الثقوب السوداء والجدران الأكاديمية

كان السقوط في الثقب الأسود بسيطًا: لن تلاحظ أي شيء. ولكن هل يمكن أن يظهر جدار في طريقك؟

وفقا لأينشتاين ، لن تلاحظ لحظة عبور أفق الحدث لثقب أسود. ولكن الآن يثبت الباحثون أن جدار النار (أو الطوب) قد يظهر في طريقك. هل أصيبوا بالجنون في وقت واحد؟



Tl ؛ د: نعم.

في بعض الأحيان يكون من الصعب جدًا فهم سبب إضاعة شخص ما لحل بعض المشكلات الأكاديمية مثل فقدان المعلومات في الثقب الأسود. وأنا أقول هذا ، بعد أن أمضيت معظم العقد الماضي في التفكير في الثقوب السوداء. هل لدى الفيزيائيين ما يفعلونه في عالم يعاني من الحرب والمرض ، أو على الأقل الأخطاء النحوية؟ ما الذي يحفز هؤلاء الباحثين ، إلى جانب الأمل في الوصول إلى العناوين الرئيسية بفضل اللغز البالغ من العمر 40 عامًا؟



يعمل العديد من الفيزيائيين اليوم على مواضيع مثل فقدان المعلومات في الثقوب السوداء التي تبدو منفصلة عن الواقع. ستكون الثقوب السوداء قادرة على تدمير المعلومات بعد التبخر الكامل ، وهذا لن يحدث في المائة مليار سنة القادمة. ما يدفع هؤلاء العلماء ليس التطبيق العملي لأفكارهم ، ولكن إدراك أن اليوم يجب على شخص ما أن يمهد الطريق للعلم ، والذي سيصبح ضروريًا في مائة أو ألف أو عشرة آلاف سنة. وقراءة عناوين الأخبار التي تصف الفوضى الجارية ، أعتقد أن نقاء هذه الحجة غير المنطقي والمنطق الذي لا مفر منه المؤدي إلى المفارقة يزيد من وزنها.

ويمكنني أن أحمل مع الألغاز الأسلاك.



إذا كان فقدان المعلومات في الثقوب السوداء هو محقق فضائي ، فإن نظرية الكم ضحية. أظهر ستيفن هوكينج في أوائل السبعينيات أن الجمع بين نظرية الكم والجاذبية يعطينا إشعاعًا حراريًا من الثقوب السوداء. يتكون "إشعاع هوكينغ" من جزيئات لا تحتوي على أي معلومات أخرى غير درجة الحرارة. وعندما يتبخر الثقب الأسود تمامًا ، يتم تدمير جميع المعلومات حول ما سقط فيه. لكن هذا التدمير للمعلومات غير متوافق مع نظرية الكم نفسها ، المستخدمة لإثبات هذا الاستنتاج. في نظرية الكم ، يمكن عكس جميع العمليات بمرور الوقت ، لكن تبخر الثقب الأسود ، على ما يبدو ، لا رجعة فيه.

وهذا لغز خطير للفيزيائيين ، لأنه يظهر أن الجاذبية ونظرية الكم لا تريدان الجمع. شرح المشكلة ، مناشدا لنظرية الجاذبية الكمومية غير المعروفة ، فشل أيضا. إن إشعاع هوكينج ليس عملية جاذبية كمومية ، وعلى الرغم من أن الجاذبية الكمية في مرحلة ما تصبح مهمة في المراحل الأخيرة من تبخر الثقب الأسود ، يُقال أنه قد فات الأوان لاستخراج جميع المعلومات.



تغير الوضع بشكل كبير بحلول نهاية التسعينات ، عندما اقترحت مالداسينا أن بعض نظريات الجاذبية تعادل نظريات القياس. تم اكتشاف "مراسلة المقياس والجاذبية" الشهيرة في نظرية الأوتار ، وعلى الرغم من عدم إثباتها رياضيًا ، إلا أنها تقضي على مشكلة فقدان المعلومات في الثقب الأسود ، لأنه بغض النظر عما يحدث أثناء تبخر الثقب الأسود ، يتم وصفه بشكل متكافئ في نظرية المقياس. لا تقتل نظرية المقياس المعلومات ، وبالتالي لا توجد مشكلة.

على الرغم من أن توافق المعايرة والجاذبية أقنع الكثيرين ، بما في ذلك ستيفين هوكينج نفسه ، بأن الثقوب السوداء لا تدمر المعلومات ، إلا أنها لم تسلط الضوء على كيفية هروب المعلومات من الثقب الأسود. استمر البحث ، لكن انتشار الرضا عن النفس بين الفيزيائيين النظريين. يبدو أن نظرية الأوتار قد حلت المفارقة ، وتبقى مسألة وقت فقط قبل أن نفهم تفاصيلها.



لكن كل شيء سار بشكل خاطئ. وبدلاً من ذلك ، في عام 2012 ، أظهرت مجموعة من الفيزيائيين ، المهيري ، مارولف ، بولشينسكي ، وسالي (المهيري ، مارولف ، بولشينسكي ، سولي - AMPS) أن هذا "القرار" متناقض. أظهروا أن الافتراضات الأربعة ، التي يعتقد معظم منظري السلسلة أنها صحيحة ، لا يمكن أن تتحقق في وقت واحد. هذه هي الافتراضات:

1. الثقوب السوداء لا تدمر المعلومات.
2. .
3. , , .
4. , , .

