سیاهچاله‌ها می‌توانند "موهای کوانتومی" در آورند
* اطلاعات مربوط به درونِ سیاهچاله می‌تواند در میدان گرانشی آن نقش ببندد (مُهر زده شود).
چیزی که به درون سیاهچاله می‌افتد در سیاهچاله می‌ماند، دستکم قانون‌های نسبیت عام این را می‌گوید. ولی اکنون، پژوهشگران می‌گویند مواد درون سیاهچاله شاید بتوانند یک مُهر کوانتومی بر میدان گرانشی سیاهچاله در بیرون از آن به جا بگذارند.
چیزی که به درون سیاهچاله می‌افتد در سیاهچاله می‌ماند، دستکم قانون‌های نسبیت عام این را می‌گوید. ولی اکنون، پژوهشگران می‌گویند مواد درون سیاهچاله شاید بتوانند یک مُهر کوانتومی بر میدان گرانشی سیاهچاله در بیرون از آن به جا بگذارند.
 |
| برداشت هنری از یک سیاهچجاله که همه‌ی مواد نزدیکش را در فضا می‌بلعد |
اگر این یافته درست باشد، یک مشکل دیرینه در فیزیک، ناسازنما یا پارادوکسِ اطلاعات سیاهچاله‌ی استیون هاوکینگ را حل خواهد کرد. در دهه‌ی ۱۹۷۰، هاوکینگ محاسبه کرد که سیاهچاله‌ها شاید خیابان‌هایی کاملا یکطرفه نباشند؛ آنها می‌توانند تابشی گرمایی، که امروزه به نام تابش هاوکینگ شناخته می‌شود را بگسیلند. ولی این تابش هاوکینگ تنها تابش گرمایی، یا همان "گرما" است و هیچ اطلاعاتی درباره‌ی ریشه و خاستگاه سیاهچاله یا موادی که درون آن ناپدید شده بودند را در بر ندارد. به بیان دیگر، اندازه‌گیری خود این تابش نمی‌تواند چیزی درباره‌ی تاریخچه‌اش به ما بگوید.
این پارادوکس به این دلیل پدید آمده که قانون‌های مکانیک کوانتومی می‌گویند اطلاعات نمی‌توانند از دست بروند؛ دانستنِ وضعیت پایانی یک جرم، سرنخ‌هایی درباره‌ی وضعیت آغازین آن به ما می دهد و به ما اجازه می‌دهد تا "فیلم را به عقب برگردانیم"، این را خاویر کالمت، فیزیکدان دانشگاه ساسکس انگلستان و رهبر این پژوهش تازه می‌گوید. اگر یک سیاهچاله اطلاعات را به گونه‌ای بازگشت‌ناپذیر ببلعد، این قانون‌ها نمی‌توانند درست باشند. این ناسازگاری سیاهچاله‌ها را به جاهایی آرمانی برای آزمودنِ چگونگی سازگاریِ مکانیک کوانتومی و نظریه‌ی نسبیت عام آلبرت انشتین با هم تبدیل می‌کند.
کالمت به لایوساینس گفت: «چیزی که ما نشان می‌دهیم اینست که این دو نظریه بسیار بیشتر از آنچه مردم می‌پنداشتند سازگارند، این که هیچ پارادوکس و ناسازی‌ای در کار نیست.»
سیاهچاله‌های مودار
این پنداشت که سیاهچاله‌ها ویژگی‌های بسیار کمی برای بازشناختن و تشخیصِ آنها از یدکدیگر دارند به نام قضیه یا فربینِ "بدون مو" شناخته می‌شود، استعاره‌ای که نخستین بار جان ویلر فیزیکدان آن را سر زبان‌ها انداخت. بر پایه‌ی این پنداشت، سیاهچاله‌ها به جز جرم، بار الکتریکی و اسپین (تکانه‌ی زاویه‌ای) هیچ ویژگی شناخت‌پذیر دیگری ندارند- هیچ مدل مو، آرایش و برش مو یا رنگ مویی نیست که آنها را از هم متمایز کند.
کالمت و همکارانش بر پایه‌ی پژوهشنامه‌ی تازه‌ای که در ۱۷ مارس در نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر کردند دریافته‌اند که سیاهچاله‌ها می‌توانند براستی مو داشته باشند، البته موهایی بسیار ظریف. این پژوهشگران در زمینه‌ی گرانش کوانتومی کار می‌کنند، زمینه‌ای که به دنبالِ شناختِ نیروهای گرانشی از راه مکانیک کوانتومی است.. آنها با بهره از محاسبه‌هایی که در درازنای دهه‌ی گذشته گسترش یافته‌اند به مقایسه‌ی دو ستاره‌ی نظری پرداختند که هر دو در خود رُمبیده و سیاهچاله‌هایی با اندازه، بار و اسپین یکسان، ولی با همنهش شیمایی آغازینِ متفاوت ساخته بودند. بر پایه‌ی قضیه‌ی بدون مو، ناممکن است که بفهمیم دو ستاره‌ای که این دو سیاهچاله را ساخته بودند در آغاز متفاوت با یکدیگر بوده‌اند یا نه.
