الثقب الأسود لم يعد موجودا. ثلاث نظريات حول وجود الثقوب السوداء

اقترح عالم أميركي أن الثقوب السوداء، إحدى «أحجار الزاوية» في الفيزياء الحديثة، غير موجودة ولا يمكن أن توجد. النظرية التي اقترحها تشرح ظاهرة الطاقة المظلمة في الكون.

وفقًا لملاحظات حركة المجرات التي تم إجراؤها في السنوات الأخيرة، يتكون الكون من 70٪ مما يسمى بالطاقة "المظلمة" أو غير المرئية، والتي بسببها يتوسع بسرعة متزايدة باستمرار.

وفقا لمجلة نيتشر، جورج شابلين من المختبر الوطني. اقترح لورانس ليفرمور أن انهيار النجوم الضخمة لا يؤدي إلى تكوين ثقوب سوداء، كما يعتقد علماء الفيزياء الفلكية الحديثة، بل نجوم خاصة تحتوي على طاقة مظلمة. ويجادل قائلاً: "من شبه المؤكد أن الثقوب السوداء غير موجودة".

حتى الآن، كان يُعتقد أن الثقوب السوداء هي واحدة من أكثر التأكيدات إقناعًا بصحة النظرية النسبية العامة لأينشتاين، والتي بموجبها لا تعد الجاذبية أكثر من خاصية للزمكان مشوهة بواسطة أجسام ضخمة. وفقًا للمبادئ النظرية، أثناء الضغط الذي لا يمكن السيطرة عليه لنجم تتجاوز كتلته قيمة عتبة معينة، يستمر هذا الانهيار حتى "ينهار" إلى نقطة لا يستطيع حتى الإشعاع الكهرومغناطيسي الهروب منها.

صحيح أن أينشتاين نفسه، كما يشير جورج شابلن، لم يؤمن بوجود الثقوب السوداء. يقول السيد "تشابلن": "لسوء الحظ، لم يشرح السبب". يبدو أن أصل المشكلة هو ميكانيكا الكم، وهي نظرية ثورية أخرى من القرن العشرين، والتي شارك أينشتاين أيضًا بشكل مباشر في تشكيلها.

ومن وجهة نظر النظرية النسبية العامة، لا يوجد "الزمن العالمي" في الكون. علاوة على ذلك، فإن سرعة الساعة، بشكل عام، ليست ثابتة وتعتمد على مكان وجودها. وفي الوقت نفسه، فإن ميكانيكا الكم، كما يشير جورج شابلن، لا تكون منطقية إلا إذا كان الزمن العالمي لا يزال موجودًا - وإلا فإن أجهزتها ببساطة غير قابلة للتطبيق.

وعلى وجه الخصوص، يظهر التناقض الصارخ بين النظريتين عند محاولة وصف فيزياء الأحداث التي تحدث بالقرب من ما يسمى "أفق الحدث" لثقب أسود افتراضي. سيبدو للمراقب البعيد أن الوقت قد توقف عمليا هنا. لكن بالنسبة لطاقم مركبة فضائية يسقط في ثقب أسود في "تجربة فكرية"، فإن الوقت سوف يمر كالمعتاد. يقول السيد شابلن: "تتنبأ النسبية العامة بأنه لن يحدث شيء في أفق الحدث".

ومع ذلك، قبل ثلاثة عقود، أشار المنظرون إلى أن المادة، وفقا لقوانين ميكانيكا الكم، يجب أن تصبح "شديدة الحساسية" لأدنى الاضطرابات في أفق الحدث. يقول السيد شابلن: «لقد تم نسيان هذه النتيجة بسرعة، لأنها لم تتفق مع تنبؤات النسبية العامة. لكن في الحقيقة النتيجة صحيحة تماما."

ويشير إلى أن السلوك الغريب للمادة هو علامة مميزة على "انتقال طوري" نوعي لاستمرارية الزمان والمكان. وفي هذه الحالة، لا يؤدي انهيار نجم ضخم إلى تكوين ثقب أسود، بل إلى ظهور جسم ("نجم") يتكون من طاقة مظلمة، مما يؤدي إلى تأثيرات جاذبية مثيرة وغامضة.

