آتش در چاله ( قسمت سوم )

اما با کشفِ خوان مالداسِنا (Juan Maldacena) در همان سال، این بن‌بست شکسته شد. وی فیزیک‌دانی بود که پس از آن به دانش‌گاهِ هاروارد در کمبریج رفت. دیدگاهِ مالداسنا بر پایه‌ی یک طرحِ پیش‌نهادیِ قدیمی‌تر بنا شده بود که بیان می‌کرد هر ناحیه‌ی سه‌بعدی (۳D) از جهانِ ما را می‌توان به کمکِ داده‌هایی که بر روی مرزِ دوبعدیِ (۲D) آن رمزنگاری شده است، توصیف کرد [۴-۲]، درست به همان ترتیبی که به کمکِ پرتوی لیزر می‌توان یک تصویرِ سه‌بعدی را بر روی یک هولوگرامِ دوبعدی رمزنگاری کرد. لئونارد ساسکیند (Leonard Susskind) نظریه‌پردازِ ریسمان از دانشگاهِ استنفورد در کالیفرنیا و یکی از کسانی‌ست که این فرضیه را مطرح کرده است [۳]. او می‌گوید: «ما واژه‌ی «هولوگرام» را به عنوانِ یک استعاره به کار بردیم. اما پس از پیش‌بردِ محاسباتِ ریاضی، چنین به نظر می‌رسید که این فرضیه یک معنای لغوی هم دربر دارد و آن عبارت‌ست از این‌که کیهان، برافکنشی (تصویری) از اطلاعات بر روی یک مرز است».

آنچه که مالداسنا پیش‌نهاد کرد یک فرمول‌بندیِ ریاضیِ ملموس [۵] از ایده‌ی هولوگرام بود که از دیدگاه‌های نظریه‌ی ابرریسمان بهره می‌گرفت، نظریه‌ای که این فرض را به عنوانِ مبنا قرار می‌دهد که ذراتِ بنیادی از ترکیبِ حلقه‌های بسیار کوچک و مرتعشِ انرژی ساخته شده‌اند. مدلِ او جهانی سه‌بعدی را در نظر می‌آورد که ریسمان‌ها و سیاه‌چاله‌ها را دربر گرفته است. این ریسمان‌ها و سیاه‌چاله‌ها که تنها گرانش بر آن‌ها فرمان می‌راند در سطحی دوبعدی مقید شده‌اند. در این سطحِ دوبعدی ذرات بنیادی و میدان‌ها از قوانینِ رایجِ مکانیکِ کوانتومی، بدونِ در نظر گرفتنِ گرانش، پیروی می‌کنند. ساکنانِ فرضیِ این فضای سه‌بعدی هرگز این مرز (دوبعدی) را نخواهند دید چراکه این مرز از آن‌ها بی‌نهایت دور است. اما این مسئله مهم نیست چون هر آن‌چه در این جهانِ سه‌بعدی رخ دهد را می‌توان به طورِ هم‌ارز به کمکِ معادلاتِ حاکم بر مرزِ دوبعدی توصیف کرد و برعکس. مالداسنا چنین توضیح می‌دهد: «من دریافتم که می‌توان واژه‌نامه‌ای ریاضی یافت و به کمکِ آن زبان‌های این دو جهان را به یک‌دیگر ترجمه کرد».

این به این معنا بود که حتی تبخیرِ سیاه‌چاله‌ها که پدیده‌ای در جهانِ سه‌بعدی‌ست را می‌توان در جهانِ دوبعدی توصیف کرد، یعنی جایی که گرانشی در آن تعریف نمی‌شود، قوانینِ مکانیکِ کوانتومی حاکمِ بی‌چون‌وچراست و اطلاعات هرگز نابود نمی‌شود. اگر اطلاعات در چنین جایی پایسته می‌ماند باید در جهانِ سه‌بعدی نیز چنین باشد، یعنی اطلاعات باید به گونه‌ای از سیاه‌چاله به بیرون بگریزد.
4152000

