إذا كنت تظن بأن الثقوب السوداء غريبة إذاً الثقوب البيضاء ستفجر لك عقلك

تاريخ النشر : 13/08/2019 التعليقات :0 الاعجابات :0 المشاهدات :358

black holeالملخص: قال الفيزيائي كارلو روفيللي بأن الثقوب السوداء كانت بيضاء في الانعكاس، مادةً يُقذف بها وهي من الممكن أن تعطينا أول لمحة عن مصدر الكمومية للزمكان. اذا كنا نستطيع أن نحدد نقطة الثقب السوداء إلى بيضاء ستكون أول لمحة للجاذبية الكمية في العمل.

لا تثق أبداً في كتب الدراسة حتى تلك التي كُتبت عن طريق أعظم العلماء. في إحتفاله  بمجلد الجاذبية وعلم الكون عام 1972 أطلق الحائز على حائزة نوبل العالم ستيفن واينبرج على وجود الثقوب السوداء ” افتراضياً جداً” وكتب ذلك ” لايوجد هناك (ثقب أسود) في مجال الجاذبية في أي كائن معروف في الكون”. لقد كان مخطئاً تماماً. قد قام علم الفلك الراديوي بالكشف عن إشارات من مادة تسقط للثقوب السوداء لعقود بدون تحقق. اليوم نحن لدينا الكثير من الادلة التي تشير بأن السماء تزخر معها.

قد تكون نفس هذه  القصة تتكرر مع الثقوب البيضاء والتي بشكل أساسي هي ثقوب سوداء في الانعكاس. في كتاب دراسي مشهور آخر النظرية النسبية الرائدة في العالم كتب بوب ولد ” ليس هناك سبب للاعتقاد بأن أي منطقة بالفضاء تنسجم معها ” الثقوب البيضاء ولازال هذا الرأي المهيمن اليوم. ولكن مجموعة عدة بحوث حول العالم بالإضافة إلى مجموعتي في مرسيليا قمنا مؤخراً بالبدء بالتحقق بالاحتمالات بأن ميكانيكا الكم تستطيع أن تفتح قناة لهذه الثقوب البيضاء لتتشكل. ومن الممكن أن السماء تزخر بالثقوب البيضاء أيضاَ. السبب بالاشتباه بالثقوب البيضاء بأنها موجودة لانها من الممكن أن تحل أي سر مفتوح : مايذهب إلى مركز الثقوب السوداء. نحن نرى كمية عظيمة من هذه المسألة المتصاعدة حول الثقوب البيضاء وبعدها سقوطها فيها. كل هذه مسألة السقوط تقاطع السطح لهذا الثقب ” الافق” أو نقطة اللارجوع وتنهار اتجاه المنتصف و بعدها ؟ لا أحد يعلم.

أفضل شرح حالياً للجاذبية نظرية أينشتاين بشأن النسبية العامة متوقعين بأن المادة المتساقطة تنتهي بالتركيز على نقطة مركزية واحدة من الكثافة اللانهائية يُطلق عليها الانفرادية. هذا مثال من نهاية الواقع، والنقطة أين الوقت نفسه يتوقف و كل شيء يتلاشى إلى العدم. ولكن هذا التوقع ليس جدير بالثقة لإن مركزية الثقب هو خارج النطاق من نظرية اينشتاين العظيمة. الآن الجاذبية هي قوية والتي تأثيرات الكمية لايمكنها بعد الآن أن تكون مهملة. لفهم ماذا يحدث نحن نحتاج نظرية كمية للجاذبية.

النظرية الكمية لديها طبيعة لحل المشاكل من هذه النوع. في بداية القرن العشرين قامت نظرية تقليدية توقعت أن الطاقة لدوران الالكترون حول النواة ستقوم بدوامة للاسفل إلى مالا نهاية. النظرية الكمية وضحت لماذا هذا لايحدث : انها تمنع عن طريق المصطادة للطاقة. هذه الطاقة للالكترون تستطيع التغيير فقط عن طريق كمية محددة و لديها مستوى سفلي محدد.