من الخارج، سيشبه هذا النجم ثقبًا أسودًا ذو مجال جاذبية قوي. لكن بداخلها، يمكن للجاذبية "السلبية" للطاقة المظلمة أن تتسبب في "ارتداد" المادة بعيدًا عنها. إذا كان النجم كبيرًا بدرجة كافية، كما يشير السيد "تشابلن" في مقالته، فإن الإلكترونات التي "ترتد" منه ستتحول إلى جسيماتها المضادة - البوزيترونات - والتي، عند إبادتها بالإلكترونات، ستؤدي إلى تكوين إشعاع جاما المميز. . في هذه الحالة، فإن الطيف الإشعاعي لجسم افتراضي كتلته مليون كتلة شمسية في منطقة وحدات MeV يتوافق جيدًا مع توزيع إشعاع الإبادة 511 KeV القادم من المنطقة الوسطى من المجرة. كما أن هذا الطيف يشبه إلى حد كبير طيف انفجارات أشعة جاما، مما يسمح لنا بتفسيرها على أنها نتيجة سقوط المادة، ليس في الثقوب السوداء، بل في النجوم ذات الطاقة المظلمة. وفقا لجورج شابلن، فإن الكون مليء بالنجوم "البدائية" ذات الطاقة المظلمة، والتي تشكلت في فجر تطور الكون ليس نتيجة لانهيار النجوم، ولكن نتيجة لتشوه الزمكان.

يقترح العلماء إعادة التفكير في أصل الكون، كما كتب unc.edu.

لقد استحوذت الثقوب السوداء منذ فترة طويلة على خيال الجمهور وأصبحت موضوعًا للثقافة الشعبية. إنها آخر الأشياء المجهولة - الأجسام الأكثر سوادًا والأكثر كثافة في الكون والتي لا يستطيع حتى الضوء الهروب منها.

وكما لو أن ذلك لم يكن غريبًا بما يكفي في البداية، فهناك الآن مكون جديد يجب إضافته إلى المزيج: إنه غير موجود.

من خلال دمج نظريتين متناقضتين ظاهريًا، أثبتت لورا ميرسيني هوتون، أستاذة الفيزياء في جامعة نورث كارولينا-تشابل هيل في كلية الآداب والعلوم، رياضيًا أن الثقوب السوداء لم تتشكل أبدًا. لا يجبر هذا العمل الباحثين على إعادة التفكير في نسيج الزمكان فحسب، بل يجبرهم أيضًا على إعادة التفكير في أصول الكون.

وقالت ميرسيني هوتون: "ما زلت في حالة صدمة". "لقد قمنا بدراسة هذه المشكلة لأكثر من 50 عامًا، وهذا الحل يمنحنا الكثير للتفكير فيه."

لعقود من الزمن، كان يُعتقد أن الثقوب السوداء تتشكل عندما ينهار نجم ضخم تحت تأثير جاذبيته، ويصبح نقطة في الفضاء. هذه هي النقطة التي تكون فيها جاذبية الثقب الأسود قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء الهروب منها.

في عام 1974، استخدم ستيفن هوكينج ميكانيكا الكم لإثبات أن الثقوب السوداء تنبعث منها إشعاعات. ومنذ ذلك الحين اكتشف العلماء بصمات الأصابع في الفضاء.

لكن ميرسيني هوتون تصف الآن سيناريو جديدا تماما. تتفق هي وهوكينج على أنه عندما ينهار نجم تحت جاذبيته، فإنه ينتج إشعاع هوكينج. ومع ذلك، في عملها الجديد، توضح ميرسيني-هوتون أنه عندما يصدر النجم هذا الإشعاع، فإنه يفقد الكتلة أيضًا. لدرجة أنه بغض النظر عن مدى قوة الضغط عليه، فإنه لا يمكن أن يصبح ثقبًا أسود.

قبل أن يتشكل الثقب الأسود، يتضخم النجم المحتضر مرة أخيرة ثم ينفجر. التفرد لا يتشكل أبدًا ولا ينشأ أفق الحدث. والخلاصة الرئيسية من عملها هي أنه لا يوجد شيء اسمه ثقب أسود.

تقترح ورقة بحثية تم تقديمها مؤخرًا على موقع ArXiv، وهو مستودع عبر الإنترنت لأبحاث الفيزياء غير الخاضعة لمراجعة النظراء، حلولًا رقمية دقيقة لهذه المشكلة. تم إنجاز هذا العمل بالتعاون مع هارالد بيفر، خبير نسبية الأعداد في جامعة تورنتو.

