هاوکینگ: سیاهچاله ها “مو” دارند!

در فرضیه ی تازه ای که از سوی استیون هاوکینگ و چند فیزیکدان دیگر مطرح شده، سیاهچاله ها می توانند “مو”هایی روشن داشته باشند که از ذراتی شبحگون با انرژی صفر درست شده باشد.

 

تصویری هنری از فضای پیرامون یک سیاهچاله، از جمله قرص برافزایشی آن، فواره ی آن، و میدان مغناطیسی‌اش

بر پایه ی این پژوهش تازه که جزییاتش روز ۵ ژانویه، در نگارش پیش-چاپ arXiv منتشر شد، دستکم برخی از اطلاعاتی که به کام سیاهچاله فرو می رود در این موها ذخیره می شود. با این حال فرضیه ی تازه ثابت نمی کند که همه ی اطلاعات وارد شده به سیاهچاله حفظ می شوند. نویسنده ی پژوهش، اندرو استرومینگر که فیزیکدانی در دانشگاه هاروارد در ماساچوست است می گوید: «پرسش چند میلیون دلاری ما این است که آیا به این شیوه همه ی اطلاعات حفظ می شوند یا نه، و این چیزیست که ما هیچ ادعایی درباره اش نداریم. بعید به نظر می رسد موهایی که در نظریه ی ما گفته شده جای کافی برای ذخیره ی همه ی اطلاعات داشته باشند.»

سیاهچاله ها

بر پایه ی نظریه ی نسبیت عام اینشتین، سیاهچاله ها اجرام کیهانی بی‌اندازه چگالی هستند که فضا-زمان را با چنان نیرویی خم می کنند که حتی نور هم نمی تواند از چنگشان بگریزد. به گفته ی دانشمندان ناسا، برخی از سیاهچاله های نخستین که اندکی پس از بیگ بنگ پدید آمدند به اندازه ی یک اتم بودند ولی جرم یک کوه را داشتند. برخی از سیاهچاله ها از رُمبش ستارگان غول پیکر شکل گرفته اند (سیاهچاله ی ستاره ای) و برخی دیگر نیز سیاهچاله های ابرپرجرم (کلان‌جرم، ابرسیاهچاله) هستند که در دل بیشتر کهکشان ها -تقریبا همه ی آنها- لانه کرده اند.

فیزیکدان جان ویلر که در دهه ی ۱۹۶۰ میلادی اصطلاح “سیاهچاله” را پدید آورد، این جمله ی پرآوازه را هم گفته بود: “سیاهچاله ها (به دلیل سادگیشان) هیچ مویی ندارند”. در فرمولبندی ویلر، همه ی سیاهچاله ها با هم یکسانند به جز در سه کمیت جرم،بار الکتریکی، و تکانه ی زاویه ای (این که با چه سرعتی می چرخند). امروزه واژه ی “مو” یک اصطلاح رایج در میان فیزیکدان هاست که آن را به عنوان هر کمیتی که برای توصیف یک سیاهچاله نیاز است، جدا از آن سه کمیت سنتی به کار می برند. [در حقیقت بر پایه ی نظریه ی بی مو بودن سیاهچاله ها، تنها اطلاعاتی که از آنها دریافت می شود همین سه کمیت است]

اما در دهه ی ۱۹۷۰، استیون هاوکینگ پنداشتی را ارایه کرد که اکنون به نام تابش هاوکینگ شناخته می شود. در فرمولبندی وی، همه ی سیاهچاله ها “نشتی هایی” از ماده دارند که با گذشت زمان، به شکل ذرات کوانتومی شبحگونی از آن ها می گریزد. تابش هاوکینگ سرانجام باعث می شود کل سیاهچاله بخار شود و یک خلاء تک و یگانه به جا بماند. بر پایه ی نظریه ی آغازین، خلاء هایی که از این سیاهچاله ها به جا می مانند با هم یکسانند و بنابراین به گفته ی استرومینگر، توانایی ذخیره ی اطلاعات درباره ی اجرامی که خودشان از آن ها پدید آمده اند را ندارند.

از آن جایی که نشت تابش هاوکینگ از یک سیاهچاله کاملا شانسی است، سیاهچاله با گذشت زمان اطلاعات را از دست می دهد و دیگر هیچ راهی برای این که درباره ی جرم سازنده ی سیاهچاله چیز چندانی بفهمیم وجود نخوهید داشت. اینجا یک پارادوکس پیش می آید زیرا در کوچک ترین مقیاس ها، قوانین فیزیک کاملا بازگشت پذیرند، یعنی از دیدگاه نظری اطلاعاتی که در گذشته وجود داشته اند را باید بتوان بازیافت کرد. در این چند سال گذشته هاوکینگ با بازنگری در پنداشتِ دسترفت اطلاعات اذعان کرد که سیاهچاله ها اطلاعات را ذخیره می کنند.