یکی برای همه

پس از گذشتِ چند سال، مارولف (Marolf) نشان داد که هر مدلی که برای گرانشِ کوانتومی نوشته شود از قوانینِ یکسانی پیروی خواهد کرد، مستقل از آن‌که این مدل بر پایه‌ی نظریه‌ی ریسمان ساخته شده باشد یا خیر [۶]. تِد جکوبسون (Ted Jacobson) فیزیک‌دانی در شاخه‌ی مکانیکِ کوانتومی در دانش‌گاهِ مریلند در کالج‌پارک که برای مدت‌ها هوادارِ نظریه‌ی نابودیِ اطلاعات بود چنین می‌گوید: «ترکیبی از کارهای پژوهشیِ مالداسنا و مارولف بود که سبب شد دیدگاهِ من (به سودِ مخالفانِ نابودیِ اطلاعات) تغییر کند». در سالِ ۲۰۰۴ هاوکینگ در حضورِ همگان پذیرفت که دیدگاهش نادرست بوده و برای به‌جا آوردنِ شرطی که با پرسکیل بسته بود یک دانش‌نامه‌ی بیس‌بال به وی هدیه داد.

کشفِ مالداسنا چنان قدرتمند و مستدل بود که بیش‌ترِ فیزیک‌دانان انگاشتند که پارادوکسِ اطلاعاتِ سیاه‌چاله به نتیجه رسیده است. اگرچه هیچ‌کس تاکنون توضیحی برای این مطلب ندارد که چگونه اطلاعات از راهِ تابشِ هاوکینگ به بیرون از سیاه‌چاله منتقل می‌شود. پولشینسکی می‌گوید: «گمان می‌کنم که همگی تنها وانمود می‌کنیم که باید پاسخِ سرراستی برای این مسئله وجود داشته باشد».

اما چنین نبود. در ابتدای سالِ ۲۰۱۲ پولشینسکی و گروهش خود را موظف دانستند که پایانِ نادقیق و سرسریِ پارادوکسِ اطلاعاتِ سیاه‌چاله را روشن سازند. دیری نگذشت که آن‌ها نیز به پارادوکسی برخوردند که تا امروز حل‌نشده باقی مانده است. همین پارادوکس بود که سرانجام آن‌ها را به سوی ایده‌ی دیوارِ آتشینِ مرگ‌بار کشانید.

هاوکینگ نشان داده بود که حالتِ کوانتومیِ هر ذره‌ای که از سیاه‌چاله می‌گریزد، تصادفی‌ست. بنابراین حالتِ ذره نمی‌تواند هیچ اطلاعاتِ سودمندی دربر داشته باشد. اما در میانه‌ی دهه‌ی ۱۹۹۰ ساسکیند و دیگران دریافتند که اگر حالتِ ذراتِ گسیل‌شده از سیاه‌چاله به گونه‌ای درهم‌تنیده باشد، آن‌گاه اطلاعات می‌توانند در حالت‌های کوانتومیِ تابشِ سیاه‌چاله رمزنگاری شوند. «حالت‌های درهم‌تنیده» مربوط به دو یا چند ذره است که حالت‌های کوانتومیِ آن‌ها چنان به یک‌دیگر جفت شده‌است که انجامِ هرگونه اندازه‌گیری به روی یکی از این ذرات، روی ذراتِ دیگر نیز تاثیر می‌گذارد. این اثرگذاری بی‌درنگ است، مستقل از آن‌که ذرات در چه فاصله‌ای از هم قرار داشته باشند.

