سياهچاله‌ها و پارادوكس اطلاعات

6
1919

بیگ بنگ: نظريه‌ي ريسمان ممكن است پرده از راز عميق‌ترين پارادوكس‌هاي فيزيك سياهچاله‌ بردارد، مثل پارادوكس اطلاعات. مي‌دانيم كه سياهچاله‌ها كاملاً سياه نيستند، بلكه از طريق پديده‌ تونل‌زني مقادير كمي تابش از خود متصاعد مي‌كنند.

1398600513855.cached

به گزارش بیگ بنگ، بر طبق نظريه‌ي كوانتوم همواره شانس كوچكي وجود دارد كه تابش بتواند از چنگ گرانش سياهچاله‌ها فرار كند. به اين نشت آهسته از يك سياه‌چاله، تابش هاوكينگ (Hawking Radiation) گفته مي‌شود. اين تابش به نوبه خود، داراي دمايي اختصاصي است كه با مساحت افق رويداد يك سياهچاله‌ متناسب است). استیون هاوكينگ نسخه‌اي كلي از اين معادله را ارائه داد كه با اقبال زيادي مواجه شد. به هر حال يك نسخه دقيق از اين نتيجه نياز به استفاده از قدرت كامل مكانيك آماري دارد (بر اساس شمارش حالات كوانتومي سياهچاله‌ها). اغلب محاسبات مكانيك آماري از طريق شمارش تعداد حالاتي كه ايك اتم يا مولكول‌ مي‌تواند داشته باشد، صورت مي‌گيرد. اما چگونه مي‌توان حالات كوانتومي يك سياهچاله را شمارش كرد؟ در نظريه‌ي اينشتين، سياهچاله‌ها كاملاً آرام هستند، بنابراين شمردن حالات كوانتومي آن‌ها بسيار مشكل خواهد بود.

نظريه‌پردازان ريسماني مشتاق بودند تا اين فاصله را از بين ببرند. بنابراين آندرو استرومينگر و كامران وفا از هاروارد تصميم گرفتند با استفاده از نظريه‌ي M، يك سياهچاله را مورد تحليل و بررسي قرار دهند. از آنجا كه كار با سياهچاله به خودي خود سخت بود، آن‌ها مسير ديگري را در پيش گرفتند و پرسش هوشمندانه‌اي را مطرح ساختند: دوگان يك سياه‌چاله چيست؟ يك الكترون، دوگان يك تك‌قطبي مغناطيسي است. بنابراين تنها با آزمايش‌كردن يك الكترون در يك ميدان الكتريكي ضعيف، كه كار ساده‌اي است، مي‌توانيم آزمايش‌ بسيار مشكل‌تري را بررسي كنيم: يعني يك تك‌قطبي كه در ميدان مغناطيسي بسيار بزرگي قرار گرفته است.

انتظار مي‌رفت كه تحليل و بررسي دوگان يك سياهچاله از خود سياهچاله آسان‌تر باشد، اگرچه در نهايت هر دو نتايج يكساني را حاصل مي‌كنند. استرومينگر و كامران وفا با انجام مجموعه‌اي از عمليات رياضي، توانستند نشان دهند كه سياهچاله‌ها دوگان مجموعه‌اي از پوسته‌هاي يك بعدي و پنج بعدي هستند. اين مسئله دانشمندان را آسوده‌خاطر ساخت. زيرا نحوه‌ي شمارش حالات كوانتومي اين پوسته‌ها از قبل شناخته‌ شده بود. زماني كه استرومينگر و كامران وفا حالات كوانتومي را محاسبه كردند، دريافتند كه پاسخ به دست آمده به دقت نتايج هاوكينگ را مجدداً استخراج مي‌كند. اين خبري خوشايند بود. نظريه‌ي رسيمان‌ها، همان چيزي كه برخي مواقع به دليل عدم ارتباط با دنياي واقعي مورد تمسخر واقع مي‌شد، شايد بتواند زيباترين راه‌حل را براي ترموديناميك سياهچاله‌ها ارائه دهد.

