على سطح الثقب الأسود

هل لديهم سطح؟ بعد كل شيء ، اعتاد الجميع على فكرة وجود ثقب أسود باعتباره تفرد لهذا الحدث مخبأة عن وجهة نظرنا من الأفق. ومع ذلك ، عند دراسة الديناميكا الحرارية للثقوب السوداء ، توصل الفيزيائيون لفترة طويلة إلى استنتاج مفاده أنهم لا يتصرفون كأجسام ثلاثية الأبعاد ، ولكن كأجسام ثنائية الأبعاد. على سبيل المثال ، يتناسب عدد مكونات الثقب الأسود كنظام ديناميكي حراري مع مربع نصف قطر أفق الحدث ، وليس مع مكعبه. ولكن هذا "التلميح الشفاف" يعزى عادةً إلى المشكلات ، مثل: أين تذهب المعلومات التي فشلت خلال أفق الحدث؟ إذا عبر واحد من جسيمين متشابكين الكم أفق الحدث ، فما هو المتشابك المتبقي؟

ومع ذلك ، فمن الممكن أن نظهر أن مثل هذا السطح مادي تمامًا ، باستخدام تأثيرات معروفة لنظرية النسبية. لذلك ، من وجهة نظر المراقب الخارجي الثابت ، لن يعبر أي كائن يسقط في ثقب أسود أفق الحدث على الإطلاق ، لأنه مع اقترابك ، سيتباطأ الوقت في الإطار المرجعي المرتبط بالكائن بالنسبة للمراقب الخارجي نظرًا لحقيقة أنه في مجال الجاذبية بالقرب من الأجسام الضخمة ، يتدفق الوقت ، حتى بالنسبة للأجسام بلا حراك ، ببطء أكثر من خارج الحقل. تزداد سرعة مثل هذا الكائن بالنسبة للمراقب الخارجي أولاً ، ثم تبطئ. عند الاقتراب من أفق الحدث ، سيتوقف وقت هذا الشيء تقريبًا ، لذلك ، من أجل التغلب على بقية الطريق من وجهة نظر مراقب خارجي ، سيحتاج إلى فترة زمنية طويلة بلا حدود.

من ناحية أخرى ، في الإطار المرجعي المرتبط بالكائن الساقط ، سيحدث كل شيء بسرعة كبيرة. ومع ذلك ، لن يكون من الممكن عبور أفق الحدث فيه ، ولكن لسبب مختلف. مع اقتراب سرعة الحركة من سرعة الضوء ، يتم تقليل المسافات في اتجاه السفر. لذلك ، عندما تتحرك على طول دائرة نصف قطرها ، فإن أفق الحدث من الأفق الكروي تقريبا سوف يتحول إلى قرص مسطح ، وستصبح أحداث حركة أفق الحدث ومركز الثقب متزامنة. لذلك ، لا يمكن أن يكون مثل هذا الكائن بين أفق الحدث والمركز في أي وقت من الأوقات. بالإضافة إلى ذلك ، من وجهة نظر هذا الكائن ، تقترب منه فتحة بسرعة تميل إلى سرعة الضوء. لذلك ، يجب أن تميل كتلته أيضًا إلى ما لا نهاية. هذا يؤدي إلى زيادة في نصف قطر أفق الحدث (نصف قطر القرص) ، وإلى "تفاقم" حلول معادلات الحركة.

بالنسبة للهواة ، تعد هذه الحجج للحالتين المتطرفتين كافية لفهم أنه في أي إطار مرجعي خارجي لا يمكن أن يكون هناك شيء داخل أفق الحدث ، ثم لا توجد مساحة ، ولا يمكن أن يكون هناك كتلة. ومع ذلك ، تثبت بدقة هذا أبعد ما يكون عن السهولة. والحقيقة هي أن المادة الحقيقية ، كقاعدة عامة ، تدخل في ثقب حقيقي ليس في دائرة نصف قطرها ولكن في دوامة. بالنسبة للمراقب الخارجي الثابت ، هذه آلية أخرى لإبطاء السقوط ، وفي الإطار المرجعي المتصل بكل شيء ، يكون كل شيء معقدًا للغاية ، لأن سيكون من الضروري إثبات أن طول اللولب لا يزيد بشكل أسرع من الانكماش النسبي لطوله. علاوة على ذلك ، تظهر هذه الدوامة بعد نقطة تقاطع أفق الحدث في مساحة غير موجودة خارج تطبيق معادلات الجاذبية.

