[ هذه المقالة عبارة عن ترجمة لمقال من Sabina Hossenfelder ]كان
"تاريخ موجز للوقت" لستيفن هوكينغ أحد أوائل الكتب غير الخيالية التي قرأتها ، وكرهته. كرهت ذلك لأنني لم أفهم. أصبح الإحباط من هذا الكتاب أحد الأسباب الرئيسية التي جعلتني فيزيائيًا - حسنًا ، على الأقل أعرف من الذي ألومه.
ملاحظة ترجمة: أضفت روابط وبعض الرسوم التوضيحية ، وقمت أيضًا بإزالة جزء من النص لم يكن ذا صلة خاصة بالحالة (تم ذكر المكان في النص).
لا يمكن للمنشور الأصلي أن يتباهى ببنية سرد مثالية لم أغيرها. لكن المشكلة مهمة للغاية وذات صلة ، ومن أجل مناقشتها وتفسيرها لسابينا يمكن أن يغفر أخطاء الأسلوب.
يمكن اعتبار المنشور تعليقًا موسعًا على النشر الأخير لترجمة إيثان.
لقد توقفت عن كره هذا الكتاب - يجب أن أعترف ، باقتراح هوكينج ، أن اهتمام الجمهور العام بالمشاكل الأساسية للفيزياء (المتعلقة بالثقوب السوداء) قد أثير. ولكن من وقت لآخر ما زلت أرغب في الوصول إلى الكتاب اللعين. ليس لأنني لا أفهمها ، ولكن لأنها أقنعت الكثير من الناس
أنهم يفهمونها.
في هذا الكتاب ، رسم هوكينج صورة أنيقة لتبخر الثقوب السوداء ، والتي تستخدم الآن في كل مكان. في رأيه ، تتبخر الثقوب السوداء ، لأن أزواج الجزيئات الافتراضية الناشئة بالقرب من الأفق تمزقها قوى المد والجزر. يظهر أحد الجسيمات خارج أفق الحدث ، ويسقط في ثقب أسود ، ويطير الثاني. ونتيجة لذلك ، يبعث ثقب أسود جزيئات باستمرار في أفق الحدث. إنه بسيط ، وبديهي ، وهو غير صحيح تمامًا.
مثل هذا التفسير هو توضيح بسيط ، لا أكثر. في الواقع - لن تفاجأ - الوضع أكثر تعقيدًا.
أزواج الجسيمات - بقدر ما يكون من المنطقي التحدث عن الجسيمات في فيزياء الكم - ليست موضعية في الفضاء. يتم "تلطيخها" فوق منطقة من الفضاء مماثلة لنصف قطر الثقب الأسود (
تقريبًا. ترانس أكين على كيفية عدم تحرك الإلكترون في مدار محدد حول نواة الذرة ، يجري في مرحلة ما عليه ، ولكن "يتم تلطيخه" حول النواة. ). لا تظهر أزواج من الجسيمات كنقاط ، ولكن كغيوم ، يتم تعتيمها في كل مكان حول الثقب الأسود ، ولا تنفصل إلا عند مسافات مماثلة لنصف قطر الثقب الأسود. الصورة التي رسمها هوكينج لغير المتخصصين لا تدعمها أي رياضيات. هناك عنصر الحقيقة فيه ، ولكن لا ينبغي أن يؤخذ على محمل الجد - يمكن أن يصبح مصدرًا للعديد من المفاهيم الخاطئة.
حقيقة أن تفسير هوكينج ليس دقيقًا ليس جديدًا - منذ أوائل السبعينيات ، من المعروف أن إشعاع هوكينغ لا يحدث في الأفق. بالفعل في
الكتاب المدرسي لكل من Birrell and Davis (1984) ، كتب بوضوح أنه إذا افترضنا حدوث إشعاع في الأفق ونظرنا في عملية الإشعاع في الاتجاه المعاكس في الوقت المناسب: لتتبع الجسيمات التي تقترب من أفق الحدث من بعيد وزيادة التردد ("
التحول الأزرق ") ، لن يعطي هذا وصفًا صحيحًا للمنطقة القريبة من أفق الحدث. قد يكون النهج الصحيح مختلفًا: يتم "تلطيخ" الجسيمات من زوج هوكينج عند الولادة ومختلطة مع بعضها البعض ، حتى يمكننا التحدث عنها على أنها "جسيمات" بالمعنى المحلي فقط (
نعني نظام الإحداثيات المحلي من وجهة نظر GR ، تقريبًا. . ). علاوة على ذلك ، يجب على المرء أن ينظر بصدق في الكميات التي يمكن ملاحظتها ، مثل موتر زخم العزم.
كان افتراض ظهور أزواج على مسافة معينة من أفق الحدث ضروريًا لحل اللغز الذي حير الفيزيائيون في 70-80. درجة حرارة الإشعاع للثقب الأسود منخفضة جدًا عند النظر إليها من مسافة بعيدة. ولكن لكي يفلت هذا الإشعاع من جاذبية الثقب الأسود ، يجب أن يمتلك طاقة هائلة في البداية بالقرب من الأفق. ثم يتحول مراقب يسقط في ثقب أسود إلى رماد ، ويمر عبر منطقة بهذه الطاقة. وهذا بدوره ينتهك
مبدأ التكافؤ ، والذي بموجبه يجب على المراقب الذي يسقط في الثقب الأسود ألا يلاحظ أي شيء غير عادي عند عبور الأفق.
