کشف راز سیاهچاله؛ اطلاعات پس از مرگ هم باقی میماند
پژوهش تازهای در حوزه گرانش نظری نشان میدهد سیاهچالهها ممکن است پس از تبخیر کامل نیز کاملا ناپدید نشوند و بقایای بسیار کوچکی از خود بر جا بگذارند که اطلاعات درون آنها را حفظ میکند. این نتیجه میتواند گامی مهم در حل یکی از معروفترین معماهای فیزیک مدرن یعنی پارادوکس اطلاعات سیاهچاله باشد.
به گزارش برنا، در دهه ۱۹۷۰ استیون هاوکینگ نشان داد که سیاهچالهها کاملا پایدار نیستند و بهواسطه پدیدهای که امروز به نام تابش هاوکینگ شناخته میشود بهتدریج انرژی از دست میدهند و در نهایت تبخیر میشوند. این نظریه پرسش عمیقی را مطرح کرد: اگر سیاهچالهها در پایان عمر خود ناپدید شوند اطلاعاتی که درون آنها سقوط کرده چه سرنوشتی پیدا میکند؟
این مسئله به پارادوکس اطلاعات سیاهچاله معروف شد، زیرا طبق قوانین مکانیک کوانتومی اطلاعات فیزیکی هرگز نمیتواند نابود شود؛ بنابراین اگر سیاهچالهها واقعا همه چیز را از بین ببرند این موضوع با اصول بنیادی فیزیک کوانتومی در تضاد قرار میگیرد.
اکنون گروهی از پژوهشگران در مقالهای که در نشریه General Relativity and Gravitation منتشر شده است مدلی نظری ارائه دادهاند که میتواند راهحلی برای این معما ارائه کند. بر اساس این مطالعه سیاهچالهها در پایان فرآیند تبخیر بهطور کامل محو نمیشوند بلکه به بازماندههایی بسیار کوچک، اما پایدار تبدیل میشوند که اطلاعات اولیه را در خود نگه میدارند.
در این پژوهش دانشمندان از چارچوبی متفاوت از نسبیت عام استاندارد استفاده کردهاند. در نظریه کلاسیک اینشتین فضازمان تنها میتواند تحت تاثیر جرم و انرژی خم شود اما نظریهای که در این مطالعه به کار رفته موسوم به نظریه اینشتین–کارتان اجازه میدهد فضازمان علاوه بر خمیدگی نوعی پیچش (torsion) نیز داشته باشد.
این ویژگی زمانی اهمیت پیدا میکند که چگالی ماده به مقادیر بسیار بالا و نزدیک به مقیاس پلانک برسد. در چنین شرایطی پیچش فضازمان میتواند نیرویی دافعه ایجاد کند که با نیروی جاذبه شدید درون سیاهچاله مقابله میکند.
پژوهشگران برای بررسی پیامدهای این ایده مدل خود را در چارچوب یک جهان هفتبعدی تحلیل کردند. در این سناریو زمانی که ماده درون سیاهچاله فرو میپاشد و چگالی آن به نزدیکی مقیاس پلانک میرسد، پیچش فضازمان بهتدریج اثر دافعهای ایجاد میکند که از ادامه فروپاشی جلوگیری میکند.
در نتیجه بهجای آنکه تبخیر سیاهچاله از طریق تابش هاوکینگ تا نابودی کامل ادامه پیدا کند فرآیند فروپاشی به یک حالت پایدار ختم میشود. در این حالت سیاهچاله به بازماندهای بسیار کوچک تبدیل میشود که جرم آن قابل پیشبینی است. محققان در مقاله خود تخمین زدهاند که جرم این بازمانده حدود ۹ × ۱۰⁻⁴¹ کیلوگرم خواهد بود.
این سناریو تصویر کاملا متفاوتی از سرنوشت نهایی سیاهچالهها ارائه میدهد. اگر سیاهچالهها هرگز بهطور کامل از بین نروند اطلاعاتی که درون آنها سقوط کرده نیز نیازی به نابود شدن ندارد.
اما این اطلاعات دقیقا در کجا ذخیره میشود؟ پژوهش جدید پیشنهاد میکند که اطلاعات در ساختار درونی بازماندهها و از طریق پدیدهای موسوم به حالتهای شبهعادی (Quasinormal Modes) رمزگذاری میشود. این حالتها الگوهای طبیعی ارتعاش یک سامانه فیزیکی هستند و رفتاری شبیه لرزش یک زنگوله پس از ضربهخوردن دارند.
در این چارچوب این ارتعاشات میتوانند بهعنوان حاملان اطلاعات عمل کنند و دادههای مربوط به مادهای را که در گذشته به درون سیاهچاله سقوط کرده در خود نگه دارند.
مقیاس ظرفیت اطلاعاتی این بازماندهها نیز بهطرز شگفتآوری بزرگ برآورد شده است. برای مثال بازمانده حاصل از یک سیاهچاله با جرمی برابر با جرم خورشید میتواند حدود ۱.۵۱۵ × ۱۰⁷⁷ کیوبیت اطلاعات را در خود ذخیره کند.
اگرچه این مدل هنوز یک چارچوب نظری است و نیاز به بررسیهای بیشتر دارد، اما میتواند راه تازهای برای حل پارادوکس اطلاعات سیاهچاله ارائه دهد و درک ما از ارتباط میان گرانش، مکانیک کوانتومی و ساختار بنیادی فضازمان را تغییر دهد.
انتهای پیام/
