أكدت نظرية ستيفن هوكينج الشهيرة حول الثقوب السوداء

بالعربي/ ترتبط مناطق الثقوب السوداء بكمية الاضطراب في الكون

أثبتت إحدى نظريات هوكينغ الأكثر شهرة أنها صحيحة ، وذلك باستخدام تموجات في الزمكان الناتجة عن اندماج اثنين من الثقوب السوداء البعيدة .

تنص نظرية منطقة الثقب الأسود ، التي اشتقها هوكينج في عام 1971 من نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، على أنه من المستحيل أن تتناقص مساحة سطح الثقب الأسود بمرور الوقت. تثير هذه القاعدة اهتمام الفيزيائيين لأنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بقاعدة أخرى يبدو أنها تحدد الوقت للتشغيل في اتجاه معين: القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، الذي ينص على أن الانتروبيا ، أو الاضطراب ، لنظام مغلق يجب أن يزداد دائمًا. لأن إنتروبيا الثقب الأسود تتناسب طرديًا مع مساحة سطحه ، يجب أن يزداد كلاهما دائمًا.

وفقًا للدراسة الجديدة ، يبدو أن تأكيد الباحثين لقانون المنطقة يشير إلى أن خصائص الثقوب السوداء هي أدلة مهمة للقوانين الخفية التي تحكم الكون. بشكل غريب ، يبدو أن قانون المنطقة يتعارض مع نظريات أخرى مثبتة لفيزيائي شهير: يجب أن تتبخر الثقوب السوداء على نطاق زمني طويل للغاية ، لذا فإن اكتشاف مصدر التناقض بين النظريتين يمكن أن يكشف عن فيزياء جديدة.

“لا يمكن تقليل مساحة سطح الثقب الأسود ، وهو ما يشبه القانون الثاني للديناميكا الحرارية. كما أنه يحافظ على الكتلة ، حيث لا يمكنك تقليل كتلته ، وهذا مشابه للحفاظ على الطاقة” ، هذا ما قاله المؤلف الرئيسي قال ماكسيميليانو إيسي ، عالم الفيزياء الفلكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، لـ Live Science. “في البداية كان الناس مثل” واو ، هذا تشابه رائع “، لكن سرعان ما أدركنا أن هذا أمر أساسي. الثقوب السوداء لها إنتروبيا ، وهي متناسبة مع منطقتها. إنها ليست مجرد صدفة مضحكة ، إنها حقيقة عميقة عن العالم التي يكشفونها “.

يتم تحديد مساحة سطح الثقب الأسود بواسطة حدود كروية تُعرف باسم أفق الحدث – بعد هذه النقطة لا شيء ، ولا حتى الضوء ، يمكن أن يفلت من جاذبيته القوية. وفقًا لتفسير هوكينج للنسبية العامة ، حيث تزداد مساحة سطح الثقب الأسود مع زيادة كتلته ، ولأنه لا يمكن لأي جسم رمي بالداخل أن يخرج ، لا يمكن أن تقل مساحة سطحه. لكن مساحة سطح الثقب الأسود تتقلص أيضًا كلما زاد دورانه ، لذلك تساءل الباحثون عما إذا كان من الممكن رمي جسم ما بداخله بقوة كافية لجعل الثقب الأسود يدور بما يكفي لتقليل مساحته.

قال إيسي: “ستجعله يدور أكثر ، لكن ليس كافيًا لموازنة الكتلة التي أضفتها للتو”. “مهما فعلت ، ستجعله الكتلة والدوران بحيث ينتهي بك الأمر بمساحة أكبر.”

لاختبار هذه النظرية ، حلل الباحثون موجات الجاذبية ، أو التموجات في نسيج الزمكان ، التي تم إنشاؤها منذ 1.3 مليار سنة بواسطة ثقبين أسودين عملاقين أثناء تصاعدهما باتجاه بعضهما البعض بسرعة عالية. كانت هذه أول موجات تم اكتشافها على الإطلاق في عام 2015 بواسطة مرصد الليزر المتداخل لموجات الجاذبية (LIGO) ، وهو شعاع ليزر مقسم إلى مسارين بطول 2485 ميلاً (4 كيلومترات) ، وقادر على اكتشاف أدنى تشوهات في الزمكان. من خلال كيفية تغيير طول مساره.

