إذاً ها أنت على وشك القفز في الثقب الأسود. ما الذي يمكن أن ينتظره - رغم كل الصعاب - يمكنك البقاء على قيد الحياة بطريقة أو بأخرى؟ أين ستنتهي وما حكايات محيرة ستتمكن من إعادة بيعها إذا تمكنت من صخب طريقك إلى الوراء؟
الجواب البسيط لكل هذه الأسئلة ، كما يوضح البروفيسور ريتشارد ماسي ، "من يعلم؟" بصفته زميلًا باحثًا في الجمعية الملكية في معهد علم الكونيات الحسابي بجامعة دورهام ، يدرك ماسي تمامًا أن أسرار الثقوب السوداء عميقة. وقال: "إن السقوط في أفق الحدث يمر حرفيا خارج الحجاب - بمجرد أن يمر أحد ما بعده ، لا يمكن لأحد أن يعيد إرسال رسالة". "ستمزقهم الجاذبية الهائلة إلى أشلاء ، لذلك أشك في أن أي شخص يقع من خلاله سيصل إلى أي مكان."
إذا كان هذا يبدو إجابة مخيبة للآمال - ومؤلمة - فمن المتوقع. منذ أن اعتبرت نظرية ألبرت آينشتاين العامة للنسبية أنها تنبأت بثقوب سوداء من خلال ربط الزمكان بفعل الجاذبية ، من المعروف أن الثقوب السوداء تنتج عن موت نجم ضخم يترك وراءه لبًا صغيرًا كثيفًا. إذا افترضنا أن هذا القلب يحتوي على أكثر من ثلاثة أضعاف كتلة الشمس تقريبًا ، فإن الجاذبية ستطغى إلى درجة أنها ستسقط على نفسها في نقطة واحدة ، أو التفرد ، يُفهم على أنه النواة الكثيفة للثقب الأسود.
سيكون للثقب الأسود غير القابل للسكن قوة جذب جذابة قوية لا يمكن حتى للضوء تجنبها. لذا ، إذا وجدت نفسك في أفق الحدث - النقطة التي يمكن أن يمر فيها الضوء والمادة فقط إلى الداخل ، كما اقترح الفلكي الألماني كارل شوارزشيلد - فلا مفر من ذلك. وفقًا لماسي ، ستؤدي قوى المد والجزر إلى تقليل جسمك إلى خيوط من الذرات (أو `` spaghettification '' ، كما هو معروف أيضًا) وينتهي الأمر في النهاية إلى سحق الكائن في التفرد. تبدو فكرة أنه يمكنك الخروج في مكان ما - ربما على الجانب الآخر - فكرة خيالية تمامًا.
ماذا عن الثقب الدودي؟
أو هو؟ على مر السنين ، بحث العلماء في إمكانية أن تكون الثقوب السوداء ثقوبًا دودية للمجرات الأخرى. قد تكون ، كما اقترح البعض ، مسارًا لكون آخر.
كانت مثل هذه الفكرة تطفو لبعض الوقت: تعاون أينشتاين مع ناثان روزين لوضع الجسور التي تربط نقطتين مختلفتين في الزمكان في عام 1935. لكنها اكتسبت بعض الأرض الجديدة في الثمانينيات عندما قام الفيزيائي كيب ثورن - واحد من العالم أثار خبراء بارزون في الآثار الفيزيائية الفلكية لنظرية النسبية العامة لآينشتاين - مناقشة حول ما إذا كانت الأشياء يمكن أن تنتقل جسديًا عبرها.
قال ماسي: "قراءة كتاب كيب ثورن الشهير عن الثقوب الدودية هو ما جعلني متحمسًا للفيزياء عندما كنت طفلاً". ولكن لا يبدو من المحتمل وجود ثقوب دودية.
في الواقع ، كتب ثورن ، الذي قدم نصيحته الخبيرة إلى فريق الإنتاج لفيلم هوليوود إنترستيلار: "لا نرى أي أشياء في عالمنا يمكن أن تصبح ثقوبًا دودية مع تقدمهم في العمر" في كتابه "علم النجوم البينية" (WW Norton) وشركاه ، 2014). أخبر ثورن موقع Space.com أن الرحلات عبر هذه الأنفاق النظرية ستظل على الأرجح خيالًا علميًا ، ولا يوجد بالتأكيد دليل قوي على أن الثقب الأسود يمكن أن يسمح بمثل هذا المرور.
لكن المشكلة هي أننا لا نستطيع الاقتراب لنرى لأنفسنا. لماذا ، لا يمكننا حتى التقاط صور لأي شيء يحدث داخل ثقب أسود - إذا كان الضوء لا يستطيع الهروب من جاذبيته الهائلة ، فلا يمكن التقاط أي شيء بواسطة الكاميرا. تشير النظرية الحالية إلى أن أي شيء يتجاوز أفق الحدث يضاف ببساطة إلى الثقب الأسود ، والأكثر من ذلك ، لأن الوقت يشوه قريبًا من هذا الحد ، سيحدث هذا ببطء شديد ، لذلك لن تكون الإجابات سريعة قادم، صريح، يظهر.
