منذ أن اكتشف ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء تتبخر، أصبح واضحا أنها يمكن أن تختفي من كوننا.
لكن فهمنا للجاذبية وميكانيكا الكم ليس بالقوة الكافية لوصف اللحظات الأخيرة من حياة الثقب الأسود.
يقترح بحث جديد مدفوع بنظرية الأوتار مصائرًا محتملة، وغريبة بنفس القدر، لتتبخر الثقوب السوداء:
كتلة صلبة متبقية يمكننا، من حيث المبدأ ، الوصول إليها، أو تفرد غير محاط بأفق من الأحداث.
ليست الثقوب السوداء، بالمعنى الدقيق للكلمة، سوداء بالكامل.
في النسبية العامة البحتة، مع عدم وجود تعديلات أو اعتبارات أخرى للفيزياء الأخرى، فإنها تظل سوداء إلى الأبد.
بمجرد أن يتشكل أحدهم، فإنه سيبقى هناك، كونه ثقبًا أسود، إلى الأبد.
لكن في السبعينيات، استخدم هوكينج لغة ميكانيكا الكم لاستكشاف ما يحدث بالقرب من حدود الثقب الأسود، المعروف باسم أفق الحدث.
وجد، بشكل مفاجئ، أن تفاعلًا غريبًا بين الحقول الكمومية لكوننا والحاجز أحادي الاتجاه لأفق الحدث سمح بمسار للطاقة للهروب من الثقب الأسود.
تأخذ هذه الطاقة شكل تيار بطيء ولكن ثابت من الإشعاع والجسيمات التي أصبحت تُعرف باسم إشعاع هوكينغ.
مع كل جزء من الطاقة التي تفلت، يفقد الثقب الأسود كتلته وبالتالي يتقلص، ويخرج في النهاية من الوجود تمامًا.
خلق ظهور إشعاع هوكينغ ما يُعرف بمفارقة معلومات الثقب الأسود.
جميع المعلومات التي تصف المادة التي تسقط فيه تعبر أفق الحدث، ولن تُرى مرة أخرى أبدًا.
لكن إشعاع هوكينغ نفسه لا يحمل أي معلومات معه، ومع ذلك يختفي الثقب الأسود في النهاية.
مفارقة معلومات الثقب الأسود هي إشارة نيون عملاقة وامضة لعلماء الفيزياء بأننا لا نفهم شيئًا ما.
ربما لا نفهم طبيعة المعلومات الكمية، أو طبيعة الجاذبية أو طبيعة آفاق الحدث – أو الثلاثة كلها.
تتمثل الطريقة “الأسهل” لحل مفارقة معلومات الثقب الأسود في تطوير نظرية جديدة للجاذبية تتجاوز نظرية أينشتاين للنسبية العامة.
بعد كل شيء، نحن نعلم بالفعل أن النسبية العامة تنهار في مراكزها، وهي ثقوب صغيرة في الزمكان تعرف باسم التفردات حيث تذهب الكثافة إلى اللانهاية.
الطريقة الوحيدة لوصف التفرد بشكل صحيح هي من خلال نظرية الجاذبية الكمومية التي تتنبأ بشكل صحيح بمدى تصرف الجاذبية القوية في المقاييس الصغيرة للغاية.
لسوء الحظ، نفتقر حاليًا إلى نظرية الجاذبية الكمية.
سيكون من اللطيف أن ننظر إلى التفردات مباشرة، ولكن بقدر ما نفهم من خلال النسبية العامة، فإن كل التفردات محجوبة وراء آفاق الحدث، مما يجعل الوصول إليها غير متاح لنا.
ولكن من خلال دراسة عملية إشعاع هوكينج، قد نتمكن من إيجاد طريق مختصر للاقتراب من التفرد وفهم الفيزياء المجنونة التي تحدث هناك.
مع تبخر الثقوب السوداء، فإنها تصبح أصغر وأصغر وتقترب آفاق حدثها بشكل غير مريح من التفردات المركزية.
في اللحظات الأخيرة من حياة الثقوب السوداء، تصبح الجاذبية قوية جدًا، وتصبح هي صغيرة جدًا، بحيث لا يمكننا وصفها بشكل صحيح بمعرفتنا الحالية.
لذلك إذا تمكنا من تطوير نظرية أفضل للجاذبية، فيمكننا استخدام اللحظات الأخيرة لإشعاع هوكينج لاختبار سلوك النظرية.
هناك العديد من المرشحين لنظرية الجاذبية الكمومية، وتعتبر نظرية الأوتار هي الأكثر تطورًا.
على الرغم من عدم وجود حلول معروفة لنظرية الأوتار، فمن الممكن أن نأخذ ما نعرفه عن السمات العامة للنظرية ونستخدمها لعمل نسخ معدلة من النسبية العامة.
هذه النظريات المعدلة ليست البدائل الصحيحة “الكاملة” للنسبية العامة، لكنها تسمح لنا بفحص كيف يمكن للجاذبية أن تتصرف عندما تقترب أكثر فأكثر من الحد الكمومي.
في الآونة الأخيرة، استخدم فريق من المنظرين إحدى هذه النظريات، والمعروفة باسم جاذبية أينشتاين-ديلاتون-غاوس-بونيت، للتحقيق في الحالات النهائية لتبخر الثقوب السوداء.
قاموا بتفصيل عملهم في ورقة نُشرت في قاعدة بيانات arXiv في مايو.
تفاصيل نتائج الفريق غامضة بعض الشيء.
هذا لأن النسبية العامة المعدلة ليست مفهومة جيدًا مثل النسبية العامة العادية، وحل الرياضيات المعقدة يتطلب مجموعة من التقديرات والكثير من التخمين.
ومع ذلك، تمكن الباحثون من رسم صورة عامة لما يحدث.
تتمثل إحدى السمات الرئيسية لجاذبية أينشتاين-ديلاتون-غاوس-بونيت في أن الثقوب السوداء لها حد أدنى من الكتلة، لذلك كان المنظرون قادرين على دراسة ما يحدث عندما يبدأ الثقب الأسود المتبخر في الوصول إلى الحد الأدنى من الكتلة.
إقرأ أيضا:
في بعض الحالات، اعتمادًا على الطبيعة الدقيقة للنظرية وتطوره، تترك عملية التبخر وراءها كتلة صلبة مجهرية.
قد تفتقر هذه الكتلة الصلبة إلى أفق الحدث، لذلك من حيث المبدأ، يمكنك أن تطير بسفينة الفضاء الخاصة بك إليها وتلتقطها.
في حين أن الكتلة الصلبة ستكون غريبة للغاية، إلا أنها ستحتفظ على الأقل بجميع المعلومات التي سقطت في الثقب الأسود الأصلي، وبالتالي حل التناقض.
الاحتمال الآخر هو أنه يصل إلى الحد الأدنى من كتلته ويتخلى عن أفق الحدث الخاص به ولكنه لا يزال يحتفظ بالتفرد.
يبدو أن هذه “التفردات العارية” ممنوعة في النسبية العامة العادية، ولكن إذا كانت موجودة، فستكون بمثابة نوافذ مباشرة في عالم الجاذبية الكمية.
لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت جاذبية أينشتاين-ديلاتون-غاوس-بونيت تمثل مسارًا صالحًا نحو الجاذبية الكمية.
لكن مثل هذه النتائج تساعد الفيزيائيين في إلقاء الضوء على أكثر السيناريوهات تعقيدًا في الكون، وربما توفر إرشادات حول كيفية حلها.