في عام 1974، طرح ستيفن هوكينج فكرة مثيرة للاهتمام: باستخدام مبادئ فيزياء الكم، توقع أنه على الرغم من أنه لا يوجد شيء من المفترض أن يفلت من ثقب أسود، أفق الحدث، يمكن لهذه الوحوش الكونية أن تنبعث منها جسيمات. ومن خلال قذف هذه الجسيمات، ستتقلص الثقوب السوداء على مدى فترة طويلة جدًا، وفي النهاية تتبخر ربما تنفجر.
أثار هوكينج جدلاً استمر لأكثر من 50 عامًا. إن فكرة تبخر الثقوب السوداء تضع مبدأين أساسيين في الفيزياء: النسبية العامة والنسبية العامة ميكانيكا الكم — في الصراع.
ولكن على افتراض أن هوكينج وآخرين على حق، فكيف يمكن للثقب الأسود أن يتبخر دون أن يترك أي شيء وراءه؟ قبل أن نستكشف هذه الفكرة المذهلة، من المهم أن نعرف أن علماء الفيزياء النظرية ما زالوا يتناقشون حول إمكانية حدوث ذلك. لكن في العقود القليلة الماضية، ظهر عدد من التفسيرات المحتملة لكيفية اختفاء الثقوب السوداء لقواعد الكون.
“لقد أمضينا الخمسين عامًا الماضية في القتال من أجل ذلك” دانيال هارلوقال عالم الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لـ Live Science. “أود أن أقول الآن أننا نفهم ذلك أفضل بكثير مما فهمه هوكينج.”
متعلق ب: هل يمكن للثقب الأسود أن يلتهم الكون؟
تنبأ ألبرت أينشتاين بوجود الثقوب السوداء في عام 1915 مع نظريته النسبية العامة، وهو ما يوضح كيفية ذلك الجاذبية هي خاصية انحناء الزمكان. وبناءً على هذه النظرية، فإن الثقوب السوداء هي أجسام ذات كتلة كبيرة مضغوطة في منطقة واحدة، حيث جاذبية قوي جدًا لدرجة أنه حتى الضوء لا يمكنه الهروب من جاذبيته.
“وفقًا للنسبية العامة، كل شيء يمكن أن يدخل فقط إلى الداخل [a black hole] قال: “ولا شيء يمكن أن يخرج على الإطلاق”. هينو فالك، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة رادبود في هولندا والذي شارك في التقاط الصورة أول صورة للثقب الأسود في عام 2019. “كل شيء يتم طرحه يتم سحقه بالكامل إلى نقطة واحدة.”
ولكن بعد حوالي 60 عامًا، أصبح هوكينج الحسابات أظهر أنه ربما لا يتم سحق كل شيء بواسطة الثقوب السوداء. في ميكانيكا الكم، أزواج من الجسيمات – الجسيمات والجسيمات المضادة – تومض داخل وتختفي من الوجود. وعادة ما تلغي هذه الجسيمات بعضها البعض.
لكن هوكينج جادل بأن تقلبات الحقول في أفق الحدث، وهي “نقطة اللاعودة” للثقب الأسود والتي لا يمكن لأي شيء الهروب بعدها، تعني أن هذه الجسيمات لا تلغي دائمًا: يمكن أن يتم امتصاص إحدى هذه الجسيمات إلى داخل الثقب الأسود، بينما يتم طرد الآخر إلى الفضاء، تاركًا وراءه سحابة تسمى إشعاع هوكينج. ومع قذف المزيد والمزيد من الجسيمات، تبدأ الثقوب السوداء في فقدان الطاقة والكتلة، وتختفي في النهاية، وفقًا لهذه النظرية.
ستكون هذه العملية بطيئة جدًا. يمكن أن يستغرق ثقبًا أسودًا كتلته كتلة الشمس 10^67 سنة ليتبخر تمامًا — أطول من العمر الحالي للكون. ولم يجد العلماء حتى الآن دليلاً على ذلك؛ لا يبدو أن الثقوب السوداء تطلق إشعاعًا حراريًامما يعني أن إشعاع هوكينج قد لا يكون قابلاً للاكتشاف. يحاول بعض العلماء إلقاء نظرة خاطفة على هذا الإشعاع بعيد المنال في المختبرات وعلى الثقوب السوداء الصغيرة، والتي من المفترض أن تتبخر بسرعة أكبر من تلك الموجودة في مجرتنا.
مفارقة الثقب الأسود
ومع ذلك، فإن فكرة هوكينج بها بعض المحاذير التي تؤدي إلى أسئلة محيرة. يقدم التبخر معضلة تسمى مفارقة معلومات الثقب الأسود. إذا تبخر الثقب الأسود واختفى، فإن الجسيمات التي يتركها وراءه تفتقد معلومات عن الحالة الأصلية للمادة. وهذا ينتهك المفهوم الأساسي في الفيزياء – وهو أن النظام في وقت ما يجب أن يحدد أو يعكس حالته في مكان آخر – المعروف أيضًا باسم القدرة على التنبؤ.
ولا يزال العلماء يناقشون كيفية حل هذه المفارقة. قال هارلو: “الشيء المذهل في مفارقة هوكينج هو أن أي حل لها يتطلب منك التخلي عن بعض المبادئ المقدسة في الفيزياء”. وكان الحل الذي قدمه هوكينج هو التخلي عن القدرة على التنبؤ، كما فعل هو رثى في ورقة عام 1976.
بعض علماء الفيزياء يفحصون القوانين المحيطة بالديناميكا الحرارية لحل هذا التناقض، وكيف تؤثر الإنتروبيا على المعلومات الكمومية. تقوم مجموعة أخرى من الفيزيائيين بدراسة المحلية، وهو مبدأ مفاده أن الأشياء تتأثر بشكل مباشر فقط بمحيطها المباشر. وهم يعتقدون أن مفارقة المعلومات يمكن حلها من خلال شيء يسمى اللامكانية الكمومية – فكرة أن الجسيمات الموجودة داخل الثقب الأسود تتقاسم حالتها الكمومية مع الجسيمات المترابطة خارجها.
على الرغم من التقدم المحرز في فهم تبخر الثقب الأسود، إلا أن الألغاز لا تزال تتراكم. في دراسة عام 2023 في المجلة رسائل المراجعة البدنيةيرى فالك وزملاؤه أن مفارقة المعلومات قد لا تقتصر على الثقوب السوداء. من خلال إعادة حسابات هوكينج، اقترح الفريق أن جميع الكائنات قد يكون لها نفس المشكلة. قد تتبخر كل الأشياءوبالتالي تعميق اللغز.
وقال فالك: “هناك شيء في العالم لا يمكننا تفسيره”. “ولكن، كما تعلمون، من خلال خلق المزيد من الألغاز، قد نكون في الواقع خطوة أقرب إلى الحل في نهاية المطاف.”