وقال دوجلاس فينكباينر أستاذ الفلك والفيزياء بجامعة هارفارد "أعتقد أن القصة القياسية هي أنها تؤدي إلى نهاية الوقت". "لن يرى أحد المراقبين بعيدًا أن صديقهم رائد الفضاء يسقط في الثقب الأسود. سيصبح أكثر احمرارًا وخفوتًا عند اقترابه من أفق الحدث. لكن الصديق يقع في مكان أبعد من" إلى الأبد ". أيا كان معناه."
ربما يؤدي الثقب الأسود إلى ثقب أبيض
بالتأكيد ، إذا أدت الثقوب السوداء إلى جزء آخر من مجرة أو كون آخر ، فسيلزم أن يكون هناك شيء معاكس لها على الجانب الآخر. هل يمكن أن يكون هذا حفرة بيضاء - نظرية طرحها عالم الكونيات الروسي إيغور نوفيكوف في عام 1964؟ اقترح نوفيكوف أن الثقب الأسود يرتبط بثقب أبيض كان موجودًا في الماضي. على عكس الثقب الأسود ، يسمح الثقب الأبيض للضوء والمادة بالخروج ، ولكن الضوء والمادة لن يكونا قادرين على الدخول.
استمر العلماء في استكشاف العلاقة المحتملة بين الثقوب السوداء والبيضاء. في دراستهم لعام 2014 التي نشرت في مجلة Physical Review D ، ادعى الفيزيائيان كارلو روفيلي وهال م.هاغارد أن "هناك مقياسًا كلاسيكيًا يرضي معادلات آينشتاين خارج منطقة الزمكان المحدودة حيث تنهار المادة إلى ثقب أسود ثم تخرج من حفرة لفترة ". بعبارة أخرى ، يمكن ابتلاع جميع الثقوب السوداء التي ابتلعت ، وقد تتحول الثقوب السوداء إلى ثقوب بيضاء عندما تموت.
بعيدًا عن تدمير المعلومات التي يمتصها ، سيتوقف انهيار الثقب الأسود. ستشهد بدلاً من ذلك ارتدادًا كميًا ، مما يسمح للمعلومات بالهروب. إذا كان الأمر كذلك ، فسوف يلقي بعض الضوء على اقتراح قدمه عالم الكونيات السابق بجامعة كامبريدج والفيزيائي النظري ستيفن هوكينج ، الذي اكتشف في السبعينيات إمكانية أن الثقوب السوداء تنبعث منها الجسيمات والإشعاع - الحرارة الحرارية - نتيجة لتقلبات الكم .
وقال فينكباينر: "قال هوكينج إن الثقب الأسود لا يدوم إلى الأبد". حسب هوكينج أن الإشعاع سيتسبب في فقدان الطاقة للثقب الأسود وتقلصه وتلاشيه ، كما هو موضح في ورقة 1976 المنشورة في مجلة Physical Review D. نظرًا لمزاعمه بأن الإشعاع المنبعث سيكون عشوائيًا ولا يحتوي على معلومات حول ما وقع فيه ، الثقب الأسود ، عند انفجاره ، سيمحو الكثير من المعلومات.
وهذا يعني أن فكرة هوكينج تتعارض مع نظرية الكم ، التي تقول إن المعلومات لا يمكن تدميرها. تنص الفيزياء على أن المعلومات تصبح أكثر صعوبة في العثور عليها لأنه إذا ضاعت ، يصبح من المستحيل معرفة الماضي أو المستقبل. أدت فكرة هوكينج إلى "مفارقة معلومات الثقب الأسود" وقد حيرت العلماء منذ فترة طويلة. قال البعض إن هوكينج كان خطأ ببساطة ، حتى أن الرجل نفسه أعلن أنه ارتكب خطأ أثناء مؤتمر علمي في دبلن في عام 2004.
لذا ، هل نعود إلى مفهوم الثقوب السوداء التي تنبعث منها معلومات محفوظة ونرميها للخارج عبر ثقب أبيض؟ يمكن. في دراستهم لعام 2013 المنشورة في رسائل المراجعة الفيزيائية ، قام خورخي بولين في جامعة ولاية لويزيانا ورودولفو جامبيني في جامعة الجمهورية في مونتيفيديو ، أوروغواي ، بتطبيق الجاذبية الكمومية الحلقيّة على الثقب الأسود ووجدوا أن الجاذبية ازدادت نحو النواة لكنها انخفضت وانخفضت. مهما كان يدخل منطقة أخرى من الكون. أعطت النتائج مصداقية إضافية لفكرة الثقوب السوداء بمثابة بوابة. في هذه الدراسة ، لا يوجد التفرد ، وبالتالي لا يشكل حاجزًا لا يمكن اختراقه وينتهي به الأمر بسحق كل ما يواجهه. هذا يعني أيضًا أن المعلومات لا تختفي.
