هل يحتوي كل ثقب أسود على تفرد؟

في الكون الحقيقي ، لا تحتوي الثقوب السوداء على فرادات. بشكل عام ، التفردات هي النتيجة الرياضية غير الفيزيائية لنظرية فيزيائية معيبة. عندما يتحدث العلماء عن تفردات الثقب الأسود ، فإنهم يتحدثون عن الأخطاء التي تظهر في نظرياتنا الحالية وليس عن الأشياء الموجودة بالفعل. عندما يتحدث العلماء وغير العلماء عن التفردات كما لو كانت موجودة بالفعل ، فإنهم ببساطة يظهرون جهلهم.

التفرد هو نقطة في الفضاء حيث توجد كتلة ذات كثافة غير محدودة. هذا من شأنه أن يؤدي إلى الزمكان مع انحناء لانهائي. من المتوقع وجود التفردات في الثقوب السوداء من خلال نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، وهي نظرية حققت أداءً جيدًا بشكل ملحوظ في مطابقة النتائج التجريبية. المشكلة هي أن اللانهايات لا توجد أبدًا في العالم الحقيقي. عندما تنبثق اللانهاية من نظرية ما ، فهي ببساطة علامة على أن نظريتك أبسط من أن تتعامل مع الحالات القصوى.

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك أبسط نموذج فيزيائي يصف بدقة كيفية انتقال الموجات على وتر الغيتار. إذا كنت تقود مثل هذه السلسلة بترددها الرنان ، فإن أبسط نموذج يتنبأ بأن اهتزاز السلسلة سيزداد أضعافا مضاعفة بمرور الوقت ، حتى لو كنت تقودها برفق. الخيط يفعل هذا في الواقع … إلى حد ما. المشكلة هي أن الدالة الأسية تقترب بسرعة من اللانهاية. لذلك يتنبأ النموذج بأن وترًا للجيتار مدفوعًا بتردد الرنين الخاص به سوف يهتز بمرور الوقت عبر القمر ، ويمرر النجوم إلى ما لا نهاية ، ثم يعود مرة أخرى. هل يهتز الخيط فعلاً بلا حدود لمجرد أن النموذج يقول ذلك؟ بالطبع لا. يستقر الخيط قبل فترة طويلة من الاهتزاز مع القمر. يشير ظهور اللانهاية في النموذج إلى أن النموذج قد وصل إلى حدوده. النموذج البسيط للموجات الموجودة على الوتر يكون صحيحًا طالما أن الاهتزازات صغيرة. لتجنب اللانهاية في المعادلات ، تحتاج إلى بناء نظرية أفضل. بالنسبة لأوتار الجيتار المهتزة ، كل ما عليك فعله هو إضافة وصف إلى النموذج عند انطباق أوتار الجيتار.

كمثال آخر ، فكر في كأس زجاجي رفيع للشرب. إذا غنى مغني نوتة موسيقية على النغمة اليمنى ، يبدأ الكأس في الاهتزاز أكثر فأكثر. يتنبأ أبسط نموذج بأنه ، بمرور الوقت ، سوف يهتز الكأس بلا حدود. في الحياة الواقعية ، هذا لا يحدث. بدلاً من ذلك ، يتسبب الغناء في تحطم الكأس إلى أشلاء عندما يصبح الاهتزاز عنيفًا للغاية.

كل نظرية علمية لها حدودها. ضمن مجال صلاحيتها ، تتطابق النظرية الجيدة مع النتائج التجريبية بشكل جيد للغاية. لكن تجاوز حدود النظرية ، وتبدأ في إعطاء تنبؤات غير دقيقة أو حتى مجرد هراء. يأمل الفيزيائيون في يوم من الأيام أن يطوروا نظرية لكل شيء ليس لها حدود ودقيقة في جميع المواقف. لكن ليس لدينا ذلك بعد. حاليًا ، أفضل نظريات الفيزياء هي نظرية المجال الكمي والنسبية العامة لأينشتاين. تصف نظرية المجال الكمومي بدقة شديدة الفيزياء من حجم البشر إلى أصغر جسيم. في الوقت نفسه ، فشلت نظرية المجال الكمومي في المقياسين الكوكبي والفلكي ، وفي الواقع ، لا تقول شيئًا على الإطلاق عن الجاذبية. فى المقابل، تتنبأ النسبية العامة بدقة بتأثيرات الجاذبية والتأثيرات الأخرى على النطاق الفلكي ، لكنها لا تقول شيئًا عن الذرات أو الكهرومغناطيسية أو أي شيء على النطاق الصغير. إن استخدام النسبية العامة للتنبؤ بمدار إلكترون حول نواة ذرية سيعطيك نتائج سيئة بشكل محرج ، واستخدام نظرية المجال الكمي للتنبؤ بمدار الأرض حول الشمس سيعطيك نتائج سيئة أيضًا. ولكن طالما أن العلماء والمهندسين يستخدمون النظرية الصحيحة في الإعداد الصحيح ، فإنهم يحصلون في الغالب على الإجابات الصحيحة في أبحاثهم وحساباتهم وتوقعاتهم. كما سيعطيك مداره حول الشمس نتائج سيئة. ولكن طالما أن العلماء والمهندسين يستخدمون النظرية الصحيحة في الإعداد الصحيح ، فإنهم يحصلون في الغالب على الإجابات الصحيحة في أبحاثهم وحساباتهم وتوقعاتهم. كما سيعطيك مداره حول الشمس نتائج سيئة. ولكن طالما أن العلماء والمهندسين يستخدمون النظرية الصحيحة في الإعداد الصحيح ، فإنهم يحصلون في الغالب على الإجابات الصحيحة في أبحاثهم وحساباتهم وتوقعاتهم.

