يمكن أن تساعد الثقوب الدودية في حل مفارقة الثقب الأسود سيئة السمعة ، كما تقول ورقة جديدة ممتعة

ماذا يحدث للمعلومات بعد تجاوزها أفق الحدث للثقب الأسود؟ كانت هناك اقتراحات بأن هندسة الثقوب الدودية قد تساعدنا في حل هذه المشكلة المزعجة – لكن الرياضيات كانت صعبة ، على أقل تقدير.

في بحث جديد ، توصل فريق دولي من علماء الفيزياء إلى حل بديل لفهم أفضل لكيفية تجنب انهيار الثقب الأسود كسر القوانين الأساسية لفيزياء الكم (المزيد عن ذلك بعد قليل).

على الرغم من كونه نظريًا للغاية ، إلا أن العمل يشير إلى وجود أشياء من المحتمل أن نفتقدها في سعينا لحلها النسبية العامة مع ميكانيكا الكم.

“اكتشفنا هندسة جديدة للزمكان بهيكل شبيه بالثقب الدودي تم التغاضي عنه في الحسابات التقليدية ،” يقول الفيزيائي كاناتو غوتو من جامعة كورنيل و RIKEN في اليابان.

“الانتروبيا المحسوبة باستخدام هذه الهندسة الجديدة تعطي نتيجة مختلفة تمامًا.”

مفارقة معلومات الثقب الأسود هي واحدة من التوترات التي لم يتم حلها بين نظرية أينشتاين للنسبية العامة وميكانيكا الكم.

في ظل النسبية العامة ، يعتبر أفق الحدث للثقب الأسود نقطة اللاعودة. كل ما يتجاوز تلك النقطة الحرجة يتم تغطيته بلا هوادة في بئر جاذبية الثقب الأسود ، ولا توجد سرعة في الكون ، ولا حتى سرعة الضوء في الفراغ ، كافية لسرعة الهروب. لقد ذهب ، هذا كل شيء. مفلس. لا رجعة فيه.

ثم جاء على طول ستيفن هوكينج في السبعينيات ، مما يشير إلى أنه عندما يتم أخذ ميكانيكا الكم في الاعتبار ، الثقوب السوداء يمكن أن ينبعث منها إشعاع بعد كل شيء.

يحدث هذا ، وفقًا للنظرية ، نتيجة لتداخل الثقب الأسود مع الخصائص الشبيهة بالموجات المحيطة بالجسيمات المحيطة ، مما يجعله يتوهج بدرجة حرارة تزداد سخونة كلما أصبح الثقب الأسود أصغر.

في النهاية ، هذا التوهج يجب أن يجعل الثقب الأسود يتقلص إلى لا شيء.

“هذا ما يسمى بتبخر الثقب الأسود لأن الثقب الأسود يتقلص ، تمامًا مثل قطرات الماء المتبخرة ،” يشرح غوتو.

نظرًا لأن “ التوهج ” لا يشبه ما حدث في الثقب الأسود في المقام الأول ، فقد يبدو أن كل ما تم إدخاله في الثقب الأسود المتبخر ذهب إلى الأبد. لكن وفقًا لميكانيكا الكم ، لا يمكن للمعلومات ببساطة أن تختفي من الكون. لقد اكتشف العديد من الفيزيائيين إمكانية أن تكون هذه المعلومات مشفرة بطريقة ما إشعاع هوكينغ.

أراد Goto وفريقه استكشاف هذه الفكرة رياضيًا عن طريق حساب غير قادر علي إشعاع هوكينغ حول ثقب أسود. هذا هو مقياس الاضطراب في النظام ، ويمكن استخدامه لتشخيص فقدان المعلومات في إشعاع هوكينغ.

وفقا ل ورقة 1993 من قبل الفيزيائي دون بيج ، إذا انعكس الاضطراب وانخفضت الإنتروبيا إلى الصفر مع اختفاء الثقب الأسود ، فيجب تجنب مفارقة المعلومات المفقودة. لسوء الحظ ، لا يوجد شيء في ميكانيكا الكم يسمح بحدوث هذا الانعكاس.

أدخل الثقب الدودي ، أو على الأقل نسخة رياضية طبق الأصل من واحدة تحت نماذج محددة جدًا من الكون. هذا اتصال بين منطقتين من ورقة منحنية من الزمكان ، تشبه إلى حد ما جسر عبر واد.

يقول غوتو إن التفكير في الأمر بهذه الطريقة بالاقتران مع الثقوب السوداء يعطينا وسيلة مختلفة لحساب إنتروبيا إشعاع هوكينغ.

“ثقب دودي يربط الجزء الداخلي من الثقب الأسود والإشعاع بالخارج ، مثل الجسر” هو يوضح.

عندما أجرى الفريق حساباتهم باستخدام نموذج الثقب الدودي ، تطابقت نتائجهم مع منحنى إنتروبيا الصفحة. يشير هذا إلى أن المعلومات التي تتخطى أفق الحدث للثقب الأسود قد لا تضيع إلى الأبد على الإطلاق.

ولكن ، بالطبع ، لا تزال هناك بعض الأسئلة المتبقية. حتى يتم الرد على هذه الأسئلة ، لا يمكننا اعتبار أن مفارقة معلومات الثقب الأسود قد تم حلها نهائيًا.

“ما زلنا لا نعرف الآلية الأساسية لكيفية نقل المعلومات بعيدًا عن طريق الإشعاع ،” يقول غوتو. “نحن بحاجة إلى نظرية الجاذبية الكمومية.”

تم نشر البحث في مجلة فيزياء الطاقة العالية.