در حال‌ حاظر نظريه‌پردازان ريسماني تلاش مي‌كنند تا با سخت‌ترين مشكل در فيزيك سياهچاله‌ها دست و پنجه نرم كنند. يعني پارادوكس اطلاعات. استيون هاوكينگ معتقد است اگر چيزي را به درون يك سياهچاله پرتاب كنيم، اطلاعاتي كه با خود حمل مي‌كند، براي هميشه از بين مي‌روند و هرگز باز نمي‌گردند. (اين روش هوشمندانه‌اي براي ارتكاب جرم است. يك مجرم مي‌تواند از يك سياه‌چاله براي از بين بردن تمام مدارك جرم استفاده كند). تنها پارامترهايي را كه مي‌توان از راه دور از يك سياه‌چاله اندازه گرفت، جرم، اسپين و بار آن‌ هستند. اينكه‌ چه چيزي را به درون سياهچاله پرتاب مي‌كنيم مهم نيست، به هر حال تمام اطلاعات درون آن را از دست خواهيم داد. (اين مسئله با اين جمله بيان مي‌شود كه سياهچاله‌ها مو ندارند، يعني تمام اطلاعات را از دست داده‌اند، تمام موها، به جز اطلاعات مربوط به اين پارامتر).
به نظر مي‌رسد كه از بين رفتن اطلاعات جهان ما، پيامد اجتناب‌ناپذير نظريه‌ي اينشتين باشد. اما از طرفي اين مسئله با اصول مكانيك كوانتومي كه بيان مي‌دارند اطلاعات هرگز نمي‌توانند گم شوند، در تناقض است. اطلاعات بايد جايي در جهان ما شناور باشند، حتي اگر خود جسم به درون يك سياهچاله فرو رفته باشد.

960px-BlackHole

هاوكينگ نوشته است: «اغلب فيزيك‌دانان تمايل دارند باور كنند كه اطلاعات از بين نرفته‌اند. زيرا اين باور جهان را امن و قابل پيش‌بيني مي‌كند. اما من عقيده دارم اگر نسبيت عام اينشتين را جدي بگيريم، بايد اين احتمال را در نظر بگيريم كه فضا-زمان خود را در گره‌هايي مقيد كرده و اينكه اطلاعات در پيچ و تاب‌ها گم مي‌شوند. امروزه تعيين اينكه آيا اطلاعات واقعاً گم مي‌شوند يا نه، يكي از پرسش‌هاي اصلي فيزيك نظري است». اين پارادوكس كه هاوكينگ را در مقابل اغلب نظريه‌پردازان ريسماني قرار مي‌دهد، هنوز حل نشده است. اما نظريه‌پردازان ريسماني ادعا مي‌كنند كه بالاخره خواهند فهميد كه اطلاعات گم‌شده كجا رفته‌اند.

به عنوان مثال اگر يك كتاب را به درون سياهچاله‌ها پرتاب كنيم، مي‌توان تصور كرد كه اطلاعات درون كتاب، در فرم نوسانات كوچكي كه در تابش هاوكينگ يك سياهچاله تبخيرشونده وجود دارند،‌به تدريج به درون جهان ما رسوخ مي‌كنند. يا شايد اين اطلاعات از درون يك سفيدچاله در طرف ديگر سياهچاله مجدداً بيرون بيايند. ميچيو كاكو فيزيك‌دان برجسته نظري معتقد است كه اطلاعات در حقيقت گم نشده‌اند، بلكه زيركانه در جاي ديگري مجدداً ظاهر مي‌شوند. سرمقاله‌ي نيويورك‌تايمز در سال 2004 به استيون هاوكينگ اختصاص يافت. او در مقابل دوربين‌هاي تلوزيوني اعلام كرد كه در مورد پارادوكس اطلاعات اشتباه كرده است. (سي سال قبل او با ديگر فيزيك‌دانان شرط بسته بود كه اطلاعات هرگز نمي‌توانند از يك سياه‌چاله به بيرون نشت كنند. بازنده اين شرط‌بندي موظف به تهيه دائره‌المعارفي بود كه اطلاعات آن را به راحتي قابل اصلاح و بازيابي باشند).

او با انجام مجدد برخي از محاسبات پيشين خود دريافت كه اگر يك شي‌ء مثلاً‌ يك كتاب به درون سياه‌چاله بيافتد، ممكن است ميدان تابش منتشر شده را مختل سازد و به اين ترتيب اطلاعات به جهان ما بازگردند. اطلاعات كتاب، درون تابش كدگذاري شده و به شكلي پاره‌پاره به آهستگي به بيرون سياهچاله نشت مي‌كنند. اين مسئله هاوكينگ را در گروه فيزيك‌دانان كوانتومي قرار داد. كساني كه عقيده دارند اطلاعات نمي‌تواند گم شود. اما به‌علاوه اين سوال مطرح شد: آيا اطلاعات مي‌توانند به يك جهان موازي انتقال يابند؟ در ظاهر به‌نظر مي‌رسيد كه نتيجه او،‌ ايده را كه اطلاعات ممكن است از طريق يك كرمچاله به يك جهان موازي انتقال يابد، دچار شبهه كند. با اين حال هيچ‌كسي عقيده ندارد كه او در اين باره حرف آخر را زده است. تا زماني‌كه نظريه‌‌ي ريسمان‌ها كامل نشده است و محاسبات گرانش كوانتومي انجام نگرفته است، هيچ‌كس باور نخواهد كرد كه پارادوكس اطلاعات كاملاً حل شده باشد.

نویسنده: اسماعیل جوکار/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع بیشتر: Paralel Worlds – Michio Kaku , Black hole information paradox



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

6 دیدگاه‌ها