کرمچاله‌ها می‌توانند به حل پارادوکس بدنام سیاه چاله کمک کنند!!

بعد از اینکه اطلاعات از افق رویداد یک سیاهچاله عبور کرد چه اتفاقی می‌افتد؟ پیشنهاداتی مبنی بر این امر وجود دارد که هندسه کرمچاله‌ها ممکن است به ما در حل این مشکل کمک کند.

در مقاله‌ای جدید، یک تیم بین‌المللی از فیزیکدانان راه‌ حلی برای درک بهتر این سوال پیدا کرده‌اند که چگونه یک سیاه‌چاله در حال فروپاشی می‌تواند از شکستن قوانین اساسی فیزیک کوانتومی جلوگیری کند.

اگرچه این کار به صورت تئوری است، این کار نشان می دهد که به احتمال زیاد چیزهایی وجود دارد که ما در تلاش برای حل نسبیت عام با مکانیک کوانتومی از دست می‌دهیم.

فیزیکدان کاناتو گوتو از دانشگاه کرنل و RIKEN در ژاپن می گوید: ما یک هندسه فضا-زمان جدید با ساختار کرمچاله‌ای کشف کردیم که در محاسبات معمولی نادیده گرفته شده بود. آنتروپی محاسبه شده با استفاده از این هندسه جدید نتیجه کاملاً متفاوتی به دست می‌دهد.

پارادوکس اطلاعات سیاهچاله یکی از تنش‌های حل نشده بین نظریه نسبیت عام اینشتین و مکانیک کوانتومی است.

در نسبیت عام، افق رویداد یک سیاهچاله نقطه‌ای است که هیچ بازگشتی ندارد. هر چیزی که از آن نقطه بحرانی عبور می‌کند، به طور اجتناب ناپذیری در چاه گرانش سیاهچاله فرو می‌رود و هیچ سرعتی در جهان، حتی سرعت نور در خلاء، برای سرعت فرار کافی نیست.

سپس استیون هاوکینگ در دهه 1970 آمد و پیشنهاد کرد که وقتی مکانیک کوانتومی در نظر گرفته می‌شود، سیاهچاله‌ها می‌توانند تشعشع ساطع کنند.

بر اساس تئوری، این امر در نتیجه تداخل سیاهچاله با خواص موج مانند ذرات اطراف رخ می‌دهد، و عملاً باعث می‌شود که با دمایی که با کوچکتر شدن سیاهچاله گرمتر می‌شود، «درخشش» داشته باشد. در نهایت، این درخشش باید باعث شود که یک سیاهچاله به اندازه زیاد کوچک شود.

گوتو توضیح می‌دهد: این تبخیر سیاه‌چاله نامیده می‌شود، زیرا سیاه‌چاله درست مانند یک قطره آب در حال تبخیر منقبض می‌شود، از آنجایی که “درخشش” در وهله اول شبیه چیزی نیست که به سیاهچاله رفته است، به نظر می‌رسد که هر چیزی که وارد سیاهچاله تبخیر شده شود برای همیشه از بین رفته است. اما طبق مکانیک کوانتومی، اطلاعات نمی‌توانند به سادگی از کیهان ناپدید شوند. بسیاری از فیزیکدانان این امکان را بررسی کرده‌اند که این اطلاعات به نحوی در تشعشعات هاوکینگ رمزگذاری شده است.

گوتو و تیمش می‌خواستند این ایده را با محاسبه آنتروپی تابش هاوکینگ در اطراف یک سیاهچاله به طور ریاضی کشف کنند. این معیار بی‌نظمی در یک سیستم است و می‌توان از آن برای تشخیص از دست دادن اطلاعات در تشعشعات هاوکینگ استفاده کرد.

طبق مقاله دان پیج فیزیکدان در سال 1993، اگر بی‌نظمی معکوس شود و آنتروپی با ناپدید شدن سیاهچاله به صفر برسد، باید از پارادوکس اطلاعات گمشده اجتناب شود. متأسفانه، هیچ چیزی در مکانیک کوانتومی وجود ندارد که اجازه دهد این بی‌نظمی معکوس اتفاق بیفتد.( طبق اصل دوم ترمودینامیک کلاسیک یک سیستم بسته که با محیط پیرامون هیچ گونه ارتباطی ندارد در اثر آنتروپی کم کم به بی‌نظمی بی‌تعادلی و کهولت عناصر متشکله درونی خود دچار شده و به دلیل عدم ارتباط با محیط پیرامون برای تجدید مواد و تامین انرژی به سمت نابودی سیر می‌کند.

لکن سیستمهای باز که با محیط اطراف دارای ارتباط متقابل یعنی دادوستد ماده و انرژی هستند کاهش انرژی درونی خود را از محیط اخذ می نمایند و بدین طریق از فروپاشی سیستم‌های باز جلوگیری می‌گردد. در حقیقت سیستم‌های باز در جهت معکوس آنتروپی حرکت می‌کنند و به اصطلاح آنتروپی منفی بدست می‌آورند و به حیات خود ادامه می دهند.)

وقتی وارد کرم چاله یا حداقل یک کپی ریاضی از یکی در مدلهای بسیار خاص کیهان شوید. این یک ارتباط بین دو ناحیه از یک صفحه منحنی فضازمان، کمی شبیه به یک پل در عرض یک دره است.

گوتو می‌گوید: به این ترتیب این راه در ارتباط با سیاه‌چاله‌ها به ما یک ابزار متفاوتی برای محاسبه آنتروپی تابش هاوکینگ می‌دهد.

او توضیح می‌دهد: یک کرم چاله، داخل سیاهچاله و تشعشعات بیرون را مانند یک پل به هم متصل می‌کند  (تشعشعات هاوکینگ تابش حرارتی است که به دلیل اثرات کوانتومی نسبیتی در خارج از افق رویداد سیاهچاله منتشر می‌شود.)

هنگامی که تیم محاسبات خود را با استفاده از مدل کرمچاله انجام داد، نتایج آنها منحنی آنتروپی صفحه را هماهنگ کرد. این امر نشان می‌دهد که اطلاعاتی که فراتر از افق رویداد یک سیاه‌چاله است، ممکن است برای همیشه از بین نرود.

اما البته، هنوز هم سوالاتی وجود دارد که باقی می‌ماند که تا زمانی که پاسخ داده نشود، ما نمی‌توانیم پارادوکس اطلاعات سیاه‌چاله را به طور قطعی حل کنیم.

گوتو می‌گوید: ما هنوز مکانیسم اصلی نحوه انتقال اطلاعات توسط تشعشعات را نمی‌دانیم. ما به یک نظریه گرانش کوانتومی نیاز داریم.

مترجم: مرتضی نادری‌فرد

منبع:

Wormholes Could Help Solve an Infamous Black Hole Paradox, Says Fun New Paper

MICHELLE STARR 10 MARCH 2022

 https://www.sciencealert.com/wormholes-could-help-resolve-the-annoying-black-hole-information-paradox