وقتی یک سیاه‌چاله ناپدید می‌شود چه بلایی سر موادش می‌افتد؟

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از Futurity، سیاه‌چاله‌ها هم مانند ما یک چرخه زندگی دارند. استیون هاوکینگ، متخصص درجه یک جهان در باب سیاه‌چاله‌ها، چهل سال پیش اعلام کرد که سیاه‌چاله‌ها به خاطر ساطع کردن پرتوهای برتابشی (تشعشعات) از خود به آرامی کوچک می‌شوند و از بین می‌روند یا به اصطلاح تبخیر می‌شوند. اما وقتی که یک سیاه‌چاله هر روز آب می‌رود و در آخر ناپدید می‌شود، چه بر سر همه چیزهای که در دوران زندگی‌اش بلعیده است، می‌ا‌فتد؟

بیشتر محاسبات ریاضی حاکی از آن است که اطلاعات و هر چیز دیگری که داخل سیاه‌چاله وجود دارد، به سادگی به همراه خود آن ناپدید می‌شوند، نتیجه‌گیری که به جای پاسخگویی به سوال مطرح شده، سوالات بیشتری را برانگیخته است.

کریس ادامی، پروفسور فیزیک و ستاره‌شناسی، در این‌باره می‌گوید: «این موضوع هیچ وقت به حال خودش گذاشته نشد چراکه محاسبات هاوکینگ قادر به ثبت تاثیرات تشعشع، که برتابش یا تشعشع هاوکینگ نامیده می‌شود، بر خود سیاه‌چاله نبود. فیزیکدانان گمان می‌کردند که تشعشع هاوکینگ جرم سیاه‌چاله را به خارج از آن حمل می‌کند و بدین ترتیب سیاه‌چاله به مرور زمان کوچک و کوچک‌تر می‌شود اما هیچ‌کس قادر به اثبات این امر از طریق محاسبات ریاضی نیست».

محاسبه تبخیر یک سیاه‌چاله به نظر غیرممکن می‌رسد مگر اینکه یک نظریه کامل گرانش کوانتومی پیدا شود که قادر به متحد کردن نظریه نسبیت عام انیشتن با چارچوب نظریه میدان کوانتومی باشد. بررسی اخیر ادامی باعث تغییرات اساسی در این فرضیات می‌شود.

تئوری هاوکینگ اما با کمی تحریف

ادامی و همکارش، کمیل بردلر از دانشگاه اتاوا، فرضیه جدیدی را بسط داده‌اند که به آنها اجازه می‌دهد تا حیات یک سیاه‌چاله را در طی زمان دنبال کنند. آنچه این دو کشف کردند بسیار قابل توجه است: هر راز و رمز کوانتومی که پشت افق رویداد، مرز نامرئی یک سیاه‌چاله، پنهان شده است به آرامی در طول مراحل بعدی تبخیر یک سیاه‌چاله به بیرون درز می‌کند.

با توجه به این یافته‌ها، از یک مشکل عمده فیزیک سیاه‌چاله جلوگیری می‌شود. فیزیکدانان به شدت سر این موضوع مشاجره کرده‌اند؛ این امکان وجود ندارد که تمامی اطلاعات کوانتومی بتوانند داخل یک سیاه‌چاله، وقتی که سایزش به مقدار ناچیزی کاهش یافته، پنهان بمانند.

مشخص شد که ادامی و بردلر برای نشان دادن این موضوع که سیاه‌چاله‌ها در حین تبخیر شدن، اطلاعات را نیز برای همیشه از بین نمی‌برند؛ مجبور به ایجاد نظریه دشوار «گرانش کوانتومی» نیستند. در واقع آنها به جای آن نظریه پیچیده از نظریه هاوکینگ استفاده کردند اما با اعمال کمی تغییر و تحریف در آن.

ادامی و بردلر برای درک این موضوع که چگونه یک سیاه‌چاله به طور مستقیم با تشعشع هاوکینگی که تولید می‌کند، تاثیر متقابل دارد، از یک سری ابزار پیشرفته ریاضی و کامپیوترهایی با عملکرد بالا استفاده کردند تا سیاه‌چاله‌ها در دراز مدت تکامل یابند؛ تا زمانی که آنها قادر به یافتن اطلاعات کوانتومی خارج از سیاه‌چاله‌ها شدند.

نشانه‌هایی از منحنی‌های پیج

ادامی می‌گوید: «برای انجام این محاسبه، مجبور بودیم حدس بزنیم که چگونه یک سیاه‌چاله با میدان تشعشع هاوکینگی که آن را احاطه کرده در تعامل است. این امر به خاطر این است که در حال حاضر هیچ تئوری گرانش کوانتومی وجود ندارد که حاکی از وجود چنین تعاملی باشد. هرچند به نظر می‌رسد ما حدس درستی در این باره زده‌ایم چرا که مدل ما معادل تئوری هاوکینگ در حد ثابت سیاه‌چاله‌های غیرقابل تغییر است».

بردلر در ادامه اضافه کرد: «در حالی که مدل ما تنها در حد یک مدل است، می‌توانیم ثابت کنیم که هرگونه تعامل کوانتومی بین سیاه‌چاله‌ها و تشعشع هاوکینگ به احتمال زیاد دارای خصوصیات مشابهی مانند مدل ما است».

این نظریه قادر به تولید یکی از ویژگی‌هایی بود که برای مدت درازی در فیزیک سیاه‌چاله‌ها جست‌وجو می‌شد؛ این ویژگی که به اصطلاح «منحنی‌های پیج» خوانده می‌شود به افتخار فیزیکدان دانشگاه آلبرتا، دان پیچ، نام‌گذاری شده است. مدل وی پیش‌بینی می‌کند منحنی‌هایی که نشان دهنده اطلاعات کوانتومی هستند ابتدا وارد سیاه‌چاله شده سپس از آن خارج می‌شوند. محاسبات ادامی و بردلر اولین در نوع خود است که منحنی‌هایی را درست مانند آنهایی که پیچ پیش‌بینی کرده بود، نشان می‌دهند.

اما هنوز کارهای زیادی برای انجام دادن باقی مانده است. در اصل، این گروه حدس می‌زنند باید به دنبال تئوری هنوز کشف نشده اتحاد گرانش کوانتومی باشند. اما در صورت عدم حضور این فرضیه، ممکن است موفقیت تئوری ادامی و بردلر اشاراتی به این نکته داشته باشد که چگونه چنین فرضیه‌ای که حتی روی دست تئوری هاوکینگ هم بلند شده، ساخته و پرداخته می‌شود.

در عصر جدید رصدخانه‌های امواج گرانشی که توسط رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری کشف شده است، امکان دارد روزی چنین تئوری هم مورد آزمایش قرار گیرد.

گزارش: هانا حیدری