الافتراض الثاني يعيد التأكيد على أن إشعاع هوكينج ليس تأثير الجاذبية الكمية. ثالثًا ، اشتقاق ميكروستات الثقب الأسود في نظرية الأوتار من الحسابات. رابعاً - مبدأ معادلة أينشتاين. باختصار ، تقول AMPS أن أحد هذه الافتراضات غير صحيح. أحد الشهود يكذب ، لكن من بالضبط؟

في عملهم ، اقترح AMPS ، ربما ليس على محمل الجد ، التخلي عن الافتراض الأقل إثارة للجدل: الرابع. إذا تخليت عن الرقم 4 ، فإن الثلاثة الآخرين سيقودون إلى حقيقة أن مراقبًا يسقط في حفرة سوداء يتعثر على "جدار النار" ويحترق في الجحيم. ومع ذلك ، فإن مبدأ التكافؤ هو عقيدة النسبية العامة ، ولا يمكن التخلي عنها إلا كملاذ أخير.



بالنسبة لمراقب غير مستهل ، يبدو من الواضح أن الشاهد الثالث يكذب. على عكس الافتراضات الأخرى التي تتبع من النظريات المعروفة بالفعل وبدقة كبيرة ، يتبع الرقم 3 من لم يتم التحقق منه. لذا إذا تخلصنا من أحد الافتراضات ، فربما يكون هذا هو الافتراض القائل بأن نظرية الأوتار صحيحة حول محتوى الثقوب السوداء. لكن هذا الاحتمال ، بالطبع ، لا يحظى بشعبية كبيرة بين منظري الأوتار.

في غضون بضعة أشهر ، تم تعبئة قسم arxiv من الفيزياء النظرية عالية الطاقة بمحاولات للتوفيق بين هذه الافتراضات. تم اقتراح جميع الحلول تمامًا ، من اعتماد نظرية جدار النار إلى تجارب فكرية متعددة الأكوان ومعقدة ، مما يدل على أن المراقب الذي يسقط في الثقب الأسود لن يلاحظ أنه سيحترق. نعم ، هنا لديك الفيزياء الحديثة.

لقد ساهمت أيضًا في هذه المناقشة. لقد وجدت كل الشهود مقنعين ، ولم يتأثر أي منهم بالكذب. بقبول ذلك ، أدركت أن عدم توافقهم الظاهري جاء من الافتراض الخامس غير المعلن المستخدم في الدليل. تمامًا كما يمكن أن تكون العبارات المتضاربة على ما يبدو منطقية فجأة عندما تدرك أن الضحية لم يقتل حيث وجدت الجثة ، فإن هذه العبارات الأربعة تكون منطقية عندما لا تحتاج إلى حفظ المعلومات بطريقة معينة (مثل أن النهائي لن تكون الحالة "نموذجية"). بدلاً من ذلك ، فإن متطلبات الحفاظ على الطاقة المحلية بالقرب من أفق الحدث تجعل جدار النار مستحيلاً ، وفي نفس الوقت يوضح كيف أن تبخر الثقب الأسود يبقى متوافقًا مع نظرية الكم.



يبدو لي أنه لا أحد يحب عملي. ربما يرجع ذلك إلى حقيقة أن لديها صورة غير مفهومة. أو بسبب الاستنتاج القائل بأنه في مكان ما بالقرب من أفق الحدث هناك حدود تغير النظرية الكمومية ، بحيث تكون غير مرئية لأي مراقب بالقرب من الثقب الأسود. يمكن قياس التأثيرات الناتجة عن هذا الحد ، ولكن فقط على مسافة كبيرة.

وعلى الرغم من أن افتراضي حل اللغز بجدار نار ، إلا أنه لم يحل مشكلة فقدان المعلومات في الثقب الأسود. ذكرت في ملاحظة أنه ، من حيث المبدأ ، يمكنك استخدام هذه الحدود لإرسال المعلومات إلى الإشعاع الصادر ، لكنها لا تزال لا توضح كيف تصل المعلومات إلى هذا الحد على الإطلاق.

بعد نشر العمل ، تعهدت مرة أخرى بعدم التفكير في تبخر الثقب الأسود. ولكن في الأسبوع الماضي ظهرت نسخة مطبوعة من 't Hooft في arxiv. هذا هو أحد الأشخاص الأوائل الذين تعاملوا مع الديناميكا الحرارية للثقب الأسود ، وفي عمله الجديد `` t Hooft يقترح أن أفق حدث الثقب الأسود يعمل كحدود تعكس المعلومات - "جدار من الطوب" ، كما وصفه New Scientist. استلهمت الفكرة من افتراض ستيفن هوكينج الأخير أن معظم المعلومات التي تقع في الثقب الأسود يتم تخزينها في الأفق. إذا كان الأمر كذلك ، ويمكنك إعطاء الأفق فرصة للعمل ، فستتمكن المعلومات مرة أخرى من مغادرة الثقب الأسود.

بالطبع ، لا أعتقد أن الطوب هو تحسن كبير على النار ، وأنا متأكد من أن هذه الفكرة لن تنطلق. ولكن بعد كل هذا الارتباك ، يمكن أن يساعدنا على فهم أفضل لكيفية تفاعل الأفق بالضبط مع إشعاع هوكينج وكيف يدير تشفير المعلومات فيه.

بسرعة إلى الأمام ألف سنة. هناك ننتظر نظرية الجاذبية الكمية ، التي تسمح لنا بفهم سلوك المكان والزمان في أقصر مسافات ، وكما يأمل الكثيرون ، مصدر نظرية الكم نفسها ، أو حتى المادة. التقدم هو خطوات صغيرة ، وأحيانًا يقودنا التاريخ في دوائر ، لكن الفيزيائيين مدعومون بمعرفة أن الحلول يجب أن تكون موجودة وأن قاتل المعلومات سيتم القبض عليه. لا توجد خدعة في قراءة الصفحة الأخيرة من الكتاب - لم تتم كتابتها بعد.

Source: https://habr.com/ru/post/ar397067/