من خلال تقسيم الإشارة إلى نصفين – قبل وبعد اندماج الثقوب السوداء – قام الباحثون بحساب الكتلة ودوران كل من الثقوب السوداء الأصلية والثقب المدمج الجديد. هذه الأرقام ، بدورها ، سمحت لهم بحساب مساحة سطح كل ثقب أسود قبل الاصطدام وبعده. 

قال إيسي: “بينما يدورون حول بعضهم البعض بشكل أسرع وأسرع ، تزداد موجات الجاذبية في السعة أكثر فأكثر حتى تغوص في نهاية المطاف في بعضها البعض – مما يجعل هذا الاندفاع الكبير من الأمواج”. “ما تبقى أمامك هو ثقب أسود جديد في هذه الحالة المثيرة ، والتي يمكنك دراستها بعد ذلك من خلال تحليل كيفية اهتزازه. يبدو الأمر كما لو كنت تدق الجرس ، فإن النغمات والمدد المحددة التي يرن بها ستخبرك الهيكل من هذا الجرس ، وأيضًا مما تم صنعه “.

كانت مساحة سطح الثقب الأسود الذي تم إنشاؤه حديثًا أكبر من مساحة السطحين الأوليين مجتمعين ، مما يؤكد قانون منطقة هوكينغ بمستوى ثقة يزيد عن 95٪. وفقًا للباحثين ، فإن نتائجهم تتماشى إلى حد كبير مع ما توقعوا العثور عليه. تقوم نظرية النسبية العامة – من أين جاء قانون المنطقة – بعمل فعال للغاية في وصف الثقوب السوداء والأجسام الكبيرة الأخرى.

ومع ذلك ، فإن اللغز الحقيقي يبدأ عندما نحاول دمج النسبية العامة – قواعد الأشياء الكبيرة – مع ميكانيكا الكم – تلك الخاصة بالصغيرة جدًا. تبدأ الأحداث الغريبة بالحدوث ، وتحدث الخراب في جميع قواعدنا الصارمة والسريعة ، وتنتهك قانون المنطقة تمامًا. 

هذا لأن الثقوب السوداء لا يمكن أن تتقلص وفقًا للنسبية العامة ، لكنها يمكن أن تتقلص وفقًا لميكانيكا الكم. طور الفيزيائي البريطاني الشهير الذي يقف وراء قانون مساحة السطح مفهومًا يُعرف باسم إشعاع هوكينغ – حيث ينبعث ضباب من الجسيمات عند حواف الثقوب السوداء من خلال تأثيرات كمية غريبة. تؤدي هذه الظاهرة إلى تقلص الثقوب السوداء ، وفي النهاية ، على مدى فترة زمنية أطول بعدة مرات من عمر الكون ، تتبخر. قد يحدث هذا التبخر على مدى فترات زمنية طويلة بما يكفي لعدم انتهاك قانون المنطقة على المدى القصير ، ولكن هذا عزاء بسيط للفيزيائيين.

وقال إيسي “إحصائياً ، تم انتهاك القانون على مدى فترة طويلة من الزمن”. “إنه مثل الماء المغلي ، يتبخر البخار من المقلاة ، ولكن إذا اقتصرت على النظر إلى الماء المتلاشي بداخله ، فقد تميل إلى القول إن إنتروبيا المقلاة آخذة في التناقص. ولكن إذا أخذت البخار أيضًا في الاعتبار ، زاد الانتروبيا الكلية لديك. الأمر نفسه مع الثقوب السوداء وإشعاع هوكينغ. “

مع وضع قانون المنطقة للأطر الزمنية القصيرة إلى المتوسطة ، ستكون الخطوات التالية للباحثين هي تحليل البيانات التي تم الحصول عليها من المزيد من موجات الجاذبية للحصول على رؤى أعمق يمكن استخلاصها من الثقوب السوداء.

قال إيسي: “أنا مهووس بهذه الأشياء بسبب مدى تناقضها. إنها غامضة للغاية ومربكة ، لكن في نفس الوقت نعرف أنها أبسط الأشياء الموجودة”. “هذا ، بالإضافة إلى حقيقة أنهم حيث تلتقي الجاذبية بميكانيكا الكم ، يجعلهم الملاعب المثالية لفهمنا لماهية الواقع.”

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com