بیگ بنگ: وقتی اطلاعات از افق رویداد یک سیاهچاله عبور می‌کند چه اتفاقی برای آن می‌افتد؟ برخی محققان فکر می‌کنند که هندسۀ کرمچاله‌ها می‌تواند به حل این مسئله‌ی آزاردهنده کمک کند.

به گزارش بیگ بنگ، در یک مقاله‌ی جدید، فیزیکدانان یک راه‌حل برای درک بهتر پارادوکس اطلاعات در سیاهچاله ارائه کردند. این راه حل پیشنهاد می‌دهد که یک سیاهچاله‌ی در حال فروپاشی می‌تواند از شکستن قوانین بنیادی فیزیک کوانتومی جلوگیری کند. اگرچه این کار به شدت نظری است، اما برای آشتی “نسبیت عام” با “مکانیک کوانتومی”، راه حل مناسبی دارد.

فیزیکدان “کاناتو گوتو” از دانشگاه کُرنل و ریکن در ژاپن گفت: «ما هندسه‌ی فضا-زمان جدیدی با ساختار کرم‌چاله کشف کردیم که در محاسبات معمولی از آن چشم‌پوشی شده است. آنتروپی محاسبه‌شده با این هندسه‌ی جدید نتیجه‌ی کاملاً متفاوتی ارائه می‌دهد.»

پارادوکس اطلاعات سیاهچاله یکی از تنش‌های حل نشده بین نظریه “نسبیت عام اینشتین” و “مکانیک کوانتومی” است. طبق نسبیت عام اینشتین، افق رویداد یک سیاهچاله، نقطه‌ای بدون بازگشت است. هر چیزی که از این نقطه‌ی بحرانی عبور کند به طرز اجتناب‌ناپذیری در چاه گرانشی سیاهچاله فرو می‌رود و حتی سرعت نور برای فرار از این گرانش قدرتمند کافی نیست. در واقع هر چیزی که به درون آن سقوط کند از بین می‌رود. به همین دلیل به این مکان نقطۀ بدون بازگشت می‌گویند.

سپس، “استیون هاوکینگ” در دهه 1970 مکانیک کوانتومی را وارد محاسبات کرد و فهمید سیاهچاله‌ها می‌توانند تابش داشته باشند. طبق این نظریه دمای سیاهچاله با کوچکتر شدنِ آن، بالا می‌رود. در نهایت این تابش، “سیاهچاله” را تا اندازه‌ای کوچک می‌کند که چیزی از آن باقی نخواهد ماند.

“گوتو” توضیح داد: «این تبخیرِ سیاهچاله نامیده می‌شود، زیرا سیاهچاله درست مثل یک قطره آبِ در حال تبخیر کوچک می‌شود.» از آنجایی که این «تابش» شبیه آن چیزی که در ابتدا وارد سیاهچاله شده بود نیست، اینطور به نظر می‌رسد که هر چیزی که در سیاهچاله‌ی تبخیر شده وارد شده، از بین رفته است. اما طبق مکانیک کوانتومی، اطلاعات نمی‌تواند به سادگی از کیهان ناپدید شود. بسیاری از فیزیکدانان این احتمال را مطرح کردند که اطلاعات شاید در “تابش هاوکینگ” رمزگذاری شوند.

“گوتو” و تیمش قصد داشتند این ایده را به طور ریاضیاتی با محاسبه‌ی آنتروپی “تابش هاوکینگ” در اطراف یک سیاهچاله بررسی کنند. «آنتروپی مقیاسی از بی‌نظمی در یک سیستم است و می‌توان از آن برای تشخیص اطلاعاتِ گم شده در “تابش هاوکینگ” استفاده کرد.» بر اساس مقاله‌ی فیزیکدانی بنام “دون پیج” در سال 1993، اگر با ناپدید شدنِ سیاهچاله، بی‌نظمی معکوس شود و آنتروپی به صفر برسد، “پارادوکس اطلاعات گم شده” باید نادیده گرفته شود. متأسفانه، هیچ چیزی در مکانیک کوانتومی باعث نمی‌شود چنین معکوسی رخ دهد.

وارد کرمچاله یا حداقل یک کپی ریاضیاتی از کرمچاله در مدل‌های بسیار خاص کیهان شوید. این یک ارتباط بین دو ناحیه از یک صفحه منحنی فضا-زمان است، کمی شبیه به یک پل در عرض یک دره. به گفته‌ی “گوتو”، این طرز تفکر در مورد سیاهچاله‌ها یک ابزار متفاوت برای محاسبه‌ی آنتروپی “تابش هاوکینگ” در اختیار ما قرار می‌دهد. وی توضیح داد: «یک کرمچاله در واقع داخل سیاهچاله را به بیرون تابش متصل می‌کند، مثل یک پل.»

وقتی تیم تحقیقاتی محاسبات خود را با استفاده از مدل کرمچاله انجام داد، نتایج آنها با “منحنی آنتروپی دون پیج” مطابقت داشت. این امر حاکی از آن است که اطلاعات گم شده در “افق رویداد” یک سیاهچاله ممکن است برای همیشه گم نشده باشد. اما هنوز پرسش‌های بی‌پاسخی وجود دارد. تا زمانی که این پرسش‌ها پاسخ داده نشوند نمی‌توانیم تصور کنیم که پارادوکس اطلاعات سیاهچاله واقعا حل شده است. “گوتو” افزود: «ما هنوز مکانیزم نحوۀ انتقال اطلاعات توسط تابش را نمی‌دانیم و به یک نظریه کوانتومی نیاز داریم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در Journal of High Energy Physics منتشر شده است.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com