ولی محاسبه‌های این دانشمندان نشان می‌داد که تفاوت‌هایی در میدان گرانشی پیرامونِ سیاهچاله‌ها وجود دارد. دقیق‌تر بگوییم، اطلاعات درباره‌ی همنهش سیاهچاله‌ها در گراویتون‌ها ذخیره شده؛ گراویتون یک ذره‌ی بنیادی فرضی‌ست که میانجی نیروهای گرانشی و گرانش کوانتومی است.
کالمت می‌گوید: «ما دریافتیم که گرانش کوانتومی به ما امکان می‌دهد تا تفاوت در میدان گرانشی را پیدا کنیم.»«در میدان گرانشی یک یادبود (حافظه) از آنچه به درون سیاهچاله رفته وجود دارد.»
حل یک پاردوکس؟
تلاش‌هایی برای جستجوی اطلاعاتِ درز کرده از سیاهچاله‌ها وجود دارد. رصدخانه‌ی تداخل‌سنج لیزری موج گرانشی (لایگو) به رصد موج‌های گرانشی می‌پردازد، چین و شکن‌هایی در بافت فضازمان که توسط اجرام بزرگی مانند سیاهچاله‌ها پدید می‌آیند. سازمان فضایی اروپا هم برنامه دارد در سال ۲۰۳۷ سه فضاپیما را برای ردیابی موج‌های گرانشی از فضا پرتاب کند، ماموریتی به نام "آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری" (لیسا، LISA).
کالمت می‌گوید ولی اثرهای گراویتون که در محاسبه‌های تازه دیدیم ظریفند و احتمالا با فناوری امروز شناسایی‌پذیر نخواهند بود. شاید سرانجام شبیه‌سازی‌هایی باشد که بتواند از پسِ این ظرافت و کوچکی برآید. (تابش هاوکینگ تاکنون به طور مستقیم در یک سیاهچاله‌ی واقعی دیده نشده، ولی آن هم در شبیه‌سازی‌های سیاهچاله‌ها دیده شده.)
کالمت می‌گوید این یافته‌ها علاقه‌ی جامعه‌ی فیزیک را برانگیخته، ولی او انتظار ندارد نتایج یک‌شبه پذیرفته شوند. وی درباره‌ی پارادوکس اطلاعات سیاهچاله می‌گوید: «چشمداشتِ بیشتر مردم این بود که فیزیک را از هر راهی که شده تغییر دهیم تا کار کند.»
کالمت و گروهش اکنون امیدوارند که با بهره از یافته‌های خود، احتمال‌های گرانش کوانتومی را که هنوز زمینه‌ای با نظریه‌های هماوردِ بسیار است و پاسخ روشنی برای درست بودن هیچ یک وجود ندارد یشتر بررسی کنند.
وی می‌گوید: «این می‌تواند به ما کمک کند تا به سوی یک گرانش کوانتومی برویم.»
این پارادوکس به این دلیل پدید آمده که قانون‌های مکانیک کوانتومی می‌گویند اطلاعات نمی‌توانند از دست بروند؛ دانستنِ وضعیت پایانی یک جرم، سرنخ‌هایی درباره‌ی وضعیت آغازین آن به ما می دهد و به ما اجازه می‌دهد تا "فیلم را به عقب برگردانیم"، این را خاویر کالمت، فیزیکدان دانشگاه ساسکس انگلستان و رهبر این پژوهش تازه می‌گوید. اگر یک سیاهچاله اطلاعات را به گونه‌ای بازگشت‌ناپذیر ببلعد، این قانون‌ها نمی‌توانند درست باشند. این ناسازگاری سیاهچاله‌ها را به جاهایی آرمانی برای آزمودنِ چگونگی سازگاریِ مکانیک کوانتومی و نظریه‌ی نسبیت عام آلبرت انشتین با هم تبدیل می‌کند.
کالمت به لایوساینس گفت: «چیزی که ما نشان می‌دهیم اینست که این دو نظریه بسیار بیشتر از آنچه مردم می‌پنداشتند سازگارند، این که هیچ پارادوکس و ناسازی‌ای در کار نیست.»
سیاهچاله‌های مودار
این پنداشت که سیاهچاله‌ها ویژگی‌های بسیار کمی برای بازشناختن و تشخیصِ آنها از یدکدیگر دارند به نام قضیه یا فربینِ "بدون مو" شناخته می‌شود، استعاره‌ای که نخستین بار جان ویلر فیزیکدان آن را سر زبان‌ها انداخت. بر پایه‌ی این پنداشت، سیاهچاله‌ها به جز جرم، بار الکتریکی و اسپین (تکانه‌ی زاویه‌ای) هیچ ویژگی شناخت‌پذیر دیگری ندارند- هیچ مدل مو، آرایش و برش مو یا رنگ مویی نیست که آنها را از هم متمایز کند.