قد توفر البيانات التجريبية يومًا ما دليلاً ماديًا على عدم وجود الثقوب السوداء في الكون. لكن الآن، كما يقول ميرسيني هوتون، تم إثبات ذلك رياضيًا.

يعتقد العديد من علماء الفيزياء وعلماء الفلك أن كوننا نشأ من نقطة تفرد بدأت في التوسع منذ الانفجار الكبير. ومع ذلك، إذا لم يكن التفرد موجودًا، فيجب على الفيزيائيين إعادة التفكير في أفكارهم حول الانفجار الكبير وما إذا كان هناك واحد. بغض النظر عن عمل ميرسيني هوتون حول حقيقة عدم وجود الثقوب السوداء، يمكنك أن تقرأ هنا، من المؤلف الروسي - فرضيات طريق مسدود للفيزياء الحديثة. لماذا لا توجد ثقوب سوداء. حيث يتم إعطاء البراهين الرياضية أيضا.

موسكو، 24 يناير – ريا نوفوستي.يقترح عالم الفيزياء النظرية البريطاني ستيفن هوكينج، أحد مؤسسي النظرية الحديثة للثقوب السوداء، إعادة النظر في أحد الأحكام الرئيسية لهذه النظرية - وجود "أفق الحدث" للثقب الأسود، والذي لا بفضله لا مادة ولا طاقة يستطيع العودة إلى العالم الخارجي؛ وهذا "السجن" مؤقت فقط، أي أن الثقوب السوداء بالمعنى المعتاد غير موجودة، كما يكتب الفيزيائي في مقال نشره في المكتبة الإلكترونية لجامعة كورنيل.

"في النظرية الكلاسيكية لا توجد طريقة لترك الثقب الأسود<…>وقال هوكينج، حسبما نقل الموقع الإلكتروني لمجلة نيتشر: "(نظرية الكم) تسمح للطاقة والمعلومات "بالهروب" من الثقب الأسود".

إحدى الخصائص الرئيسية للثقوب السوداء هي أنها ثقوب "عادية" تنشأ أثناء انهيار الجاذبية على سطح الأرض. مرحلة متأخرةإن تطور النجوم الضخمة والفائقة الكتلة في مراكز المجرات هو وجود أفق الحدث أو كرة شوارزشيلد، وهي الحدود التي تصبح بعدها جاذبية الثقب الأسود قوية للغاية بحيث لا يمكن الهروب منها إلا بتجاوز سرعة الضوء. . وبما أن سرعة الضوء هي السرعة القصوى، فوفقًا للأفكار السائدة، لا يمكن لأي شيء أن يترك ثقبًا أسود.

ووفقا لنظرية أينشتاين، فإن رائد الفضاء الذي يطير عبر أفق الحدث لن يشعر بأي شيء - إلا لاحقا، عندما يقترب من مركز الثقب الأسود ويزداد تدرج الجاذبية (الفرق في قوة الجاذبية في نقاط مختلفة) فيتمدد جسده حتى يتحول إلى "سباغيتي" ويسقط في التفرد في الوسط.

في عام 2012، توصل الفيزيائي الأمريكي جوزيف بولشينسكي، استنادا إلى نظرية الكم، إلى استنتاج مفاده أن "جدار النار" من الجسيمات عالية الطاقة وتدفقات الإشعاع يجب أن يظهر في أفق الحدث. ومع ذلك، فإن هذا يتعارض مع أفكار أينشتاين. اقترح هوكينج حل هذه المفارقة عن طريق "إزالة" أفق الحدث.

ووفقا لافتراضاته، فإن التأثيرات الكمومية في محيط الثقب الأسود تشوه الزمكان إلى درجة أنه لا يمكن ببساطة وجود حدود واضحة لأفق الحدث. وفقا لهوكينج، هناك "أفق واضح" - وهو السطح الذي يتأخر فيه الإشعاع الهارب من مركز الثقب الأسود فقط. وعلى عكس أفق الحدث الكلاسيكي، يمكن أن يختفي "الظاهري" في مرحلة ما، ويمكن أن يخرج ما كان موجودًا في الثقب الأسود.

يكتب هوكينج: "إن غياب أفق الحدث يعني أنه لا توجد ثقوب سوداء كأجسام لا يمكن للإشعاع الهروب منها أبدًا".