التأثيرات الكمية تستطيع بالمثل منع  كثافة لامحدودة من التشكل في المركز للثقوب السوداء. في هذه الحالة انه الإنفصال من الزمكان نفسه مُتنبأ من نظريات الكمية للجاذبية مثل الجاذبية الكمومية الحلقية ( والتي أعمل عليها) وهكذا تعمل الخدعه. ليس هناك النقاط الصغيرة اللامحدودية حيث الكثافة تستطيع أن تكون لامحدودة : الفضاء تكون من الوحدات الفردية أو الكميات التي هي صغيرة ولكن محدودة. سقوط الشيء يستطيع الضغط في الحالة فائقة الكثافة يطلق عليها نجمة بلانك ولكن ليس هناك المزيد. و بعدها؟ المسألة تستطيع فعل ماهي هذه المسألة مايشيع في نهاية الانخفاض : الارتداد.

لاتستطيع أن تقفز ضمن الثقب الأسود، في حين الأشياء فقط تستطيع التحرك نزولاً. ولكن هنا السحر: الجاذبية الكمومية تسمح لعلم هندسة الزمكان كله من الثقب الأسود للقفز وتلك هي، لإكمال عبر مركزية نقطة الثقب الأسود إلى الإنفصال ومنطقة جديدة من الزمكان، حيث ليست فقط هذه مسألة ولكن أيضاً الزمكان كله يرتد. الكرة التي تقفز للأعلى تتبعها مسار والذي يشبه فيلم من المتوقع سقوطها إلى الوراء. الثقب الأبيض مثل الفيلم المتوقع سقوطه إلى الوراء للثقب الأسود. فمن خارج النطاق ليس هناك فرق كبير: لديه فقط مثل الثقب الأسود، إذاً الأشياء تنجذب عن طريقها و تستطيع الدوران حولها. ولكن بينما الثقب الأسود محاط من خلال الأفق والتي من المحتمل تدخل ولكن لا تخرج ، والثقب الأبيض محاط من خلال الأفق والتي من المحتمل أن تخرج ولكن لا تدخل.

♦الداخل إلى الخارج:

نظرياّ إحتمالية الثقوب البيضاء فقط تنبؤياً عن النسبية العامة. هي حلول دقيقة لمعادلات النظرية. ولكن منذ فترة طويلة يُنظر إليها كالمجاملات الرياضية والتي لاتمثل أي شيء واقعي، على وجه التحديد كما كانت الثقوب السوداء في الماضي لإنه كان يصعب رؤية كيف يمكنها أن تنشأ. ومع ذلك في وقت مبكر في عام 1930 رأى الفيزيائي الايرلندي جون ليتون سينج بأن تعديل الحد الأدنى في حل المعادلات للنسبية العامة من الممكن أن تسمح الاحتمالات بأن علم الهندسة الداخلية للثقب الأسود ممكن إكماله إلى ثقب أبيض. ميكانيكا الكم يمكن أن تسمح بمثل هذا التعديل.

أين ترغب ابنة الثقب الأبيض أن تُحدد؟ تريد أن تكون بعيده و مرتبطة بالثقب أو في كون آخر؟ لا نحن لا نحتاج تكهنات غريبة. ستكون موجودة بنفس المكان الذي كانت به الثقب الأسود، فقط في المستقبل. لإن المرونة الغريبة للزمكان كما فُهمت مع نظرية اينشتاين، ” على الجانب الآخر من المركز” من الممكن ببساطة أن تكون بالمستقبل في الثقب. هذا صعب للتصور ولكن النتيجة بسيطة : في بداية الجزء لحياة الثقب كان أسود والأشياء سقطت: ولكن أثناء ثانية بعد الانتقال الكمي هي بيضاء و الاشياء تقفز للخارج.