ولكن قبل أن نثبت ، نحتاج إلى المعادلات الصحيحة. من وجهة نظر المراقب الخارجي ، فإن الثقب والجسم الذي يسقط فيه هو نظام مغلق يجب الالتزام به من أجل الحفاظ على قانون الطاقة. لذلك ، يجب أن تظل كتلة هذا النظام في الإطار المرجعي الخارجي ثابتة أثناء السقوط ، ولهذا يجب أن تظل كتلة كل جسم ثابتة. ومع ذلك ، مع تسارع الكائن ، يجب زيادة كتلته وفقًا للنظرية النسبية الخاصة. لذلك ، من الضروري التعويض عن هذه الزيادة بحقيقة أن الطاقة الكامنة في الجسم تنخفض بنفس المقدار ، وبالتالي تظل الطاقة الكلية الكلية ثابتة. ثم يجب أن تنخفض كتلة الجسم الثابت في مجال الجاذبية مع اقترابها من الجسم الضخم وعند حدود الحدث بالنسبة للمراقب الخارجي الذي يميل إلى الصفر. لذلك ، لا توجد أحداث جماعية داخل الأفق. تحتفظ مادة الحادث بالكتلة ، لكن لا يمكنها عبور هذا الأفق ، وستتم إعادة تعيين كتلة المادة غير المنقولة المتبقية من المستعر الأعظم إلى الصفر عند عبورها. اتضح أن الضوء ليس فقط ، ولكن الجاذبية أيضًا لا يمكن أن تخرج للخارج بسبب أفق الحدث ، وهو أمر منطقي ، لأنه انها (موجات الجاذبية) تنتشر أيضا في سرعة الضوء.

تشبه حياة الثقب الأسود نوعًا من النجوم الشمسية. عندما ينفد الهيدروجين من هذا النجم ، يزداد حجمه (بالنسبة للشمس ، يمكن أن يكون الحد الأقصى لنصف القطر قريبًا من مدار الأرض) ، ويقوم بتصريف قذائف الغاز ثم ينقبض في قزم أبيض. هذه الزيادة في الحجم مع انخفاض درجة الحرارة ، وبالتالي فإن القوى التي تمنع النجم من الضغط ، للوهلة الأولى ، تبدو غير طبيعية. يبدو من غير الطبيعي أيضًا ، مع زيادة نصف قطر أفق الحدث ، مثل الجرافة بالسكين ، دفع الكتلة خارج مركز النجم ، وتركيزها أمامه.

معادلات نظرية النسبية العامة (GR) هي مساواة موتر آينشتاين ، وهو عامل تفاضلي من الدرجة الثانية من موتر الانحناء في الفضاء g ، إلى موتر الطاقة الجماعية مضروب في ثابت. من حيث المبدأ ، لا يوجد شيء يمنع استبدال الكتل "الصحيحة" في هذه المعادلات مع مراعاة الطاقة الكامنة (انظر أعلاه) والتغيرات في أبعاد الفضاء (انظر أدناه) ، ولكن الشكل الحالي لموتر الطاقة الجماعية يستفز الأخطاء. على سبيل المثال ، حل المعادلات في نظام الإحداثيات الخارجي ، استبدل الكتلة من نظام الإحداثيات الداخلي (المحلي) (دون طرح الطاقة الكامنة) ، والسرعة من الخارج ، والجهد (إذا تم أخذها في الاعتبار) مرة أخرى من الداخلية. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل أن تأخذ الطاقة الكامنة في الاعتبار بشكل صحيح ، يجب على المرء أن يعرف انحناء الفضاء ، أي يجب أن تعتمد التصحيحات على مكونات موتر الطاقة الجماعية على الموتر g انحناء ، الذي ينتهك جمال المعادلات: الفضاء على اليسار هو مسألة على اليمين. ولكن هنا لا يتعلق الأمر بالجمال - سيكون الأمر صحيحًا.

تم إدخال موتر الطاقة الجماعية من الشرط ، عند الانتقال إلى أنظمة مرجعية أخرى ، يتم استيفاء قوانين الحفاظ على الطاقة والزخم والزخم الزاوي. تتبع هذه القوانين نفسها من نظرية Noether إذا كانت هناك مجموعات تناظر مقابلة في الفضاء. ومع ذلك ، في الحالة العامة للفضاء Riemannian المنحني ، هذه المجموعات التماثل غائبة. لذلك ، حاول أينشتاين و Klausifilts أن يثبتا أنه منذ فرض قيود في شكل معادلات النظرية العامة للنسبية (GR) على الفضاء ، تتحقق حالة خاصة من الفضاء المنحني حيث توجد مجموعات التناظر هذه. وهكذا ، حاولوا إثبات صحة قوانين الحفظ باستخدام المعادلات المشتقة باستخدام نفس القوانين. ولكن حتى في هذا الدليل ، كما أوضح لوجونوف في سبعينيات القرن العشرين ، حدث خطأ رياضي.

تم اكتشاف حقيقة أن كل شيء غير صحيح في معادلات النسبية العامة أكثر من مرة. نتيجة لذلك ، تم إنشاء العديد من نظريات الجاذبية البديلة ، والتي حاولوا من خلالها التغلب على أوجه القصور المحددة. ومع ذلك ، فإنهم لم يحصلوا على توزيع واسع ، ليس فقط للأغراض المادية ، ولكن أيضًا لأسباب نفسية - اجتماعية ، على غرار تلك التي تتجاوز فيها قيمة عملة البيتكوين رسملة معظم العملات المشفرة البديلة ، على الرغم من كونها تقريبًا كلها أفضل من عملات البيتكوين. إذا كان شخص ما يواجه شيئًا معقدًا جدًا وغير مفهوم وصعب التحقق منه ، فهو ، كقاعدة عامة ، لا يحاول التغلب على هذه الصعوبة ، ولكنه يتبع المسار المهزوم ، ويثق بالسلطات ، وحتى يدرك أنه مخطئ ، ويفضل أن يكون مخطئًا مع الجميع وكذلك قبل. لذلك في نظرية الثقوب السوداء ، تهيمن الأفكار التي تستند إلى الحل الأولي لمعادلات النسبية العامة ، على الرغم من كل مشاكلها وعبثياتها.

من وجهة نظر مادية ، أدت ثلاثة أخطاء إلى هذه المشاكل. أولاً ، نشأت نظرية الثقوب السوداء عن حل شوارزشيلد لمعادلات النسبية العامة للمجال الذي أوجدته النقطة المادية. هذا هو الحل الأول والأكثر طلبًا لهذه المعادلات ، وقبل اكتشاف الموجات التثاقلية ، كانت جميع التأكيدات التجريبية للنسبية العامة تقريبًا متعلقة بها. يصف بشكل جيد مجال الجاذبية للنجوم وحقل الثقوب السوداء ، باستثناء المنطقة القريبة من أفق الحدث. ومع ذلك ، هذا هو الحل لكتلة تتركز في نقطة ما. هذا النموذج التجريدي في البداية ، قبل الحل ، يفترض التفرد ، وحل المعادلات "يؤكد" وجود هذا التفرد. الخطأ هو أنه في البداية يفترض أن هناك كتلة حيث لا يمكن أن يكون.

ثانياً ، يتم استبدال الكتلة في المعادلات دون مراعاة الطاقة الكامنة.

ثالثًا ، تُعتبر مساحة الثقب الأسود بأكملها ، مع استثناء محتمل للخصوصية نفسها ، مبدئيًا وقتًا رباعي الأبعاد ، أي لا يعتبر التغيير في بعد الفضاء.

من أين أتت الفرصة لتغيير البعد؟ في النظام المرجعي المرتبط بكائن يقع على طول نصف القطر ، يتحول أفق الحدث إلى قرص. بعد أن وصلت إلى هدفها ، تظهر في مساحة ثنائية الأبعاد ، لأن جميع الأطوال بين الأجسام المادية في اتجاه الحركة تميل إلى الصفر. لذلك ، لا يمكن أن تطير من هذا القرص ، حتى لو لم تصطدم بالأمر هناك. مع هذا الانتقال ، يتم تحويل المحور المكاني "المختفي" إلى محور زمني بحيث يصبح الفضاء الخارجي خارجًا للمادة على سطح الثقب الأسود.

من المهم أن يحدث تغيير في بعد المسافة في وقت أبكر إلى حد ما من أن يصل الكائن إلى أفق الحدث. إذا حدث مثل هذا الانتقال عند الوصول إلى الأفق نفسه ، فسوف تتركز الكتلة الكاملة للثقب الأسود تقريبًا على أفق الحدث ، لكن كتلة المادة غير المتحركة في أفق الحدث من وجهة نظر المراقب الخارجي هي صفر ، أي بالنسبة للمراقب الخارجي ، فإن مثل هذا الثقب الأسود سيكون له كتلة تقريبية. هذا هو نتيجة ميل سرعة الكائن الحادث إلى سرعة الضوء. ومع ذلك ، وفقًا لنظرية النسبية الخاصة المزدوجة ، نظرًا لزوجة الفراغ المادي (التفاعل مع الجسيمات الافتراضية) ، فإن الحد الأقصى للسرعة لكائن حقيقي هو السرعة الثانية للضوء ، وهي أقل قليلاً من تلك المستخدمة في معادلات نظرية النسبية والتي تتوافق مع أفق الحدث.

وبالتالي ، هناك آلية فيزيائية "تنقذ من اللانهاية" بسبب قوى لزوجة الفراغ الجسدي وانخفاض أبعاد الفضاء. نتيجة لذلك ، تتركز كتلة الثقب الأسود على سطحها ، والذي يقع على مسافة صغيرة خارج أفق الحدث. قد تعتمد هذه المسافة على توزيع الكتل على السطح ، أي قد يكون لسطح الثقب الأسود ارتياح يؤثر على إشعاع هوكينج ، الذي يحل المشاكل المعروفة مع فقدان المعلومات والتشابك الكمومي ويتوافق مع الديناميكا الحرارية للثقوب السوداء.

يفسر مثل هذا النموذج بشكل طبيعي عدم تناسق المادة والمواد المضادة على سطح الثقب الأسود. كل ما سقط على هذا السطح من الخارج هو مادة. بالنسبة له ، يمضي الوقت في اتجاه واحد ، وهو ما يقابل اتجاه الحركة إلى المركز لمراقب خارجي "ثلاثي الأبعاد" (يشار إليه فيما يلي ، بعد الفضاء يشار إليه بعدد عدد من المحاور المماثلة المكانية). يمكن أن تتشكل الجسيمات المضادة ، التي يُعرف أنها "تتحرك" في الوقت المناسب في الاتجاه المعاكس ، بكميات صغيرة في عمليات تفاعل هذه المادة ثنائية الأبعاد. في هذه الحالة ، يمكن للجسيمات المضادة ذات الطاقات العالية بما فيه الكفاية التي يمكن تشكيلها ، على سبيل المثال ، أثناء انهيار مادة ثنائية الأبعاد في ثقب أسود ذي سطح أحادي البعد ، أن تفلت من الفضاء ذي البعدين في الفضاء ثلاثي الأبعاد المحيط.

لوصف هذا الانتقال إلى حالة ثنائية الأبعاد في معادلات النسبية العامة ، يجب أن تتحلل المعادلات المقابلة للمحور الزمني للفضاء المحيط على سطح الثقب الأسود ، أي الصف العلوي والعمود الأيسر من معادلة التنسور. لهذا ، ينبغي أن تؤخذ في الاعتبار بشكل كاف آثار نظرية النسبية المزدوجة الخاصة للنسبية في موتر الطاقة الجماعية.

نظرًا لأن انتقال مادة ما من حالة ثلاثية الأبعاد إلى حالة ثنائية الأبعاد في المنطق أعلاه مرتبط بتحقيق سرعة قريبة من سرعة الضوء ، ولكن أقل من انحناءها ، وليس مع انحناء الفضاء ، يجب أن تحدث هذه الظاهرة أيضًا ، من حيث المبدأ ، أثناء تسارع المادة خارج الثقب الأسود. علاوة على ذلك ، إذا كانت الجسيمات الأولية لها هندسة داخلية ، والتي يتم افتراضها في نظرية الأوتار الفائقة وبعض النظريات الأخرى التي تقلل من الفيزياء إلى الهندسة ، فإن الجزيئات ذات الأبعاد الثلاثة ستصبح غير قابلة للتمييز من الجسيمات ذات الهندسة ثلاثية الأبعاد ، والتي تمثل إسقاطًا لهذه الهندسة ثلاثية الأبعاد. عمودي على اتجاه الحركة. هنا نتحدث عن هندسة الجسيم في أبعاد الفضاء المحيط ، وقد يكون للجسيم نفسه أبعاد إضافية مطوية محليًا. من المعروف أن هناك مستوى طاقة يتم عنده دمج التفاعلات الكهرومغناطيسية والضعيفة في تفاعل منفرد كهربائي ، مما يؤدي إلى حقيقة أن الجسيمات التي تختلف فقط في شحنة التفاعل الضعيفة لا يمكن تمييزها. من الطبيعي أن نفترض هوية هذه التحولات ، أي أن انخفاض في البعد يرتبط اتحاد التفاعلات. بعد ذلك ، على سبيل القياس ، يمكن افتراض أنه عندما يتم الوصول إلى مستوى طاقة أعلى ، حيث يتم دمج تفاعل الضعيف الكهربائي مع القوي ، تصبح الجزيئات أحادية البعد ، وبقوة التوحيد الكبير يبقى المحور الزمني الوحيد ، أي جميع الجسيمات دون أبعاد مطوية محليا تتحول إلى كوانتا الوقت. في هذه الحالة ، ستكون الجسيمات ذات البعد الأصغر في الفضاء ذي البعد الأكبر نسبية.

الآن تخيل هذا الموقف. في الفضاء ثلاثي الأبعاد ، في المراحل الأولى من تطوره ، شهدت المادة انخفاضًا في البعد. لا يمكن أن يكون هذا فقط عند الوصول إلى سطح ثقب أسود ثلاثي الأبعاد في مساحة خارجية رباعية الأبعاد ، ولكن أيضًا ، على سبيل المثال ، عندما يتم إخراج مادة من ثقب أبيض. ثم سيكون هناك أيضًا غلبة لمادة أكثر من المادة المضادة ، إذا كان قبل تقليل البعد تحرك هذه المادة في اتجاه واحد. في هذه الحالة ، ستصبح الجسيمات ثلاثية الأبعاد نسبية في الفضاء ثلاثي الأبعاد الأولي. ومع ذلك ، بالنسبة لبعضهم البعض ، يمكنهم التحرك بسرعات منخفضة ، مما سيسمح لهم بالتكثيف في مادة باريونية ، يمكن أن يؤدي تطورها إلى ظهور علماء الفيزياء في هذه المادة.

سوف يفترض هؤلاء الفيزيائيون بطبيعة الحال أنهم في نظام إحداثي ثابت ، وأن الجسيمات ذات الهندسة ثنائية الأبعاد والأخرى أحادية البعد ستُعتبر نسبية. ستكون الجسيمات "بلا حراك" (بتعبير أدق وليس نسبيًا) في الفضاء ثلاثي الأبعاد الأصلي نسبيًا بالنسبة إليها ، لأن نسبة الوقت في الفضاء رباعي الأبعاد تتدفق بشكل أسرع من الوقت في ثلاثي الأبعاد بعدد كبير من المرات ، وبالتالي حتى مكون صغير (للمكون رباعي الأبعاد ") من وجهة نظر الفيزيائيين الموجودين فيه ، سيتم النظر إلى جزيئات "بلا حراك" في الإسقاط على محور الفضاء ثلاثي الأبعاد على أنها سرعة الضوء. في الوقت نفسه ، سيجدون أن هذه الجسيمات "بلا حراك" لا تحتوي على جسيمات مضادة متزاوجة ، وأن جميع أزواج الجسيمات المضادة للجسيمات تقضي بتشكيل هذه الجسيمات "بلا حراك" على وجه التحديد (بسبب قانون الحفاظ على الزخم في الفضاء الأولي ثلاثي الأبعاد). بالإضافة إلى ذلك ، سيجدون أن كتلة الجسيمات التي يتكون منها الفيزيائيون هي نتيجة لكسر التماثل ، لشرح ما سيتعين عليهم الخروج بحقل هيجز. بعد كل شيء ، فإنهم على الأرجح لم يأتوا بتفسير أبسط بأن هذه كتلة عادية بسبب حركة الجسيمات النسبية في الفضاء الأولي ثلاثي الأبعاد ، والذي يتم الحفاظ عليه أيضًا في الفضاء ثلاثي الأبعاد ، ولكن يبدو أنه نتيجة لكسر التناظر. هل هذا يذكرك بأي شيء؟