ولم يصف العالم نفسه الأسباب التي قد تجعل الأفق الظاهري يختفي، لكن دون بيج من جامعة ألبرتا الكندية يعتقد أن هذا يمكن أن يحدث عندما يصبح الثقب الأسود صغيرا جدا بسبب إشعاع هوكينج بحيث لا يمكن تمييز تأثيرات الجاذبية والكم.

الثقوب السوداء هو مصطلح صاغه عالم الفيزياء النظرية الأمريكي جون ويلر عام 1967. هذا هو اسمه لمنطقة في الفضاء تكون جاذبيتها قوية جدًا لدرجة أنه حتى الأجسام التي تتحرك بسرعة الضوء لا يمكنها تركها. إن وجود الثقوب السوداء يشكل أساس العديد من النظريات التي تصف تطور المجرات والنجوم، على الرغم من أن مسألة وجودها الفعلي ترتبط بمدى صحة نظرية الجاذبية. على الرغم من أن وجودها لا شك فيه بين معظم العلماء، إلا أن هذه الأشياء تعتبر افتراضية رسميًا.

وبما أن الثقوب السوداء لا تبعث الضوء ولا تعكسه، فلا يمكن اكتشاف وجودها إلا الأساليب النظرية— على سبيل المثال، يشير العلماء إلى الدوران السريع للنجوم وانحراف أشعة الضوء بالقرب من مراكز المجرات. السمة الرئيسية للثقب الأسود هي حجم أفق الحدث الخاص به، وهو الحد الذي لا يمكن لأي شيء العودة بعده.

في عام 1974، افترض العالم الشهير ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء يجب أن تختفي. تصف ميرسيني هوتون سيناريو جديدًا تمامًا: أظهرت حساباتها أنه عندما ينهار نجم، يتولد ما يسمى بإشعاع هوكينج، والذي يتسبب في فقدان النجم لكتلته بسرعة تحت تأثير جاذبيته. وبسرعة كبيرة بحيث لا يتحول إلى ثقب أسود، بل ينفجر ببساطة دون أن يشكل أي أفق حدث.

يقول ميرسيني هوتون: "لقد قمنا بدراسة هذه المشكلة لأكثر من 50 عامًا، لكن هذا القرار يمنحنا الكثير للتفكير فيه". يعتقد العديد من علماء الفيزياء الفلكية أن كوننا نشأ من تفرد بدأ في التوسع منذ الانفجار الكبير، ومع ذلك، إذا لم تكن الثقوب السوداء موجودة، فمن الواضح أنه سيتعين عليهم إعادة التفكير في أفكارهم.

يشير أفق الحدث للثقب الأسود إلى نقطة اللاعودة عند الاقتراب من الثقب الأسود. في نظرية النسبية العامة لأينشتاين، أفق الحدث هو المكان الذي يتشوه فيه المكان والزمان بفعل الجاذبية بحيث لا يمكنك الهروب منه أبدًا. عند عبور أفق الحدث، يمكنك التحرك إلى الداخل فقط، وليس إلى الخارج أبدًا. ومع ذلك، فإن أفق الحدث ذو الاتجاه الواحد يؤدي إلى ما يعرف بمفارقة المعلومات.

تنشأ مفارقة المعلومات في الديناميكا الحرارية، ولا سيما في قانونها الثاني. ويمكن تفسير ذلك في أبسط صوره على أنه "انتقال الحرارة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد". لكن القانون يكون أكثر فائدة عندما يتم التعبير عنه بدلالة الإنتروبيا. وبالتالي، تمت صياغته على أنه "لا يمكن أن تنخفض إنتروبيا النظام". كثير من الناس يفسرون الإنتروبيا على أنها مستوى الفوضى في النظام، أو جزء غير قابل للاستخدام من النظام. وهذا يعني أن الأشياء يجب أن تصبح دائمًا أقل فائدة بمرور الوقت. لكن الإنتروبيا تعتمد على مستوى المعلومات اللازمة لوصف النظام. من السهل وصف النظام المرتب (على سبيل المثال، الكرات الموزعة بالتساوي على شبكة) لأن الكائنات لها اتصالات بسيطة مع بعضها البعض. من ناحية أخرى، فإن النظام غير المضطرب (يتم توزيع الكرات بشكل عشوائي) سوف يستغرق المزيد من المعلومات لوصفه لأنه لا يوجد نمط بسيط عليها. وهكذا، عندما ينص القانون الثاني على أن الإنتروبيا لا يمكن أن تنخفض أبدًا، فمن المفترض أن المعلومات الفيزيائية للنظام لا يمكن أن تنخفض. وبعبارة أخرى، لا يمكن تدمير المعلومات.

