جدیدترین توضیح «استیون هاوکینگ» در مورد پارادوکس سیاه چاله

به گزارش «تابناک» برای آن که بهتر به اهمیت این موضوع پی ببرید و بدانید که اساسا پارادوکس اطلاعات در سیاه چاله چیست، باید کمی به عقب تر و به جایی باز گردیم که این مساله از آن جا آغاز شده است.

فهم عمومی ما از سیاه چاله ها بر اساس نظریه نسبیت عمومی اینشتین، این است که هر چیزی که از افق رویداد – Event Horizon یا افق رویداد مرزهای یک سیاه چاله است – عبور کند، برای همیشه از بین میرود. حتی نور نیز نمیتواند از یک سیاه چاله بدون از بین رفتن عبور کند و به همین دلیل است که نام این پدید سیاه چاله است – به همین دلیل هم برای ما دیدن یک سیاه چاله به شکل واقعی غیر ممکن است.

اما در دهه 70 میلادی استیون هاوکینگ این مطلب را پیش کشید که پرتوها میتوانند از سیاه چاله ها فرار کنند. که این امر بر اساس قوانین مکانیک کوانتوم است. به شکلی بسیار ساده وی میگوید که وقتی یک سیاه چاله نیمی از یک جفت ذره-ضد ذره را میبلعد، بخش دیگر ذره به شکل پرتو یا تابش در فضا پرتاب میشود و همزمان که سیاه چاله را ترک میکند، بخشی از انرژی آن را نیز میدزدد.

به همین دلیل است که سر انجام سیاه چاله ها از بین میروند و تنها ردی که از آنها باقی میماند اشعه های الکترومگنتیک است که از آن ها ساتع میشود. این اشعه ها به نام خود هاوکینگ یا تابش های هاوکینگی معروف هستند.

اما مشکل این است که بر اساس محاسبات دقیق هاوکینگ، این اشعه ها هیچ اطلاعات مفیدی در مورد آنکه سیاه چاله چه چیز را خورده است، در بر ندارد و اطلاعات بلعیده شده برای همیشه از بین میروند. اما این موضوع با فهم فعلی ما از فیزیک مدرن جور در نمی آید. فیزیک مدرنی که میگوید همیشه وارونه یا معکوس کردن زمان ممکن است. حداقل در نظریه، روندها در جهان ما چه به سمت جلو در حرکت باشند و چه به سمت عقب، یکسان به نظر می آیند.

حال استیون هاوکینگ در مقاله اخیر خود به این پارادوکس پاسخ داده است. پیشنهاد هاوکینگ در ابتدا این بود که اطلاعات به جای ناپدید شدن در فضای داخلی سیاه چاله‌ها، در واقع در داخل فضای افق رویداد ثبت می‌شوند. در آن زمان او مشخص نکرد که این امر به چه ترتیبی صورت می‌گیرد. این همان مسئله‌ای است که مقالۀ اخیر به آن می‌پردازد. هاوکینگ و نویسنده‌های مشترک «مالکوم پری» از دانشگاه کمبریج (Malcolm Perry) و «اندرو استرومینگر» (Andrew Strominger) ازدانشگاه هاروارد قدری این موضوع را باز کرده‌اند.

این فراری‌های خوش شانس به عنوان فوتون‌هایی نازک و بدون انرژی (zero-energy) توصیف شده‌اند که اطلاعات وضعیت کوانتوم هرچیزی را که به داخل سیاه چاله می‌افند حفظ می‌کنند. استرومینگر این مثال را می‌زند: از آن‌جایی که انرژی در کیهان نمی‌تواند از بین برود، الکترون‌های مادی که از افق رویداد عبور می کنند بایستی روح خود را در موهای نازک [سیاه‌چاله] به جای بگذارند؛ به عنوان یک متغیر کوچک در فضامکان که برای توصیف انرژی الکترون کافی باشد.

چه چیزی فراموش شده است؟

هاوکینگز نخستین کسی نیست که ایدۀ سیاه چاله‌های دارای مو را به بحث گذاشته است. به این ترتیب، این بیشتر یک افزودن تدریجی به اطلاعات این حوزه بوده است تا یک انقلاب علمی. خود مقاله هم خاطرنشان می کند که کارهای زیادی برای انجام دادن در این مورد باقی مانده است.

به عنوان مثال، «سابین هاسن فلدر» (Sabine Hossenfelder) از مؤسسۀ فیزیک تئوریک شمال اروپا می‌نویسد: نظریۀ موهای باریک بر روی یک شکل خاص از اطلاعات متمرکز است؛ اطلاعاتی که میزان انرژی ذرات را توصیف می‌کند.

به عبارت دیگر، ما نیازمند اطلاعات نظریه‌ای هستیم که دیگر اشکال اطلاعات را نیز توضیح دهد.

در هر حال، آن‌چه این مقاله پیشنهاد می‌دهد این است که موهایی که ذرات باردار از خود به جای می‌گذارند باید به لحاظ فیزیکی قابل سنجش باشند، حتی اگر ما هنوز امکان فنی چنین سنجشی را نداشته باشیم.

با اینکه که هاوکینگ و همکاران پیشنهاد نمی‌دهند به نزدیکترین سیاه چاله برویم تا این فرضیه را چک کنیم، نشریۀ The Register این طرح را پیش کشیده است که اگر این فرضیه درست باشد بایستی قادر باشد پیش‌بینی‌هایی راجع به رفتار سیاه چاله‌هایی که در حال حاضر مشاهده کرده‌ایم ارائه دهد.

انتظار می‌رود نظریه پردازان به شکل جدی بر روی این کار کنند که چگونه «موهای باریک» ممکن است تابش‌هایی را که بر مبنای مشاهدات ما از بلعیده شدن ماده توسط سیاه چاله‌ها به بیرون می‌ریزند مشخص کنند.