کالمت و همکارانش بر پایه‌ی پژوهشنامه‌ی تازه‌ای که در ۱۷ مارس در نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر کردند دریافته‌اند که سیاهچاله‌ها می‌توانند براستی مو داشته باشند، البته موهایی بسیار ظریف. این پژوهشگران در زمینه‌ی گرانش کوانتومی کار می‌کنند، زمینه‌ای که به دنبالِ شناختِ نیروهای گرانشی از راه مکانیک کوانتومی است.. آنها با بهره از محاسبه‌هایی که در درازنای دهه‌ی گذشته گسترش یافته‌اند به مقایسه‌ی دو ستاره‌ی نظری پرداختند که هر دو در خود رُمبیده و سیاهچاله‌هایی با اندازه، بار و اسپین یکسان، ولی با همنهش شیمایی آغازینِ متفاوت ساخته بودند. بر پایه‌ی قضیه‌ی بدون مو، ناممکن است که بفهمیم دو ستاره‌ای که این دو سیاهچاله را ساخته بودند در آغاز متفاوت با یکدیگر بوده‌اند یا نه.
ولی محاسبه‌های این دانشمندان نشان می‌داد که تفاوت‌هایی در میدان گرانشی پیرامونِ سیاهچاله‌ها وجود دارد. دقیق‌تر بگوییم، اطلاعات درباره‌ی همنهش سیاهچاله‌ها در گراویتون‌ها ذخیره شده؛ گراویتون یک ذره‌ی بنیادی فرضی‌ست که میانجی نیروهای گرانشی و گرانش کوانتومی است.
کالمت می‌گوید: «ما دریافتیم که گرانش کوانتومی به ما امکان می‌دهد تا تفاوت در میدان گرانشی را پیدا کنیم.»«در میدان گرانشی یک یادبود (حافظه) از آنچه به درون سیاهچاله رفته وجود دارد.»
حل یک پاردوکس؟
تلاش‌هایی برای جستجوی اطلاعاتِ درز کرده از سیاهچاله‌ها وجود دارد. رصدخانه‌ی تداخل‌سنج لیزری موج گرانشی (لایگو) به رصد موج‌های گرانشی می‌پردازد، چین و شکن‌هایی در بافت فضازمان که توسط اجرام بزرگی مانند سیاهچاله‌ها پدید می‌آیند. سازمان فضایی اروپا هم برنامه دارد در سال ۲۰۳۷ سه فضاپیما را برای ردیابی موج‌های گرانشی از فضا پرتاب کند، ماموریتی به نام "آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری" (لیسا، LISA).
کالمت می‌گوید ولی اثرهای گراویتون که در محاسبه‌های تازه دیدیم ظریفند و احتمالا با فناوری امروز شناسایی‌پذیر نخواهند بود. شاید سرانجام شبیه‌سازی‌هایی باشد که بتواند از پسِ این ظرافت و کوچکی برآید. (تابش هاوکینگ تاکنون به طور مستقیم در یک سیاهچاله‌ی واقعی دیده نشده، ولی آن هم در شبیه‌سازی‌های سیاهچاله‌ها دیده شده.)
کالمت می‌گوید این یافته‌ها علاقه‌ی جامعه‌ی فیزیک را برانگیخته، ولی او انتظار ندارد نتایج یک‌شبه پذیرفته شوند. وی درباره‌ی پارادوکس اطلاعات سیاهچاله می‌گوید: «چشمداشتِ بیشتر مردم این بود که فیزیک را از هر راهی که شده تغییر دهیم تا کار کند.»
کالمت و گروهش اکنون امیدوارند که با بهره از یافته‌های خود، احتمال‌های گرانش کوانتومی را که هنوز زمینه‌ای با نظریه‌های هماوردِ بسیار است و پاسخ روشنی برای درست بودن هیچ یک وجود ندارد یشتر بررسی کنند.
وی می‌گوید: «این می‌تواند به ما کمک کند تا به سوی یک گرانش کوانتومی برویم.»
-------------------------------------------------
تلگرام، توییتر و فیسبوک یک ستاره در هفت آسمان:
telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky
facebook.com/1star7sky
واژه‌نامه:
black hole - gravitational field - general relativity - quantum imprint -
Stephen Hawking - black hole information paradox - Hawking radiation -
thermal radiation - quantum mechanics - Xavier Calmet - University of
Sussex - England - Einstein - no-hair theorem - John Wheeler - charge -
spin - angular momentum - Physical Review Letters - gravitational force - star - chemical
composition - graviton - elementary particle - quantum gravity - Laser
Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO - gravitational
wave - European Space Agency - Laser Interferometer Space Antenna -
LISA
منبع: لایوساینس
0 دیدگاه شما:
ارسال یک نظر