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 بازگردیم که این مسأله از آن جا آغاز شده است.

فهم عمومی ما از سیاه چاله ها بر اساس نظریه نسبیت عمومی انیشتین، 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 می رود. حتی نور نیز نمی تواند از یک سیاه چاله بدون از بین رفتن عبور کند و به همین دلیل است که نام این پدیده سیاه چاله است. به همین دلیل، 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 می توانند از سیاه چاله ها فرار کنند. که این امر بر اساس قوانین مکانیک کوانتوم است. به شکلی بسیار ساده وی می گوید، وقتی یک سیاه چاله نیمی از یک جفت ذره ـ ضد ذره را می بلعد، بخش دیگر ذره به شکل پرتو یا تابش در فضا پرتاب می شود و همزمان که سیاه چاله را ترک می کند، بخشی از انرژی آن را نیز می دزدد.

به همین دلیل است که سرانجام سیاه چاله ها از بین می روند و تنها ردی که از آنها می ماند، اشعه های الکترومگنتیک است که از آن ها ساطع می شود. 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، ندارد و اطلاعات بلعیده شده برای همیشه از بین می روند؛ اما این موضوع با فهم فعلی ما از فیزیک مدرن جور درنمی آید؛ فیزیک مدرنی که می گوید، همیشه وارونه یا معکوس کردن زمان ممکن است. حداقل در نظریه، روندها در جهان ما چه به سمت جلو در حرکت باشند و چه 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 داخل فضای افق رویداد ثبت می‌شوند. در آن زمان او مشخص نکرد که این امر به چه ترتیبی صورت می‌گیرد. این همان مسأله‌ای است که مقالۀ اخیر به آن می‌پردازد. هاوکینگ و نویسنده‌های مشترک «مالکوم پری» از دانشگاه کمبریج (Malcolm Perry) و «اندرو استرومینگر» (Andrew Strominger) از دانشگاه هاروارد قدری این موضوع را باز کرده‌اند.

این فراری‌های خوش شانس، فوتون‌هایی نازک و بدون انرژی (zero-energy) توصیف شده‌اند که اطلاعات وضعیت کوانتوم هر چیزی را که به داخل سیاه چاله می‌افتد، 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، باید 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 تا یک انقلاب علمی. خود مقاله هم خاطرنشان می کند که کارهای زیادی برای انجام دادن در این مورد مانده است.

مثلا «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 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، باید بتواند، پیش‌بینی‌هایی راجع به رفتار سیاه چاله‌هایی که هم اکنون دیده‌ایم ارائه دهد.

انتظار می‌رود نظریه پردازان به شکل جدی 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.