لحل هذه المشكلة ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار أنه لا يمكن اعتبار الإشعاع قادمًا من الأفق نفسه. إذا حسبنا بصدق
موتر زخم الطاقة بالقرب من الأفق ، فقد اتضح أنه صغير بما فيه الكفاية ويبقى كذلك عند عبور الأفق. في الواقع ، إنه صغير جدًا بحيث يمكن للمراقب الساقط أن يلاحظ الفرق مع المساحة المسطحة فقط على مسافات مماثلة لنصف قطر الثقب الأسود (وهو أيضًا حجم انحناء الزمكان). ثم يتقارب كل شيء ، ولا ينشأ أي انتهاك لمبدأ التكافؤ.
[أعرف أن كل هذا يبدو وكأنه
مشكلة جدار الحماية التي ناقشتها سابقًا ، ولكن هذا تأثير مختلف قليلاً.
(ملاحظة: تنشأ مشكلة جدار الحماية إذا أخذنا في الاعتبار التشابك بين الجسيمات المنبعثة والجسيم الذي سقط في الثقب الأسود. ولإرضاء مبادئ ميكانيكا الكم ، يجب تدمير هذه الارتباطات. عندما يتم تدمير الارتباطات ، يتم إطلاق طاقة ضخمة تخلق "جدار نار" في الأفق.) هذا يسبب مشاكل مختلفة عند الحوسبة بالقرب من الأفق. يمكن انتقاد فكرة جدار الحماية على أساس أن موتر زخم الطاقة لم يتم حسابه في
المقالة الأصلية حول جدار الحماية . على عكس
الآخرين ، لا أعتقد أن المشكلة هي هذه.]
السبب الحقيقي ، مدعومًا بالحسابات ، هو أن الجسيمات تنبعث من الثقوب السوداء لأن مفهوم الجسيم يختلف باختلاف المراقبين.
لقد اعتدنا على حقيقة أن الجسيم موجود إما معنا أو غير موجود. ومع ذلك ، هذا صحيح فقط طالما أننا نتحرك بشكل موحد بالنسبة لبعضنا البعض. إذا تسارع المراقب (نحن) ، يتغير تعريف الجسيم بالنسبة له. ما يشبه الفراغ الفارغ للمراقب ذي الحركة المنتظمة يمتلئ بالجسيمات أثناء التسارع. تم تسمية
هذا التأثير بعد
بيل أونرو ، الذي اقترحه في وقت واحد تقريبًا مع فرضية هوكينج لإشعاع الثقب الأسود. التأثير نفسه صغير جدًا بالنسبة إلى تسارعنا المعتاد ، ولا نلاحظه أبدًا.
يرتبط تأثير Unruh ارتباطًا وثيقًا بتأثير تبخر الثقب الأسود في Hawking. عندما تنشأ ثقوب سوداء ، فإن انهيار المادة في ثقب أسود يخلق زمانًا ديناميكيًا ، مما يؤدي إلى التسارع بين المراقبين في الماضي وفي المستقبل. ونتيجة لذلك ، تمتلئ الزمكان حول المادة المنهارة ، التي لم تحتوي على جزيئات قبل ظهور الثقب الأسود ، بالإشعاع الحراري في المراحل المتأخرة من الانهيار. أي أن إشعاع هوكينغ هو نفس الفراغ الذي أحاط في الأصل بالمادة المنهارة (
تقريبًا تمامًا كما هو الحال في تأثير Unruh ، يتم ملء الفراغ بالإشعاع عندما يتسارع المراقب ).
هذا هو مصدر إشعاع الثقب الأسود: يعتمد تعريف الجسيم على الراصد. ليست بهذه البساطة صورة هوكينج ، ولكنها أكثر دقة.
أصبحت صورة هوكينج لأزواج الجسيمات المضادة للجسيمات في الأفق شائعة بشكل مثير للدهشة لدرجة أن بعض الفيزيائيين يعتقدون الآن أن هذا هو ما يحدث بالضبط (
ملحوظة. لكل ما
نشرته سابينا ، اعتقدت بنفسي ذلك للعار ). حقيقة أن التحول الأزرق للإشعاع عند النظر في انتشاره في الوقت المناسب من اللانهاية إلى الأفق يعطي الكثير من الطاقة في الأفق قد ضاع في الأدبيات. لسوء الحظ ، فإن سوء فهم العلاقة بين تدفق جسيمات هوكينج بعيدًا عن BH وقرب أفق الحدث يؤدي إلى استنتاج غير صحيح أن هذا التدفق أقوى بكثير مما هو عليه في الواقع. على سبيل المثال ،
قاد هذا
مرسيني-هوتون إلى أخطاء في اشتقاق الأدلة على عدم وجود ثقوب سوداء على الإطلاق.
(
ملاحظة. علاوة على ذلك ، تم اختصار المقالة لإمكانية قراءتها ، ويناقش المنشور الأصلي كتاب "الإجراء المخيف عن بعد" وحسابات حيث يتم حساب المسافة الدقيقة التي ينشأ عندها إشعاع هوكينج - إلى العديد من نصف قطر BH - ويناقش مصدر التأثير بالتفصيل )
إذا علمني كتاب هوكينج شيئًا واحدًا ، فهو أن الاستعارات البصرية اللزجة يمكن أن تكون لعنة بقدر ما هي نعمة.
