الفيزيائيون يحققون “صدفة” اكتشافا جديدا عن الثقوب السوداء

بالنظر إلى أن اكتشافاتنا المباشرة الأولى التي تؤكد وجود الثقوب السوداء قد حدثت فقط في هذا القرن، يمكن أن نغفر للبشرية عدم معرفتها بعض الأشياء عن هذه الأجسام الكونية الغامضة.

وأثناء تشغيل معادلات لتصحيحات الجاذبية الكمومية لانتروبيا الثقب الأسود، وجد زوج من الفيزيائيين أن الثقوب السوداء تمارس ضغطا على الفضاء المحيط بها، في اكتشاف يتوافق بشكل رائع مع تنبؤات ستيفن هوكينغ بأن الثقوب السوداء تنبعث منها إشعاعات، وبالتالي ليس لديها درجة حرارة فحسب، بل تتقلص ببطء بمرور الوقت، في غياب التراكم.

وقال الفيزيائي وعالم الفلك كزافييه كالميت، من جامعة ساسكس في المملكة المتحدة: “اكتشافنا أن ثقوب Schwarzschild السوداء لها ضغط بالإضافة إلى درجة حرارة هي أكثر إثارة بالنظر إلى أنها كانت مفاجأة كاملة. وإذا كنت تفكر في الثقوب السوداء ضمن النسبية العامة فقط، فيمكن للمرء أن يُظهر أن لديها تفردا في مراكزها حيث يجب أن تنهار قوانين الفيزياء كما نعرفها. ومن المأمول أنه عندما يتم دمج نظرية المجال الكمي في النسبية العامة، قد نتمكن من العثور على وصف جديد للثقوب السوداء”.

وعندما توصلوا إلى اكتشافهم، كان كالميت وزميله في جامعة ساسكس، الفيزيائي وعالم الفلك فولكرت كويبرز، يجرون حسابات باستخدام نظرية المجال الكمومي لمحاولة استكشاف أفق الحدث للثقب الأسود.

وعلى وجه التحديد، كانوا يحاولون فهم التقلبات في أفق الحدث للثقب الأسود الذي يصحح إنتروبيا، وهو مقياس للتقدم من النظام إلى الفوضى.

وأثناء إجراء هذه الحسابات، استمر كالميت وكويبرز في البحث عبر رقم إضافي ظهر في معادلاتهما، لكن الأمر استغرق بعض الوقت حتى يتعرفا على ما كانا ينظران إليه – الضغط.
ومن غير الواضح ما الذي يسبب الضغط، ووفقا لحسابات الفريق، فهو صغير جدا. وعلاوة على ذلك، فهو سالب – معبرا عنه بـ -2E-46bar للثقب الأسود الذي يعادل كتلة الشمس.

ويتوافق هذا مع تنبؤات هوكينغ، على الرغم من أنه من المستحيل في هذه المرحلة تحديد مدى ارتباط الضغط السلبي بإشعاع هوكينغ، أو حتى إذا كانت الظاهرتان مرتبطتين.
ومع ذلك، يمكن أن يكون للنتيجة آثار مثيرة للاهتمام لمحاولاتنا موازنة النسبية العامة (على المقاييس الكلية) مع ميكانيكا الكم (التي تعمل على نطاقات صغيرة للغاية).

ويُعتقد أن الثقوب السوداء هي مفتاح هذا التعهد. ويُوصف تفرد الثقب الأسود رياضيا على أنه نقطة أحادية البعد ذات كثافة عالية للغاية، وعند هذه النقطة تتفكك النسبية العامة – ولكن لا يمكن وصف مجال الجاذبية المحيط بها إلا بشكل نسبي.

ويمكن أن يساعد اكتشاف كيفية انسجام النظامين معا في حل مشكلة الثقب الأسود الشائكة حقا. ووفقا للنسبية العامة، فإن المعلومات التي تختفي وراء الثقب الأسود يمكن أن تختفي إلى الأبد. وفي ظل ميكانيكا الكم، لا يمكن أن يكون كذلك. وهذه هي مفارقة معلومات الثقب الأسود، ويمكن أن يساعد استكشاف الزمكان رياضيا حول الثقب الأسود في حلها.

وقال كالميت: “إن عملنا هو خطوة في هذا الاتجاه، وعلى الرغم من أن الضغط الذي يمارسه الثقب الأسود الذي كنا ندرسه ضئيل، فإن حقيقة وجوده تفتح إمكانيات جديدة متعددة، تشمل دراسة الفيزياء الفلكية والجسيمات الفيزياء وفيزياء الكم”.
ونُشر البحث في مجلة Physical Review D.

المصدر: ساينس ألرت