الشيء الجيد هو أن النسبية العامة لا تتداخل كثيرًا مع نظرية المجال الكمومي. بالنسبة لمعظم حسابات النطاق الفلكي والجاذبية ، يمكنك الابتعاد باستخدام النسبية العامة فقط وتجاهل نظرية المجال الكمومي. وبالمثل ، بالنسبة للحسابات الصغيرة والكهرومغناطيسية ، يمكنك تجنب استخدام نظرية المجال الكمومي وتجاهل النسبية العامة. على سبيل المثال ، يمكنك استخدام نظرية المجال الكمي فقط لوصف ما تفعله الذرات في الشمس ، ولكن استخدم فقط النسبية العامة لوصف ما تفعله الشمس ككل. هناك العديد من الجهود جارية لتوحيد نظرية المجال الكمي والنسبية العامة باستمرار في نظرية واحدة كاملة ، ولكن لم يتم ترسيخ أي من هذه الجهود أو تأكيدها بشكل كامل من خلال التجارب. حتى تأتي نظرية ناجحة لكل شيء ، يمكن للفيزيائيين في الغالب أن يتعاملوا مع كل من النسبية العامة ونظرية الكم النسبية بطريقة خليط. يعمل هذا النهج في الغالب لأن مجالات صحة كلتا النظريتين لا تتداخل كثيرًا. لكن هذا النهج ينهار عندما ينهار جسم فلكي إلى أحجام كمومية ، وهو بالضبط ما هو الثقب الأسود.

يتشكل الثقب الأسود عندما ينفد الوقود اللازم لنجم ضخم لموازنة الجاذبية ، وينهار تحت جاذبيته إلى حجم صغير جدًا. تتنبأ النسبية العامة بأن النجم ينهار إلى نقطة صغيرة غير محدودة بكثافة لا نهائية. ولكن ، كما يجب أن يكون واضحًا الآن ، مثل هذا الوحش غير موجود حقًا في العالم الحقيقي. يشير ظهور تفرد الثقب الأسود في النسبية العامة ببساطة إلى أن النسبية العامة غير دقيقة في الأحجام الصغيرة جدًا ، وهو ما نعرفه بالفعل. أنت بحاجة إلى نظرية المجال الكمي لوصف الأشياء ذات الأحجام الصغيرة. لكن نظرية المجال الكمومي لا تتضمن تأثيرات الجاذبية ، وهي السمة الرئيسية للثقب الأسود. هذه الحقيقة تعني أننا لن نعرف بالضبط ما يحدث في الثقب الأسود حتى يتمكن العلماء بنجاح من إنشاء نظرية جديدة تصف بدقة الأحجام الصغيرة وتأثيرات الجاذبية القوية في نفس الوقت. مهما كانت النظرية الجديدة تخبرنا بها ، فمن المؤكد أنها لن تقول أن هناك فرادات في الثقوب السوداء. إذا كان الأمر كذلك ، فإن هذه النتيجة تشير ببساطة إلى أن النظرية الجديدة سيئة مثل النظرية القديمة. في الواقع ، أحد متطلبات النظرية المستقبلية لكل شيء هو أنها لا تتنبأ بالتفردات في الثقوب السوداء. بهذا المعنى ، فإن الأجزاء الداخلية للثقوب السوداء هي الحدود النهائية للفيزياء النظرية. يمكن وصف كل شيء تقريبًا في الكون بدقة (على الأقل من حيث المبدأ) باستخدام نظرياتنا الحالية. مهما كانت النظرية الجديدة تخبرنا بها ، فمن المؤكد أنها لن تقول أن هناك فرادات في الثقوب السوداء. إذا كان الأمر كذلك ، فإن هذه النتيجة تشير ببساطة إلى أن النظرية الجديدة سيئة مثل النظرية القديمة. في الواقع ، أحد متطلبات النظرية المستقبلية لكل شيء هو أنها لا تتنبأ بالتفردات في الثقوب السوداء. بهذا المعنى ، فإن الأجزاء الداخلية للثقوب السوداء هي الحدود النهائية للفيزياء النظرية. يمكن وصف كل شيء تقريبًا في الكون بدقة (على الأقل من حيث المبدأ) باستخدام نظرياتنا الحالية. مهما كانت النظرية الجديدة تخبرنا بها ، فمن المؤكد أنها لن تقول أن هناك فرادات في الثقوب السوداء. إذا كان الأمر كذلك ، فإن هذه النتيجة تشير ببساطة إلى أن النظرية الجديدة سيئة مثل النظرية القديمة. في الواقع ، أحد متطلبات النظرية المستقبلية لكل شيء هو أنها لا تتنبأ بالتفردات في الثقوب السوداء. بهذا المعنى ، فإن الأجزاء الداخلية للثقوب السوداء هي الحدود النهائية للفيزياء النظرية. يمكن وصف كل شيء تقريبًا في الكون بدقة (على الأقل من حيث المبدأ) باستخدام نظرياتنا الحالية. بهذا المعنى ، فإن الأجزاء الداخلية للثقوب السوداء هي الحدود النهائية للفيزياء النظرية. يمكن وصف كل شيء تقريبًا في الكون بدقة (على الأقل من حيث المبدأ) باستخدام نظرياتنا الحالية. بهذا المعنى ، فإن الأجزاء الداخلية للثقوب السوداء هي الحدود النهائية للفيزياء النظرية. يمكن وصف كل شيء تقريبًا في الكون بدقة (على الأقل من حيث المبدأ) باستخدام نظرياتنا الحالية..

المصدر / wtamu.edu