ربما لا تذهب الثقوب السوداء إلى أي مكان
لكن الفيزيائيين أحمد المهيري ، ودونالد مارولف ، وجوزيف بولتشينسكي ، وجيمس سولي ما زالوا يعتقدون أن هوكينج كان يمكن أن يكون على شيء ما. لقد عملوا على نظرية أصبحت تعرف باسم جدار حماية AMPS ، أو فرضية جدار الحماية للثقب الأسود. من خلال حساباتهم ، يمكن لميكانيكا الكم أن تعمل على تحويل أفق الحدث إلى جدار نار عملاق وأي شيء يتلامس قد يحترق في لحظة. بهذا المعنى ، لا تؤدي الثقوب السوداء إلى أي مكان لأنه لا يوجد شيء يمكن أن يدخل.
ولكن هذا ينتهك نظرية النسبية العامة لأينشتاين. لا يجب على الشخص الذي يعبر أفق الحدث أن يشعر بأي صعوبات كبيرة لأن الجسم سيكون في حالة سقوط حر ، وبناءً على مبدأ التكافؤ ، فإن هذا الشيء - أو الشخص - لن يشعر بالتأثيرات القصوى للجاذبية. يمكن أن يتبع قوانين الفيزياء الموجودة في مكان آخر من الكون ، ولكن حتى لو لم يتعارض مع مبدأ آينشتاين ، فإنه سيقوض نظرية المجال الكمي أو يشير إلى إمكانية فقدان المعلومات.
ثقب أسود من عدم اليقين
خطوة إلى الأمام هوكينج مرة أخرى. في عام 2014 ، نشر دراسة تجنب فيها وجود أفق الحدث - مما يعني أنه لا يوجد شيء يحترق - قائلاً إن انهيار الجاذبية سينتج عنه `` أفق ظاهر '' بدلاً من ذلك.
سيعلق هذا الأفق أشعة الضوء التي تحاول الابتعاد عن قلب الثقب الأسود ، وستستمر "لفترة من الزمن". في إعادة التفكير ، تحتفظ الآفاق الواضحة مؤقتًا بالمادة والطاقة قبل إذابتها وإطلاقها في وقت لاحق. يتناسب هذا التفسير بشكل أفضل مع نظرية الكم - التي تقول أنه لا يمكن تدمير المعلومات - وإذا تم إثباتها على الإطلاق ، فهي تشير إلى أن أي شيء يمكن أن يهرب من ثقب أسود.
ذهب هوكينج إلى حد القول إن الثقوب السوداء قد لا تكون موجودة حتى. وكتب: "يجب إعادة تعريف الثقوب السوداء على أنها حالات متقاربة في مجال الجاذبية". لن يكون هناك تفرد ، وبينما يتحرك المجال الظاهر للداخل بسبب الجاذبية ، فإنه لن يصل إلى المركز أبدًا ويتم تعزيزه داخل كتلة كثيفة.
ومع ذلك فإن أي شيء ينبعث لن يكون في شكل معلومات ابتلع. سيكون من المستحيل معرفة ما حدث من خلال النظر إلى ما يخرج ، والذي يسبب مشاكل خاصة به - على الأقل ، على سبيل المثال ، لإنسان وجد نفسه في مثل هذا الموقف المقلق. لن يشعروا بنفس الشيء مرة أخرى!
هناك شيء واحد مؤكد ، وهو أن هذا اللغز بالذات سوف يبتلع المزيد من الساعات العلمية لفترة طويلة قادمة. اقترحت Rovelli و Francesca Vidotto مؤخرًا أنه يمكن تشكيل مكون من المادة المظلمة من خلال بقايا الثقوب السوداء المتبخرة ، وتم إصدار ورقة Hawking حول الثقوب السوداء و "الشعر الناعم" في عام 2018 ، وتصف كيفية ترك جزيئات الطاقة الصفرية حول النقطة من اللاعودة ، أفق الحدث - فكرة تشير إلى أن المعلومات لا تضيع ولكن يتم التقاطها.
طار هذا في وجه نظرية عدم الشعر التي عبر عنها الفيزيائي جون أرشيبالد ويلر وعمل على أساس أن ثقبين أسودين لا يمكن تمييزهما عن المراقب لأنه لن يتم الاحتفاظ بأي من الشحنات الزائفة الخاصة بفيزياء الجسيمات. إنها فكرة جعلت العلماء يتحدثون ، ولكن هناك طريق ما يجب قطعه قبل أن يُنظر إليه على أنه الجواب الذي تؤدي إليه الثقوب السوداء. إذا استطعنا فقط إيجاد طريقة للقفز إلى واحدة.
