هل يمكننا حل مفارقة معلومات الثقب الأسود باستخدام “كرات الفوتون”؟

بالعربي/ هل الثقوب السوداء بسيطة كما تبدو ، أم أن هناك المزيد لقصتها؟

هل الثقوب السوداء بسيطة كما تبدو ، أم أن هناك المزيد لقصتها؟ 

تتنبأ النظريات التي تحاول حل ما يسمى بمفارقة معلومات الثقب الأسود بأن الثقوب السوداء أكثر تعقيدًا مما توحي به النسبية العامة. الملاحظات المستقبلية لمجالات الفوتون – حزم من الضوء تدور حول حواف الثقوب السوداء – ستكون قادرة على اختبار هذه النظريات.

مفارقة المعلومات

وفقًا لنظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ، فإن الثقوب السوداء بسيطة بشكل مدهش. إذا كنت تعرف كتلة الثقب الأسود وشحنته ودورانه ، فأنت تعلم كل ما يمكن معرفته عنه. في الواقع ، تعتبر الثقوب السوداء من أبسط الشخصيات وأكثرها وضوحًا في الكون.

لكن هذه البساطة الواضحة تثير مفارقة مقلقة. في سبعينيات القرن الماضي ، أدرك عالم الفيزياء الفلكية الشهير ستيفن هوكينغ أن الثقوب السوداء ليست سوداء تمامًا. بدلاً من ذلك ، يصدرون إشعاعًا من خلال عملية ميكانيكية كمومية دقيقة تعمل في أفق الحدث الخاص بهم الخاص بهم ، أو في حدود الثقوب السوداء حيث لا يمكن لأي شيء ، ولا حتى الضوء ، الهروب.

نظرًا لأن الثقوب السوداء بسيطة جدًا ويمكن وصفها بثلاثة أرقام فقط ، فإن جميع المعلومات حول المادة التي تسقط في الثقوب السوداء تبدو مغلقة إلى الأبد. لا يهم إذا قمت ببناء ثقب أسود من النجوم الميتة والغبار بين النجوم أو ثقب أسود من القطط ؛ طالما أن هذين الثقبين الأسودين لهما نفس الدوران والكتلة والشحنة ، فسيكونان متطابقين.

في صياغة هوكينج الأصلية لعملية الإشعاع الخاصة به ، لم يحمل هذا الإشعاع أي معلومات معه. ولكن عندما يصدر الثقب الأسود إشعاعًا ، فإنه يتبخر ، ويختفي تمامًا في النهاية – ومن هنا جاءت مفارقة معلومات الثقب الأسود. إذا سقطت مجموعة من المعلومات في ثقب أسود ، ولا يمكن تدمير المعلومات ، فعندما يختفي الثقب الأسود ، أين تذهب كل المعلومات؟

انظر الى الضوء

على مدى العقود القليلة الماضية ، كانت هناك محاولات عديدة لحل مفارقة المعلومات. تتضمن بعض هذه المقترحات توسيع معرفتنا بالنسبية العامة. يتضمن بعضها محاولات التزاوج بين النسبية العامة وفهمنا لميكانيكا الكم. وبعضها غريب تمامًا.

حتى الآن ، ومع ذلك ، فإن جميع المحاولات لحل مفارقة المعلومات لم يتم إثباتها. من الصعب جدًا ملاحظة الثقوب السوداء بشكل مباشر ، حيث نراها عادةً فقط عندما تتفاعل مع محيطها (عادةً عن طريق ابتلاع كتل كبيرة من الغاز أو الغبار) أو عندما تندمج وتطلق موجات الجاذبية .

لكن كل ذلك تغير في عام 2019 ، عندما عملت شبكة عالمية من التلسكوبات تُعرف باسم Event Horizon Telescope بالتناغم لتقديم صورة واحدة لـ M87 * ، وهو ثقب أسود هائل في وسط مجرة ​​العذراء.

تلك الصورة ملفتة للنظر ومخيفة. الفراغ المظلم في المركز هو الظل الذي يلقي به أفق حدث الثقب الأسود ، مما يمنع أي ضوء خلف الثقب الأسود من الاختراق. وهذا الفراغ محاط بحلقة شبحية من الضوء تنبعث من البلازما شديدة الحرارة المحيطة بالثقب الأسود.

حلقة النار

ماذا يمكن أن تخبرنا هذه الصورة عن الطبيعة الحقيقية لآفاق حدث الثقب الأسود ؟

أفق الحدث للثقب الأسود نفسه أصغر بكثير من ظله ؛ يبدو الظل كبيرًا جدًا بسبب الانحناء الشديد للفضاء بالقرب من الثقب الأسود. والكذب في مكان ما بين أفق الحدث وحافة الظل هو ميزة مثيرة للاهتمام تنتج أيضًا من الانحناء الشديد للفضاء: كرة الفوتون. إن كرة الفوتون هي منطقة قريبة من ثقب أسود تكون فيها الجاذبية قوية لدرجة أن الضوء نفسه يمكن أن يدور حول الثقب الأسود.

المدارات في تلك المنطقة غير مستقرة. يمكن للفوتونات أن تدور حول الثقب الأسود عدة مرات ، لكنها لن تبقى إلى الأبد. في النهاية ، سوف تتسرب ، مما يؤدي إلى ظهور حلقة رقيقة ومرئية من الضوء حول الثقب الأسود.

في النسبية العامة الكلاسيكية ، فإن كرة الفوتون هذه رقيقة جدًا لدرجة أنها بالكاد موجودة وهي باهتة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها في صورة M87 * الملتقطة باستخدام تلسكوب أفق الحدث.

الآن ، قام فريق من الباحثين بالتحقيق في خصائص كرة الفوتون في النظريات التي تحاول حل مفارقة معلومات الثقب الأسود. وجدوا أن بعض النظريات المعقدة لآفاق حدث الثقب الأسود تؤثر على البيئة المحيطة بهم ، بما في ذلك كرة الفوتون. في بعض هذه النظريات ، من الممكن أن يكون مجال الفوتون أوسع بكثير ، وبالتالي أكثر إشراقًا ، للمراقبين البعيدين ، كما كتب الفريق في ورقة نُشرت مؤخرًا في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv .

على الرغم من التغيير ، فإن الاختلافات في مجالات الفوتون بين النسبية الكلاسيكية وتنبؤات هذه النماذج الغريبة لا تزال صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها باستخدام تلسكوب أفق الحدث. لكن الصورة المذهلة لهذا التلسكوب لن تكون آخر صورة نلتقطها للثقب الأسود. ستؤدي المحاولات المستقبلية لدراسة M87 * والثقوب السوداء الفائقة الأخرى إلى تقديم صور عالية الدقة. إذا تمكنا من حل حلقة الفوتون ، فإن دراسة عرضها وسطوعها ستعطينا أدلة على طبيعة أفق الحدث ، وفي النهاية ، كيفية حل مفارقة معلومات الثقب الأسود.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com