بیگ بنگ: قضیه مساحت سیاهچاله هاوکینگ که قانون دوم مکانیک سیاهچاله نیز نامیده می‌شود بیان می‌کند که کل مساحت افق رویداد یک سیاهچاله نمی‌تواند با گذشت زمان کاهش پیدا کند. این قضیه بر اساس پژوهش‌های “استیون هاوکینگ” پیشنهاد و نامگذاری شده است. اکنون گروهی از فیزیکدانان برای اولین‌بار آن را با استفاده از مشاهدات رویداد موج گرانشی تأیید کردند.

به گزارش بیگ بنگ، در سال 1971، “استیون هاوکینگ” قضیه مساحت سیاهچاله را پیشنهاد کرد تا بینشی بنیادی دربارۀ مکانیک سیاهچاله مطرح کند. این قضیه پیش‌بینی می‌کند که کل مساحت افق رویداد یک سیاهچاله هرگز نباید کاهش پیدا کند. این بیانیه موازی با قانون دوم ترمودینامیک بود که بیان می‌کند آنتروپی یا درجه اختلال درون یک شی نیز نباید هرگز کاهش پیدا کند.

شباهت بین دو نظریه بیان می‌کند که سیاهچاله‌ها باید مثل اشیاء ساطع کنندۀ حرارت رفتار کنند، یعنی سیاهچاله‌ها ذاتاً نباید اجازه دهند انرژی فرار یا تابش کند. هاوکینگ در نهایت در سال 1974 مجذور این دو ایده را گرفت و نشان داد که اگر اثرات کوانتومی سیاهچاله‌ها را در نظر بگیریم، سیاهچاله‌ها می‌توانند آنتروپی داشته باشند و در مقیاس‌های زمانی بسیار طولانی تابش داشته باشند. این پدیده «تابش هاوکینگ» نام گرفت که یکی از بنیادی‌ترین کشفیات دربارۀ سیاهچاله‎هاست.

دکتر “مکسیمیلیانو ایسی”، اخترفیزیکدان موسسه کاولی MIT گفت: «همه چیز با این کشف هاوکینگ آغاز شد که کل مساحت افق رویداد در سیاهچاله‌ها هرگز نمی‌تواند کاهش پیدا کند. قانون مساحت در عصر طلایی در دهه هفتاد میلادی مطرح شد، یعنی زمانی که تمام این بینش‌ها ارائه شدند.»

هاوکینگ و دیگران از آن زمان تاکنون نشان دادند که قضیه مساحت به طور ریاضیاتی کار می‌کند، اما به هیچ وجه نمی‌توان آن را تا زمان اولین کشف “امواج گرانشی” در طبیعت بررسی کرد. “هاوکینگ” با شنیدن نتیجه فوراً با یکی از موسسان لایگو به نام پروفسور “کیپ تورن” تماس گرفت. سوال او این بود: آیا این کشف می‌تواند قضیه‌ی مساحت سیاهچاله را تأیید کند؟

محققان در آن زمان توانایی کسب اطلاعات درون سیگنال را قبل و بعد از ادغام نداشتند تا مشخص کنند که آیا مساحت افق رویداد سیاهچاله کاهش پیدا نکرده، همانطور که قضیه هاوکینگ بیان می‌کند. دکتر ایسی و همکارانش در مطالعه جدید نگاهی دقیق‌تر به سیاهچالۀ GW150914 انداختند. اولین سیگنال “موج گرانشی” کشف شده توسط رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری(LIGO) در سال 2015 از این سیاهچاله ثبت شد.

این سیگنال محصول دو سیاهچالۀ در حال ادغام است که موجب تولد یک “سیاهچاله جدید” شد. اگر قضیه مساحت هاوکینگ درست باشد، آنگاه مساحت افق رویداد سیاهچاله جدید نباید کوچکتر از کل مساحت افق رویداد سیاهچاله‌های والد آن باشد. فیزیکدانان سیگنال GW150914 را قبل و بعد از برخورد کیهانی دوباره تحلیل کردند و دریافتند که در واقع کل مساحت افق رویداد پس از ادغام کاهش پیدا نکرده، نتیجه‌ای که با 95% اطمینان گزارش شده است.

یافته‌های آنها به اولین تأیید مشاهداتی مستقیم قضیه مساحت هاوکینگ اشاره دارد که از لحاظ ریاضیاتی اثبات شده، اما هرگز تاکنون در طبیعت مشاهده نشده است. محققان اکنون سعی دارند سیگنال‌های موج گرانشی جدیدی را آزمایش کنند تا قضیه هاوکینگ و سایر نظریه‌های قدیمی مکانیک سیاهچاله را آزمایش کنند.

دکتر ایسی گفت: «این احتمال وجود دارد که حجم زیادی از اجرام فشرده وجود داشته باشد و در حالی که برخی از آنها سیاهچاله‌هایی هستند که قوانین اینشتین و هاوکینگ را دنبال می‌کنند، بقیه ممکن است غول‌هایی متفاوت باشند. بنابراین، اینگونه نیست که شما فقط یکبار این آزمایش را انجام دهید و تمام شود. شما یک بار آن را آزمایش می‌کنید و تازه همه چیز شروع می‌شود.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sci-news.com