المشكلة في أفق الحدث هي أنه يمكنك رمي جسم (مع الكثير من الإنتروبيا) داخل ثقب أسود ويجب أن تختفي الإنتروبيا. وبعبارة أخرى، فإن إنتروبيا الكون ستكون أقل، وهو ما سينتهك القانون الثاني للديناميكا الحرارية. بالطبع، هذا لا يأخذ في الاعتبار التأثيرات الكمومية، وتحديدًا تلك المعروفة باسم إشعاع هوكينج، الذي اقترحه ستيفن هوكينج لأول مرة في عام 1974.

ترتبط الفكرة الأصلية لإشعاع هوكينج بمبدأ عدم اليقين في نظرية الكم. في نظرية الكم هناك حدود لما يمكن معرفته عن الجسم. على سبيل المثال، لا يمكنك معرفة طاقة جسم ما بالضبط. وبسبب عدم اليقين هذا، يمكن لطاقة النظام أن تتقلب تلقائيًا، طالما ظل متوسطها ثابتًا. أظهر هوكينج أنه بالقرب من أفق الحدث للثقب الأسود، يمكن أن تظهر أزواج من الجسيمات عندما يصبح أحد الجسيمين محصورًا داخل أفق الحدث (مما يقلل كتلة الثقب الأسود قليلاً) ويمكن للآخر الهروب عن طريق انبعاث بعض الطاقة من الثقب الأسود.

ولأن هذه الجسيمات الكمومية تظهر في أزواج، فهي "متشابكة" (متصلة بالمعنى الكمي). هذا لا يهم حقًا إلا إذا كنت تريد أن يصدر إشعاع هوكينج المعلومات الموجودة داخل الثقب الأسود. في صيغة هوكينج الأصلية، ظهرت الجسيمات بالصدفة، وبالتالي فإن الإشعاع القادم من الثقب الأسود كان عشوائيًا تمامًا. لذا فإن إشعاع هوكينج سيمنعك من استعادة أي معلومات تم التقاطها.

للسماح لإشعاع هوكينج بحمل المعلومات خارج الثقب الأسود، يجب كسر التشابك بين أزواج الجسيمات عند أفق الحدث، بحيث يمكن أن تضيع الجسيمات مع المواد الحاملة للمعلومات داخل الثقب الأسود. من المفترض أن يؤدي هذا الخلل في التشابك الأولي إلى ظهور الجسيمات المنبعثة مثل "جدار ناري" كثيف على سطح أفق الحدث. وهذا يعني أن أي شيء يتجه نحو الثقب الأسود لن ينتهي به الأمر في الثقب الأسود. وبدلا من ذلك، سيتم تبخيره بواسطة إشعاع هوكينج عندما يصل إلى أفق الحدث. يبدو أنه إما أن المعلومات المادية الخاصة بجسم ما تُفقد عندما يقع في ثقب أسود (مفارقة المعلومات)، أو أن الأشياء تتبخر قبل دخوله (مفارقة الجدار الناري).

في هذا العمل الجديد، يقترح هوكينج نهجا مختلفا. ويجادل بأنه بدلاً من التزييف الثقالي للمكان والزمان في أفق الحدث، فإن التقلبات الكمومية في إشعاع هوكينج تخلق طبقة من الاضطراب في المنطقة. لذلك، بدلاً من أفق حدث حاد، سيكون للثقب الأسود "أفق واضح"، والذي يبدو وكأنه أفق حدث ولكنه يسمح بتسرب المعلومات.

إذا كان ستيفن هوكينج على حق، فقد يكون قادرًا على حل مفارقة المعلومات/جدار النار التي ابتليت بها الفيزياء النظرية. لا تزال الثقوب السوداء موجودة بالمعنى الفيزيائي الفلكي (الثقب الموجود في مركز مجرتنا موجود ليبقى)، لكنها ستفتقر إلى أفق الحدث. يجب التأكيد على أن عمل هوكينج لا يخضع لمراجعة النظراء ويفتقر إلى التفاصيل بعض الشيء. يعد هذا عرضًا لفكرة أكثر من كونه حلاً تفصيليًا للمفارقة. ستكون هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد ما إذا كانت هذه الفكرة ستكون الحل المطلوب.