اما چه چیز گروهِ پژوهشیِ پولشینسکی را شگفت‌زده کرده بود؟ ذره‌ای که از دامِ سیاه‌چاله گریخته و به بیرون از آن گسیل می‌شود باید با ذره‌ای که به درونِ سیاه‌چاله فرومی‌افتد، درهم‌تنیده باشد. از سوی دیگر، اگر دیدگاهِ ساسکیند و هم‌نظرانش درست باشد، این ذره باید با همه‌ی ذراتی که پیش از آن به صورتِ تابشِ هاوکینگ از سیاه‌چاله گسیل شده‌اند نیز درهم‌تنیده باشد. این درحالی‌ست که یکی از نتایجِ موشکافانه‌ی مکانیکِ کوانتومی «تک‌جفت بودنِ درهم‌تنیدگی» نام دارد که بیان می‌کند یک سامانه‌ی کوانتومی نمی‌تواند به طورِ هم‌زمان با دو سامانه‌ی مستقل از هم، به طورِ کامل درهم‌تنیده باشد.

پولشینسکی و هم‌کارانش دریافتند که برای گریز از این پارادوکس، باید یکی از این دو درهم‌تنیدگی را گسست. اما آن‌ها نمی‌خواستند از درهم‌تنیدگیِ میانِ ذره‌ی گسیل‌شده و دیگر ذراتِ (تابشِ هاوکینگ) که پیش از آن ذره گسیل شده بودند، دست بکشند چراکه وجودِ این درهم‌تنیدگی برای رمزنگاریِ اطلاعات در تابشِ هاوکینگ ضروری بود. بنابراین چنین تصمیم گرفتند که از درهم‌تنیدگیِ میانِ ذره‌ی گریخته از سیاه‌چاله و جفتش که به درونِ سیاه‌چاله افتاده است، چشم‌پوشی کنند. اما این کار هم بهایی داشت. هم‌چنان که پولشینسکی می‌گوید: «گسستنِ درهم‌تنیدگیِ میانِ این زوج‌ذرات، فرآیندِ سختی‌ست. درست مانند شکستنِ پیوندهای یک مولکول که سبب آزادشدنِ انرژی می‌شود». اما میزانِ انرژی که از گسستنِ درهم‌تنیدگیِ زوج‌ذراتِ بسیاری آزاد می‌شود بی‌اندازه کلان خواهد بود. پولشینسکی می‌افزاید: «بنابراین افقِ روی‌دادِ سیاه‌چاله به معنای واقعیِ کلمه، حلقه‌ای از آتش است که هر کسی را در حالِ سقوط به درونِ سیاه‌چاله خواهد سوزاند». در عوض، این شرایط اصلِ هم‌ارزی را زیرِ پا خواهد گذاشت چون به این نتیجه منجر می‌شود که ناظری که در حالِ سقوط‌آزاد در نزدیکیِ افقِ روی‌دادِ یک سیاه‌چاله است خواهد سوخت در حالی که اصلِ هم‌ارزی بیان می‌کند که ناظری که در حالِ سقوط‌آزاد است همه‌چیز را همانندِ ناظری خواهد دید که در فضای تهی غوطه‌ور است. بنابراین اعضای این گروه بر آن شدند که مقاله‌ای را به سِرورِ پیش‌ازچاپِ arXiv فرستاده و فیزیک‌دانان را با گزینشی سخت‌گیرانه روبه‌رو کنند: یک گزینه پذیرشِ این است که دیوارهای آتشین وجود دارند و بنابراین نظریه‌ی نسبیتِ عام درهم فرو خواهد ریخت (چون اصلِ هم‌ارزی دیگر برقرار نخواهد بود)، و گزینه‌ی دیگر آن‌که اطلاعات در سیاه‌چاله‌ها نابود می‌شود و بنابراین مکانیکِ کوانتومی نظریه‌ای نادرست از کار در خواهد آمد [۱]. مارولف چنین می‌گوید: «گویا با این شرایطِ گزینشی، دیوارهای آتشین واپسین گزینه‌ی جنون‌آمیز برای ما خواهد بود».

