علماء: “الشعر الكمي” قد يحل مفارقة الثقب الأسود لدى هوكينغ الثقوب السوداء

لقد أربكت مفارقة معلومات الثقوب السوداء لستيفن هوكينغ العلماء لمدة نصف قرن ودفعت البعض إلى التساؤل عن القوانين الأساسية للفيزياء. يقول العلماء الآن إنهم ربما تمكنوا من حل المشكلة الشائنة من خلال إظهار أن للثقوب السوداء خاصية تعرف باسم “الشعر الكمي”.

إذا كان هذا صحيحًا ، فسيكون هذا بمثابة تقدم هائل في الفيزياء النظرية.

قال البروفيسور كزافييه كالميت ، من جامعة ساسكس ، والذي قاد العمل ، إنه بعد العمل على الرياضيات وراء المشكلة لمدة عقد من الزمان ، حقق فريقه تقدمًا سريعًا في العام الماضي منحهم الثقة بأنهم تمكنوا من حل المشكلة أخيرًا.

قال كالميت: “كان يُفترض عمومًا داخل المجتمع العلمي أن حل هذا التناقض يتطلب نقلة نوعية هائلة في الفيزياء ، مما يفرض إعادة صياغة محتملة إما لميكانيكا الكم أو النسبية العامة”. “ما وجدناه – وأعتقد أنه مثير بشكل خاص – هو أن هذا ليس ضروريًا.”

تتلخص مفارقة هوكينغ في ما يلي: تنص قواعد فيزياء الكم على أن المعلومات محفوظة. الثقوب السوداء تشكل تحديًا لهذا القانون لأنه بمجرد دخول جسم ما إلى ثقب أسود ، فإنه يختفي إلى الأبد – جنبًا إلى جنب مع أي معلومات مشفرة فيه. حدد هوكينج هذه المفارقة واستمر لعقود في إرباك العلماء.

كان هناك عدد لا يحصى من الحلول المقترحة ، بما في ذلك “نظرية الجدار الناري” التي يُفترض أن المعلومات تحترق قبل دخول الثقب الأسود ، و “نظرية كرة الزغب” التي كان يُعتقد أن للثقوب السوداء حدود غير واضحة فيها ، وفروع مختلفة من نظرية الأوتار . لكن معظم هذه المقترحات تطلبت إعادة كتابة قوانين ميكانيكا الكم أو نظرية الجاذبية لأينشتاين ، وهما ركيزتا الفيزياء الحديثة.

على النقيض من ذلك ، تدعي نظرية الشعر الكمي أنها تحل التناقض عن طريق سد الفجوة بين النسبية العامة وميكانيكا الكم باستخدام صيغة رياضية جديدة.

الاسم هو إيماءة للرأي ، استنادًا إلى الفيزياء الكلاسيكية ، أن الثقوب السوداء يمكن اعتبارها كائنات بسيطة بشكل مدهش ، لا يتم تعريفها إلا من خلال كتلتها وسرعة دورانها. أطلق على التنبؤ بالثقوب السوداء الصلعاء عديمة الملامح لقب “نظرية اللا شعر” منذ سبعينيات القرن الماضي.

يعتقد كالميت ومعاونوه أن الثقب الأسود أكثر تعقيدًا – أو كثيف الشعر. يقترحون أنه عندما تنهار المادة في ثقب أسود ، فإنها تترك بصمة باهتة في مجال جاذبيتها. يُشار إلى هذه البصمة باسم “الشعر الكمي” ، ويقول المؤلفون إنها ستوفر الآلية التي يتم من خلالها الحفاظ على المعلومات أثناء انهيار الثقب الأسود. في ظل هذه النظرية ، فإن ثقبين أسودين لهما كتل متطابقة وأنصاف أقطار ، ولكن بتكوين داخلي مختلف ، سيكون لهما اختلافات دقيقة للغاية في مجالات الجاذبية الخاصة بهما.

“حلنا لا يتطلب أي فكرة مضاربة ؛ وبدلاً من ذلك ، يوضح بحثنا أنه يمكن استخدام النظريتين لإجراء حسابات متسقة للثقوب السوداء وشرح كيفية تخزين المعلومات دون الحاجة إلى فيزياء جديدة جذرية “.

لا توجد طريقة واضحة لاختبار النظرية من خلال الملاحظات الفلكية – ستكون تقلبات الجاذبية صغيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها. لكن من المرجح أن تخضع النظرية لتدقيق شديد من المجتمع النظري.

قال كالميت: “عندما يكون لديك مطالبة كبيرة ، عليك أن تدعمها”. وأضاف: “سيستغرق الأمر بعض الوقت حتى يقبل الناس هذا بشكل كامل. كانت المفارقة موجودة منذ فترة طويلة ولديك أشخاص مشهورون جدًا في جميع أنحاء العالم يعملون على هذا الأمر لسنوات “.

نُشر العمل في مجلة Physical Review Letters.