بازنگری در ماهیت سیاهچالهها/ آیا مرزهای فیزیک در حال فروپاشی است؟
پژوهشی جدید نشان می‌دهد که سیاهچالهها و اجرام بسیار متراکم ویژگی‌های یکسانی دارند.
به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری برنا؛ یک مطالعه‌ی اخیر بر ماهیت پویا و متغیر سیاهچالهها تأکید کرده و ویژگی‌های ترمودینامیکی مشابهی را برای اجرام بسیار متراکم (ECOs) مطرح می‌کند. این پژوهش پیشرفت‌هایی در فهم رفتار این اجرام در سناریو‌های گرانش کوانتومی به همراه دارد.
مقاله‌ای با عنوان «جهان‌شمولی ترمودینامیک یک سیاهچاله کوانتومی در حال تابش که از حرارتی بودن فاصله می‌گیرد» که در ژورنال Physics Letters B منتشر شده، اهمیت در نظر گرفتن سیاهچالهها به‌عنوان سیستم‌های دینامیکی را مورد بررسی قرار می‌دهد؛ به‌طوری که تغییرات در هندسه‌ی سیاهچالهها در طول تابش برای توصیف دقیق رفتار ترمودینامیکی آنها بسیار حائز اهمیت است.
پل زدن بین سیاهچالهها و اجرام بسیار متراکم
این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که اجرام بسیار متراکم (ECOs) این ویژگی‌های ترمودینامیکی را با سیاهچالهها به اشتراک می‌گذارند، فارغ از اینکه دارای افق رویداد باشند یا خیر. اهمیت این پژوهش در کمک به تلاش‌های مداوم برای حل پارادوکس اطلاعات سیاهچاله نهفته است که درک دقیق‌تری از ترمودینامیک سیاهچالهها در زمینه‌های گرانش کوانتومی ارائه می‌دهد.
دیدگاه‌هایی از فیزیک کوانتومی و نسبیت
این پژوهش که توسط کریستین کوردا (استاد مدعو در دپارتمان ریاضیات و فیزیک در دانشگاه SUNY پلی‌تکنیک) و کارلو کافارو (استاد مدعو در دپارتمان ریاضیات و فیزیک در SUNY پلی‌تکنیک و استاد دپارتمان علوم و مهندسی در مقیاس نانو در دانشگاه آلبانی) انجام شده است، از عناصر فیزیک کوانتومی، مکانیک آماری و نسبیت عمومی بهره می‌برد.
یکی از مهمترین مسائل در فیزیک نظری معاصر، درک ماهیت سیاهچاله است. باور بر این است که نسبیت عام کلاسیک، سیاهچاله را به‌عنوان جرمی با افق رویداد توصیف می‌کند، یعنی سطحی که از آن‌سوی آن هیچ رویدادی نمی‌تواند بر ناظر خارجی تأثیر بگذارد، و دارای تکینگی در مرکز آن است؛ یعنی نقطه‌ای که در آن حضور بی‌نهایت‌ها نشان‌دهنده‌ی شکست قوانین فیزیک است.
از سوی دیگر، رویکرد‌های اخیر چه کلاسیک و چه کوانتومی نشان داده‌اند که آنچه ما سیاهچاله می‌نامیم، می‌تواند جرمی بدون افق رویداد و تکینگی باشد. اجرامی از این نوع را اجرام بسیار متراکم (ECOs) می‌نامند تا آنها را از مفهوم سنتی سیاهچالهها متمایز کنند.
اگرچه این رویکرد برخی مشکلات مهم، نظیر حذف تکینگی و بازگرداندن قوانین فیزیک را حل می‌کند، اما مشکل دیگری ایجاد می‌کند: با تمام ترمودینامیک سیاهچالهها که طی بیش از ۵۰ سال توسعه یافته، از جمله کار‌های پیشگامان بکنشتاین و هاوکینگ، چه کنیم؟
جهان‌شمولی ترمودینامیک سیاهچالهها
در سال ۲۰۲۳، سمیر ماثور و مدور مهتا پاسخی مهم به این پرسش ارائه کردند و جایزه سوم مسابقه مقاله‌نویسی بنیاد پژوهشی گرانش را برای اثبات جهان‌شمولی ترمودینامیک سیاهچالهها به دست آوردند.
به‌طور خاص، آنها نشان دادند که هر جرم بسیار متراکم (ECO) باید دارای همان ویژگی‌های ترمودینامیکی سیاهچالهها باشد، صرف‌نظر از اینکه آیا این جرم دارای افق رویداد است یا خیر.
این نتیجه قابل‌توجه است، اما تحت فرضی به دست آمده که طی آن طیف تابش سیاهچاله کاملاً حرارتی فرض شده است. در واقع، استدلال‌های قوی مبتنی بر حفظ انرژی و واکنش بازگشتی سیاهچالهها نشان می‌دهند که طیف تابش هاوکینگ نمی‌تواند کاملاً حرارتی باشد.
در پژوهش خود، کوردا و کافارو این نتیجه‌گیری ماثور و مهتا را به موردی که طیف تابش دقیقاً حرارتی نیست، بسط داده‌اند؛ با استفاده از مفهوم حالت دینامیکی سیاهچاله.
حالات دینامیکی سیاهچاله و دما‌های مؤثر
حالت دینامیکی سیاهچاله با معرفی دمای مؤثر به دست می‌آید. این مفهوم مشابه با چندین حوزه دیگر علم است که در آن، انحراف از طیف حرارتی جسم تابش‌کننده معمولاً از طریق معرفی دمای مؤثر در نظر گرفته میشود؛ دمایی که نماینده‌ی دمای یک جسم سیاه است که همان مقدار تابش را مانند منبع غیرحرارتی ساطع می‌کند.
در مورد سیاهچاله، معرفی دمای مؤثر امکان معرفی مقادیر مؤثر دیگری را فراهم می‌کند که حالت دینامیکی آن را مشخص می‌کند؛ یعنی حالت سیاهچاله در حین گذار کوانتومی که در آن انرژی تابش میشود یا جذب می‌گردد. این مقاله در نتیجه کار ماثور و مهتا را تکمیل و عمومی‌سازی می‌کند.
انتهای پیام/
نظر شما
اخبار برگزیده
پرونده ویژه
تبلیغات متنی