این مقاله جامعه‌ی فیزیک را به لرزه افکند. جکوبسون می‌گوید: «این ادعا که دست‌کشیدن از اصلِ هم‌ارزیِ اینشتین بهترین گزینه است، به راستی تکان‌دهنده بود». بوییسا نیز با این نظر موافق بوده و چنین می‌افزاید: «این ممکن نیست که دیوارِ آتشین در فضای تهی پدیدار شود. درست مانندِ آن است که درفضایی خالی، به ناگاه دیواری آجری ظاهر شده و به صورتِ شما برخورد کند». اگر نظریه‌ی اینشتین در موردِ افقِ روی‌دادِ یک سیاه‌چاله کارایی نداشته باشد آن‌گاه کیهان‌شناسان باید از خود بپرسند که آیا جایی هست که بتوان این نظریه را به طورِ تمام‌وکمال به کار بست؟

پولشینسکی اعتراف می‌کند که در ابتدا چنین می‌پنداشته که اشتباهی احمقانه کرده است. به همین دلیل به سراغِ یکی از پدرانِ ایده‌ی هولوگرافی، یعنی ساسکیند می‌رود تا اشتباه خود را دریابد. ساسکیند چنین می‌گوید: «نخستین واکنشِ من این بود که آن‌ها در اشتباه هستند». وی مقاله‌ای منتشر کرده [۷] و دیدگاهِ خود را در این باره بازگو می‌کند، اما پس از آن‌که بیش‌تر می‌اندیشد بی‌درنگ وادار می‌شود ادعای خود را پس بگیرد. او با خنده می‌گوید: «دومین واکنشم این بود که نتایجی که آن‌ها به دست آورده‌اند درست است، برای بارِ سوم دوباره پنداشتم که آن‌ها در اشتباهند. اما بارِ چهارم دریافتم که حق با آن‌هاست. این نتیجه‌گیری‌های پیاپی سبب شد به من لقبِ «یویو» بدهند اما درواقع واکنشِ بیش‌ترِ فیزیک‌دانان درباره‌ی نتایجِ به دست آمده توسطِ پولشینسکی، درست مانندِ واکنشِ من بود».

از زمانِ انتشارِ مقاله‌ی پولشینسکی تا امروز، بیش از ۴۰ مقاله در این باره در arXiv به ثبت رسیده است اما هیچ‌کس نتوانسته خدشه و نقطه‌ضعفی در منطق و شیوه‌ی استدلالِ اعضای این گروهِ پژوهشی بیابد. دان پِیج (Don Page) یکی از هم‌کارانِ هاوکینگ در طولِ دهه‌ی ۱۹۷۰ که هم‌اینک در دانش‌گاهِ آلبرتا در ادمونتونِ کاناداست می‌گوید: «این واقعاً بحثی زیباست که ثابت می‌کند جایی، در شیوه‌ی اندیشه‌ی ما در موردِ سیاه‌چاله‌ها، ناسازگاری وجود دارد». البته شماری راه حلِ ابتکاری نیز برای این مسئله پیش‌نهاد شده است.

ادامه دارد »»»

لینک قسمت اول
لینک قسمت دوم

منبع: http://www.nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726
مراجع:
۱- Almheiri, A., Marolf, D., Polchinski, J. & Sully, J. Preprint at http://arxiv.org/abs/1207.3123 2012.

۲- Bekenstein, J. D. Phys. Rev. D 7, 2333–۲۳۴۶ ۱۹۷۳٫

۳- Susskind, L. J. Math. Phys. 36, 6377 1995.

۴- Stephens, C. R., ’t Hooft, G. & Whiting, B. F. Class. Quant. Grav. 11, 621–۶۴۷ ۱۹۹۴٫

۵- Maldacena, J. M. Adv. Theor. Math. Phys. 2, 231–۲۵۲ ۱۹۹۸٫

۶- Marolf, D. Phys. Rev. D 79, 044010 2009.

۷- Susskind, L. Preprint at http://arxiv.org/abs/1207.4090 2012.

(3 نفر , میانگین : 4٫67 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=2118

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *