حلقات من نار من
إشعاع الثقوب االسوداء
لن يكون السقوط إلى داخل الثقوب السوداء أمر مسلى فبمجرد
أن تأكد الفيزيائيون من وجود ثقوب سوداء فى الفضاء الأسود المعتم بسبب وجود المادة
المظلمة السوداء بكثافة عالية فإن الاقتراب الشديد من الثقوب السوداء وخصوصا لعدم
معرفة أماكنها بدقة فى الفضاء الخارجى
( Outer Space
) يؤدى إلى موت محتم فإذا كان رائد الفضاء يسقط متجاوزا نقطة اللاعودة
( أفق الحدث / حافة الثقب الأسود / Event Horizon ) فوفق نظرية النسبية العامة لآينشتاين عام (
1915 ) فلن تكون هناك أعمدة إشارات تحدد النقطة التى ينخفض احتمال الهروب عندها
إلى الصفر فأى واحد ينتقل مجتازا أفق الحدث للثقب الأسود سوف يشعر بأنه يسقط نحو
الأسفل باستمرار نحو حفرة سوداء عميقة .
فإن إعادة صياغة الصورة فى ضوء بعض المعلومات الجديدة
بخصوص آثار ميكانيكا الكم فى الثقوب السوداء إذ يبدو أن رائد الفضاء سيعانى معاناة
تختلف عن تنبؤ ( ألبرت آينشتاين ) فى نظرية النسبية العامة ( 1915 ) اختلافا تاما
فهو معرض للسقوط فى الثقب الأسود من دون عواقب نحو الداخل فإنه سيواجه جدار من نار
من جسيمات عالية الطاقة عند افق الحدث
تميته فى الحال ويمكن للجدار أن يعلم نهاية المكان نفسها .
إن استعمال أفكار من نظرية الأوتار الفائقة ( String Theory ) من أجل النظر لفيزياء الثقوب السودء فيوجد تضارب
عميق بين تنبؤات النظرية الكمومية وتنبؤات
النسبية العامة عام ( 1915 ) فى هذه المعلومات المتطرفة فوفق تعليلاته يظهر عيب
إما فى ميكانيكا الكم أو تتأرجح بينهما بخصوص أيهما الصحيح .
فإن الحديث بوجود جدار نار الشىءء نفسه ولم يظهر بديل
مقنع فإذا تم الوثوق بميكانيكا الكم يكون وجود جدران ناررمن نتائجه مع أن وجودها
يثير محيرات نظرية ميكنيكا الكم ويبدو على
أن الفبزيائيين التخلى عن أحد التوافق على ماهية التخلى عنه ومن المتوقع الخروج من
الارتباك فهم أفضل لميكانيكا الكم وللنسبية العامة والحفاظ على الحالة المثالية
لتحل فى النهية التضاربات الظاهرية بين نظريتى ( ميكانيكا الكم / النسبية العامة )
اللتين تسودان الفيزياء
المتفردة :
وتستخلص النسبية العامة التى ولدت مفهوم الثقوب السوداء
صورتها عن الكيانات الغريبة وآفاق أحداثها من فهم لأثر ( الثقالة / الجاذبية / Gravity ) فى الزمان والمكان المندمجان معا فى ( الزمكان )
فوفق نظرية الجاذبية إذا اجتمعت كتلة كافية معا فسوف يسبب جر الجاذبية الناجم
البدء بانهيارها ولا يوجد شىء يمكنه وقف هذه العملية حتى تنضغط الكتلة كلها لتشكل
نقطة واحدة حيث يكون الزمكان ذا كثافة لا نهائية ومنحنيا انحناء لا نهائيا وهو ما
دعى ( النقطة المتفردة / the singularity
) وبكلام مكافىء ثقبا أسود ( Black Hole )
ولن يستطيع أى مسافر
فضائى يجتاز حدود أفق حدث الثقب الأسود الهروب من الجر الثقالى التجاذبى حيث سيسحب
باتجاه النقطة المتفردة وحتى الضوء فبمجرد اجتيازه لأفق الحدث لن يستطيع الهرب
والمتفردة مكان درامى جدا غير أن الأفق نفسه من المفترض أن يكون غير معلم وفق مبدأ
التكافؤ للنسبية العامة فيقول المبدأ إن الأفراد الذين يسقطون سقوطا حرا فى ثقب
أسود سيرون قوانين الفيزياء نفسها بمجرد عبورهم لأفق الحدث وإن المجموعة الشمسية
كلها قد تكون فى حالة سقوط نحو ثقب أسود صخم .
إشعاع الثقب الأسود
:
إن الصورة التقليدية للثقوب السوداء عام ( 1974 )
حين تم النظر فى تنبؤ غريب لميكانيكا الكم فإن أزواجا من الجسيمات ومقابلاتها من
المادة المضادة تظهر فجأة بصورة مستمرة ثم تختفى فإذا حدثت التأرجحات والتراوحات
على حدود أفق ثقب أسود من الخارج فيمكن انفصال عنصرى الزوج وأحدهما يسقط فى
المتفردة أما الثانى فسيهرب من الثقب الأسود حاملا معه جزءا من كتلته ومن ثم ستنفذ
كتلة الثقب الأسود كلها فى النهاية وفق عملية ( تبخر هوكنج )
وإن عملية تبخر الثقوب السوداء الموجودة فى الطبيعة ليست
مهمة إذ أن الثقوب السوداء تضيف كتلة من الغاز والغبار الساقطين بمعدل أكبر بكثير
مما تخسره بالإشعاع فيمكن تقصى ما يحدث لو أمكن عزل ثقب أسود عزلا تاما ولوجود وقت
كاف لمراقبة عملية تبخر الثقوب السوداء بكاملها فقد كشف ( هوكنج ) عند متابعة
التجربة الذهنية عن تناقضين ظاهريين بين النسبية العامة وميكانيكا الكم .
مسألة الإنتروبية : عند إمعان النظر فى ثقب أسود معزول
أن طيف الضوء لإشعاعه المنبثق منه مبتعدا عنه سيبدو شبيها بطيف جسم حار مشع مما
يعنى امتلاك الثقب الأسود درجة حرارة وتنشأ درجة الحرارة فى الحالة العامة عن حركة
الذرات داخل الأجسام وعندئذ تشير الطبيعة الحرارية لإشعاع هوكنج لوجوب امتلاك
الثقب الأسود بنية مجهرية مكونة من نوع ما من لبنات بناء متقطعة أو قسيماتد أو
بتات فعن طريق إلقاء أشياء داخل الثقوب السوداء ليعطى صيغة لعدد القسيمات الذى
يعبر عن قياس ( إنتروبية الثقب الأسود ) والإنتروبية معيار لعدم الترتيب تصبح أعظم
مع زيادة عدد الحالات المتاحة للجسم وكلما كبر عدد القسيمات فى ثقب أسود زادت
التراتيب الممكنة للجسم وعظمت ( الإنتروبية ) .
وعلى العكس تصف النسبية العامة الثقب الأسود عبر امتلاكه
هندسة ملساء تشير لوجوب أن يبدو أى ثقب أسود ذى قيم مفروضة للكتلة والسبين والشحنة
بالمظهر نفسه فليس للثقوب السوداء شعر فيوجد تناقض إذ تقول النسبية العامة بعدم
وجود شعر فى حين يقول ميكانيكا الكم إن للثقوب السوداء كمية كبيرة من الإنتروبية
مما يعنى امتلاكها بنية مجهرية ما أو شعرا
مفارقة المعلومات : يؤدى تبخر الثقوب السوداء لظهور تحد
للنظرية الكمومية فوفق حسابات هوكنج لا تعتمد الجسيمات الهاربة من ثقب أسود على
خواص المادة التى دخلت الثقب الأسود والتى تكون ناجمة عن انهيار نجم ضخم الكتلة
فيمكن إرسال ورقة مع رسالة إلى داخل الثقب الأسود ولن توجد أى طريقة لإعادة تركيب
الرسالة من الجسيمات النهائية الصادرة فبمجرد عبور الورقة أفق الحدث للثقب الأسود
لا تستطيع التأثير فى أى شىء يخرج من الثقب الأسود
لأنه لا يمكن لمعلومات أن تهرب من داخل الثقب الأسود
وتوصف كل منظومة فى ميكانيكا الكم بصيغة ( الدالة الموجية ) التى ترمز ( encode ) فرص وجود المنظومة فى حالة معينة .
وفى تجربة ( هوكنج ) الذهنية يعنى ضياع المعلومات عدم
وجود طريقة للتنبؤ بالدالة الموجية لإشعاع ( هوكنج ) ( إشعاع الثقوب السوداء )
اعتمادا على خواص الكتلة التى دخلت الثقب الأسود وإن ضياع المعلومات غير ممكن فى
ميكانيكا الكم مما يؤدى لاستخلاص وجوب تعديل قوانين فيزياء الكم كى تسمح بفقدان
المعلومات فى الثقوب السوداء .
إن الثقوب السوداء تدمر المعلومات فهى تدمر كل شىء
يدخلها فلو تم حرق الورقة فالرسالة ستتلاشى متمازجة ولن يكون من الممكن عمليا
إعادة بنائها من الدخان غير أن عملية الاحتراق موصوفة بميكانيكا الكم العادى مطبقا
على ذرات الورقة ومن ثم سيعطى توصيف ميكانيكا الكم للدخان دالة موجية معينة تعتمد
على الرسالة الأصلية فيمكن نظريا إعادة بناء الرسالة عبر الدالة الموجية غير أنه
فى حالة الثقب الأسود لن تكون هناك دالة موجية محددة للإشعاع الناتج من الثقوب
السوداء .
وبالاستنتاج استنادا للتشابه أن هوكنج كان مخطئا عندما
اعتبر امتزاج المعلومات ضياعا واقعيا لها فإذا كان من الممكن ضياع المعلومات
فعندئذ لن يحدث فى الحالة الغريبة وهى تبخر ثقب أسود بل سيحدث فى كل مكان وفى جميع
الأزمنة ففى فيزياء ميكانيكا الكم سيحدث أى شىء يمكن أن يحدث وإذا كان هوكنج على
صواب فسوف يتم رؤية إشارات فى الفيزياء ربما يشمل انتهاكات صريحة لقانون حفظ
الطاقة .
فإن حجة هوكنج صمدت أمام الاعتراضات فإن للثقوب السوداء
أفاقا لا تستطيع المعلومات الموجودة ورائها الهروب فيبدو أن الإنسانية تواجه
مفارقة حادة فإما أن يتم تعديل ميكانيكا الكم كى نسمح بفقد المعلومات أو أن نعدل
نظرية النسبية العامة لتسمح بهروب المعلومات من داخل الثقوب السوداء .
إن الثقب الأسود لا يتبخر تبخرا كاملا بل ينتهى إلى بقية
مجهرية تحوى جميع معلومات النجم الأصلى الذى أنشأه الثقب الأسود غير أن لهذا الحل
صعوباته الخاصة به فإن الجسم الصغير الحاوى على الكمية الضخمة من المعلومات سيخرق
وينتهك فكرة إنتروبية هوكنج .
ثقوب سوداء وبرينات :
إن نظرية الأوتار الفائقة هى إحدى المحاولات لتصحيح بعض
المشكلات التى تبزغ عندما تصطدم نظرية النسبية العامة بميكانيكا الكم كما فى حالة
الثقوب السوداء وتستبدل نظرية الأوتار الفائقة عرى دقيقة وصغيرة أو قطعة من وتر
بالجسيمات دون الذرية الشبيهة بالنقطة الواردة فى نظريات سبقتها فيمكن للأوتار
الفائقة أن تقضى على بعض الصعوبات الرياضية الناشئة عند ضم ميكانيكا الكم إلى
نظرية النسبية العامة غير أن استعمال الأوتار مكان النقاط لا يغير مباشرة قصة
الثقوب السوداء .
لقد حدث الاختراق عام ( 1995 ) عند البحث فى نوع آخر من
التجارب الذهنية التى تتناول دراسة الأوتار فى فضاءات صغيرة حيث تبين أن نظرية
الأوتار ليست كاملة بل تتطلب وجود أشياء ذات أبعاد أكثر من الأبعاد الأربعة ( الطول
/ العرض / الارتفاع / الزمن ) ففى الثقوب السوداء تكون الأشياء ذات الأبعاد العليا
( البرينات / D ) بالغة الصغر
وملتفة فى أبعاد مخفية صغيرة جدا بحيث لا يمكن كشفها وإن الأوتار والبرينات / D ) تزود بالعدد الدقيق من القسيمات اللازمة لتفسير
إنتروبية الثقوب السوداء من أجل ثقوب سوداء معينة ذات تناظرات عالية جدا فإن أحجية
الإنتروبية قد حلت جزئيا .
س : ماذا عن فقد المعلومات ؟
ج : فى عام (
1997 ) بطريقة تتجاوز مسألة فقد المعلومات ( مثنوية مالداسينا ) والمثنوية تكافؤ
مدهش بين شيئين يبدوان لأول وهلة مختلفين جدا وتبين ( مثنوية مالدسينا ) أن
الرياضيات اللازمة لضم ميكانيكا الكم والثقالة / الجاذبية معا نظرية كمومية
للجاذبية اعتمادا على نظرية الأوتار مكافئة لرياضيات نظرية الكم العادية ضمن
مجموعة شروط خاصة حيث تتكافأ فيزياء الكم لثقب أسود مع فيزياء غاز عادى حار من
جسيمات نووية مما يعنى أن الزمكان يختلف اختلافا أساسيا فهو أقرب شبها بهولوجرام
ثلاثى الأبعاد ناجم بالإسقاط عن سطح أكثر أساسية لكرة ثنائية البعد .
لقد حصل علماء الفيزياء مع صفقة استعمال مثنوية مالدسينا
على طريقة لوصف ميكانيكا الكم للثقوب السوداء فإذا كانت فرضيات ( مالدسينا ) صحيحة
أمكن تطبيق قوانين ميكانيكا الكم العادية على الجاذبية ولن يكون هناك فقد
بالمعلومات فبإمكان ترك الثقوب السوداء المتبخرة لذا يتعين خروج المعلومات مع
إشعاع هوكنج .
إن مثنوية مالدسينا صالحة لتوحيد نظرية النسبية العامة
مع ميكانيكا الكم وقد اكتشفت عند متابعة لأحجيتى إنتروبية الثقب الأسود وفقد
المعلومات فهى لم تثبت صحتها لكنها مدعومة بأدلة كثيرة فإن حاجة الثقوب السوداء إلى
فقد المعلومات لا تفسر تفسيرا واضحا لكيفية خروج المعلومات من داخل ثقب أسود إلى
خارجه .
ويوجد حلا لمسألة المعلومات الأصلية يتضمن نوعا من مبدأ
النسبية ( تكاملية الثقب الأسود ) فإن المراقب الذى يقفز إلى داخل ثقب أسود يرى
المعلومات فى الداخل بينما الآخر الذى بقى فى خارجه يرى المعلومات من الخارج فليس
هناك تناقض لأن المراقبين لا يستطيعان التواصل
جدار النار :
إن مثنوية مالداسينا وتكاملية الثقب الأسود كافيتين
للتخلص من جميع المفارقات لكنه ما زال الكثير من التفصيلات الجزئية فى حاجة إلى
الاستكمال فصناعة نموذج لكيفية عمل الصورة المركبة اعتمادا على أفكار علماء
الفيزياء وبعد الفشل فى بضع محاولات فى التوصل لنموذج ناجح فإن المسألة أكثر عمقا
مما يستعمل من رياضيات قاصرة وإن وجد التناقض القائم .
وقد انبثق التناقض عند دراسة لظاهرة التشابك الكمومى أكثر
الأجزاء غير الفطرية من نظرية ميكانيكا الكم ( النظرية الكمومية ) فإن كانت
الجسيمات دون الذرية تشبه أحجار الزهر فالجسيمات المتشابكة ستكون كحجرى زهر مجموعهما
( 7 ) دائما وعندما يقيس العلماء خواص جسيم متشابك فإن القياس سيعين خواص الجسيم
المتشابك الآخر وتوجد نتيجة إضافية للنظرية الكمومية فبإمكان تشابك جسيم مع جسيم
آخر واحد تشابكا تاما فإذا تشابك جسيم ( B
) مع جسيم ( A ) فلا يمكن له أن يتشابك
مع جسيم ثالث ( C ) فالتشابك كالزواج أحادى
الزوجة .
وفى حالة الثقب الأسود يؤخذ فوتون هوكنج جسيم ( B ) صدر عن ثقب أسود كان نصف متبخر وتتضمن صيرورة
هوكنج أن ( B ) أحد عنصرى زوج والذى
يسقط فى الثقب الأسود
( A ) أى أن
( A ) و ( B
) متشابكان وإن المعلومات الأصلية التى وقعت فى الثقب الأسود قد تم ترميزها بواسطة
جسيمات إشعاع هوكنج جميعها وإذا لم تفقد المعلومات ووصل فوتون
( هوكنج ) الخارج ( B
) فى حالة كمومية معينة تعين أن يكون ( B
) متشابكا مع تركيبة ما
( C )
لجسيمات هوكنج الأخرى التى أفلتت من قبل مما سيؤدى لتناقض تعدد الزوجات .
ولإنقاذ ميكانيكا الكم محافظين على التشابك بين ( B ) و ( C
) مع عدم امتلاك أى شىء آخر غير معتاد خارج الثقب الأسود ففقدان التشابك بين ( A ) و ( B
) وحيث أن فوتونى هوكنج
( A ) و ( B ) قد ابتدأ داخل أفق الحدث للثقب الأسود ( Black Hole ) وخارجه حيث نشأ على صورة زوج عابر من جسيم وجسيم
مضاد فإن فك التشابك وفق النظرية الكمومية تكون طاقة فإن فك رابطة كيميائية فإن فك
التشابك لجميع أزواج ( هوكنج ) يتضمن أن أفق الحدث للثقب الأسود جدار من جسيمات
عالية الطاقة ( جدار النار ) وإن رائد الفضاء عندما يسقط فى ثقب أسود سيواجه عند
عبوره أفق الحدث شيئا دراميا عوضا أنه سوف يسقط بحرية .
لقد كان إيجاد الابتعاد الكبير عن النسبية العامة أى
وجود جدار من الطاقة فى مكان حيث من المفترض عدم حدوث أى شىء غير اعتيادى لكن
الحجة كانت بسيطة فحجة هوكنج الأصلية فى الاتجاه العكسى مفترضين أن المعلومات لم
تفقد مع متابعة إلى ماذا يؤدى الافتراض فبالاستنتاج أنه خلافا لآثار التكاملية
الدقيقة يوجد انهيار درامى للنسبية العامة وبوصف الحجة كانت ردة الفعل العامة
متشككة فى البدء .
فإما أن توجد جدران النار الغريبة بحيث تكون حقيقية أو
يجب التخلى عن بعض الأسس الراسخة للنظرية الكمومية وقد لا تدمر وتضيع المعلومات
لكن ربما توجد ضرورة لإعادة كتابة بعض مفاهيم ميكانيك الكم فإن مشاهدة ثقوب سوداء
حقيقية إذ إن أى إشعاع من جدران النار ستضعفه قوة الجر الثقالية / التجاذبية من
الثقب الأسود جاعلة رؤية جدار النار صعبة جدا .
نهاية المكان ( الفضاء ) :
س : إذا كان جدار النار موجودا فما هو ؟
ج : إن جدار
النار نهاية المكان ( الفضاء ) فربما شروط تكون الزمكان غير محققة داخل الثقب
الأسود ويمكن ألا يقدر داخل الثقب الأسود على التكون لأن الذاكرة الكمومية للثقوب
السوداء ممتلئة وإذا كان متعذرا حدوث الزمكان فى داخل الثقب الأسود فإن المكان
سينتهى عند أفق الحدث للثقب الأسود وإن رائد الفضاء الساقط نحوه ليصطدم به سوف
يتحلل لقسيمات كمومية تقبع عند حدود الثقب الأسود ( أفق الحدث ) .
لقد حاول علماء الفيزياء تجاوز نتيجة ظهور جدار النار
فطالما أنه يجب على جسيم إشعاع هوكنج ( B
) أن يتشابك مع ( A ) و ( C ) كليهما إذ لا بد أن يكون ( A ) جزءا من ( C
)
أى أن الفوتون الواقع خلف أفق الحدث للثقب الأسود هو
القسيم الذى تم ترميزه ضمن إشعاع هوكنج مع كونهما فى مكانين مختلفين جدا وإن
الفكرة الأصلية لتكاملية الثقب الأسود حيث إن صناعة نموذج واقعى ومتماسك يبدو أنها
ستوصل لضرورة تعديل ميكانيكا الكم ثانية وإن عنصرى كل زوج من الجسيمات دون الذرية
المتشابكة مرتبطان بثقب دودى زمكانى مجهرى فإن منطقة ضخمة من الزمكان كالمنطقة
الداخلية لثقب أسود يمكن بناؤها من مقادير كبيرة من التشابكات .
وإن نظرية النسبية العامة تكون صالحة لوصف الثقوب
السوداء بينما ميكانيكا الكم غير صالحة لوصف الثقوب السوداء وإن عدم تعديل
ميكانيكا الكم لكن الزمكان هولوجرافى مثل الهولوجرام الثنائى البعد يحتفظ بصورة
لأجسام ثلاثية البعد وقد تكون الحقيقة فى مكان ما فى الوسط .
س : ما هى مقتضيات جدران النار بالنسبة للثقوب السوداء
فى الحياة الواقعية كالثقب الأسود الموجود فى مركز مجرة درب التبانة / اللبانة /
الطريق اللبنى / Milky Way .
إن نظريتى النسبية العامة وميكانيكا الكم من النظريات
المركزية فى الفيزياء وإن عدم التأكد بوجود جدار نار أم لا يظهر حدودا على
الصياغات الحالية للثقالة / الجاذبية الكمومية حيث يعيد علماء الفيزياء النظريون
التفكير فى الفرضيات الأساسية حول عمل الكون مما يؤدى لفهم أعمق لطبيعة المكان
والزمان وللمبادىء التى تحكم جميع قوانين الفيزياء فإن كشف التضاربات الحادثة فى
قلب جدران النار لثقب أسود قد يؤدى لتوحيد ميكانيكا الكم ونظرية النسبية العامة فى
نظرية عاملة واحدة .
مجلة العلوم
الأمريكية
تنقيح / أسامة ممدوح
عبد الرازق مصطفى شرف
5 / 5 / 2016
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق