ای از حیات فرازمینی تا ۱۳۰۰ ستاره‌ نزدیک به زمین نیست
نشانه‌ای از حیات فرازمینی تا ۱۳۰۰ ستاره‌ نزدیک به زمین نیست
69
نگرانی ستاره‌شناسان از صورت‌ فلکی وسیع اسپیس‌ایکس
نگرانی ستاره‌شناسان از صورت‌ فلکی وسیع اسپیس‌ایکس
66
بالاخره فهمیدیم کهکشان راه شیری چه زمانی با کهکشان آندرومدا برخورد خواهد کرد؟
کهکشان راه شیری چه زمانی با کهکشان آندرومدا برخورد خواهد کرد؟
65

ذرات بنیادی

ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟
ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟
58
فیزیکدانان با به دام انداختن ۱۰ جفت فوتون، رکورد جدیدی را ثبت کردند
فیزیکدانان با به دام انداختن ۱۰ جفت فوتون، رکورد جدیدی را ثبت کردند
91
آیا نیروی پنجم جدیدی در طبیعت یافت شده است؟
آیا نیروی پنجم جدیدی در طبیعت یافت شده است؟
14
نگاهی به آزمایشات فیزیک پیرامون یافتن ذره‌ی روح
نگاهی به آزمایشات فیزیک پیرامون یافتن ذره‌ی روح
125
هر زمانی که شما چیزی را می‌بینید، لمس می‌کنید و یا می‌بویید، در حال تجربه‌ی جهان کوانتومی هستید
هر زمانی که شما چیزی را می‌بینید، لمس می‌کنید و یا می‌بویید، در حال تجربه‌ی جهان کوانتومی هستید
129