“دانه برف”های سیاهچاله

استرومینگر در چند سال گذشته سرگرم ببرسی برخی از این مفاهیم بوده. وی کار را این پرسش آغاز کرد: اگر پس از بخار شدن سیاهچاله، یک فوتون “نَرم” (ذره ای از نور بدون انرژی) را به خلاءِ به جا مانده از سیاهچاله بیفزاییم چه می شود؟ استرومینگر می گوید گرچه بیشتر مردم هرگز چیزی درباره ی فوتون نرم نشنیده اند، ولی این ذرات همه جا هستند. (به گفته ی وی، ذرات دیگر به نام گراویتون ها ذرات فرضی کوانتومی هستند که گرانش را جابجا می کنند. اگرچه این ذرات هرگز آشکار نشده اند ولی بسیاری از فیزیکدانان بر این باورند که این ذرات وجود دارند و به گونه ای باورنکردنی فراوان هم هستند.)

استرومینگر می گوید: «هر برخوردی در “برخورددهنده ی هادرونی بزرگ” شمار بی‌پایانی از ذرات فوتون نرم و گراویتون نرم تولید می کند. ما همواره در دریایی از آنها داریم شنا می کنیم.» پس از کار از راه معادله ها، استرومینگر -به همراه هاوکینگ و مالکوم پری، هر دو فیزیکدان دانشگاه کمبریج انگلستان- دریافتند که خلاء به جا مانده از سیاهچاله پس از افزون فوتون نرم به آن، همان انرژی پیشین را خواهد داشت ولی تکانه ی زاویه ایش تغییر خواهد کرد. این بدان معناست که حالت خلاء یک سیاهچاله ی بخار شده گونه ای “دانه ی برف کیهانی” است، با ویژگی های خاص خودش که وابسته به خاستگاه (منشا) و تاریخش هستنند.

استرومینگر به لایوساینس گفت: «این بسیار فراتر از یک جرم ساده، و مانند دیسک سخت بزرگی است که می تواند حجم بی‌پایانی از اطلاعات را در شکل همین فوتون ها و گراویتون های انرژی-صفر در خود ذخیره کند.» این پژوهش تازه، افزوده ایست بر مقاله ی کوتاهی که هاوکینگ در سال ۲۰۱۴ منتشر کرد و در آن گفته شده بود که افق رویداد، یا همان نقطه ی بی‌بازگشت پیرامون سیاهچاله که اگر جرمی از آن بگذرد دیگر هیچ راهی جز فرو رفتن در کام سیاهچاله نخواهد داشت، شاید یک مرز ثابت و پابرجا نباشد. پژوهش تازه این فرض را پیش می کشد که افق رویداد یک سیاهچاله با موهایی از فوتون ها و گراویتون های نرم آراسته شده است.

پارادوکس اطلاعات همچنان پابرجاست

به گفته ی استرومینگر ، مشکل اینجاست که این اطلاعات “به گونه ای باورنکردنی آشفته و به هم ریخته” است، به گونه ای که بازیابی آن ها از یک سیاهچاله مانند اینست که چیزی را پس از سوختن از درون یک آتش بزرگ بیرون بیاوریم و بخوهیم بدانیم پیش از افتادن در آتش چه بوده. در واقع این هم ارزِ سیاهچاله ایِ روش کاربرد دود و آتش برای شناسایی جرم آغازین پیش از سوخته شدن است.

آیدن چتوین-دیویس، یک فیزیکدان در بنیاد فناوری کالیفرنیا که در این پژوهش شرکت نداشت می گوید: «این یک پاسخ پایانی به مساله ی اطلاعات نیست، ولی مانند گامی در جهت درست به نظر می رسد.» وی می گوید برخی از اطلاعات سیاهچاله و نه لزوما همه ی آنها می توانند در هاله ی موهای آن که از فوتون و گراویتون نرم هستند جای بگیرند. چتوین-دیویس به لایوساینس گفت: «هر چیزی اگر اندیشه های تازه ای برای فکر کردن به ما بدهد می تواند در شناخت سیاهچاله ها و شیوه ی رمزگذاری اطلاعات توسط آنها بسیار سودمند باشد.»

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: space.com / برگردان: ۱star-7skies