ليحدث هذا يتوجب أن تكون هناك لحظة بحيث الافق يتحول من كونه من الثقب الأسود إلى كونه أنه من الثقب الأبيض. مجدداً هنا هي نظرية كمية بأن السماح لهذا بأن يحدث، الشكر للظاهرة المعروفة المُعرفة بالنفق الكمومي. هذا انتهاك موجز  لهذا المعيار و معادلة تقليدية للفيزياء والتي يمكن حدوثها مع إحتمال منخفض و حتى أين الواحد أراد أن لايتوقع الظواهر الكمومية. النفق هو مايعطي الصعود على سبيل المثال النشاط الأشعاعي النووي. الجسميات المحاصرة داخل النواة الذرية ترغب بأن لاتكون قادرة للهرب طبقاً للمكانيكا الكلاسيكية ولكن النظرية الكمية تسمح لها إلى ” أدنى النفق” التقييد الكمومي الذي يعتني بها و هكذا تشع خارج النواة.

النفق يأخذ وقته. مواد النشاط الاشعاعي تبقى شبه مستقرة لمدة آلاف السنين. متشابهاً فالثقوب السوداء لديها عمر طويل. إذا كٌنا سنؤمن بالنظرية الكلاسيكية الثقب الأسود ستكون أبدية. ستيفن هوكينج أظهر بأن النظرية الكمية تدل بأن الثقوب السوداء تتبخر ببطء وتتقلص. بينما هي تتقلص إحتمالية بأنهم نفق إلى الثقب الأبيض تزداد. عند نقطة ما، فإنه يحدث. و مرة أخرى الأمر المهم هو علم هندسة الزمكان نفسه هذا هو الشيء الذي يتم حفر الأنفاق. بدلاً من التطور طبقاً لمعادلة النسبية العامة الكلاسيكية، إنها فجأة أنفاق من أفق ثقب أسود إلى أبيض.

هناك الجانب الحائر من الصورة. نحن نرى الثقوب السوداء التي هي ملايين السنيين وبالتالي منذ وقت طويل هي بحاجة إلى ثقب أسود كبير لشق نفق إلى الثقب الأبيض. ولكن الأشياء تسقط إلى الثقب تصل المنتصف بسهوله في مسألة الثانية. من الممكن أن تكون بسرعة متساوية لتقفز خارجاً مرة أخرى. كيف تستطيع الأشياء بعدها تجد لنفسها المخرج الثقب الأبيض قريباً جداً، فحين تشكيل الثقب الأبيض يأخذ وقتاً طويلاً؟

الجواب هو ساحر. الوقت مرن بشكل لايصدق في النسبية العامة. نحن نعلم أنها تمر بسهولة أكثر في مستوى سطح البحر – قريباً لمركز الأرض بعدها على الجبال. تقترب من نجوم ضخمة أو ثقب أسود فإنها تبطئ بشكل أكثر. و هذا يحل الحيرة : وقتاً قصير داخل الثقب يستطيع تطابق الوقت الخارجي الطويل جداً. مُشاهد من الخارج للتطور الخارجي للثقب يظهر كقفزة ولكن في حركة بطيئة جداً. الثقب الذي نراه في السماء ممكن ببساطة يكون الأشياء التي تهدم و تقفز للتراجع و مُدرك من قبلنا من الخارج بحركة بطيئة مبالغة فيها.

إضافة من هذا السيناريو هو أن تحل مفارقة المعلومة المشهور للثقب الأسود- نحن نتوقع المعلومة لا يمكن أن تكون ضائعة كلياً في الطبيعة ولكنها ضائعة لو كان الوقت يأتي لنهاية داخل الثقب الأسود. الحل بسيط : إذا أي شيء إنتهى قفز للخارج، المعلومة هي مستردة. على وجه الدقة مفارقة المعلومات أكثر دهاء قليلاً من هذا. انها تنبع من معتقد واسع الإنتشار بأن المساحة من حدود الأفق عدد تكوينات الاحتمالات مختلفة من أي كان داخل الثقب. إذا كان عدد قليلاً جداً من التكوينات متاح و السمات المميزة من الأشياء في السقوط ضائعة و هكذا هي المعلومات.

ولكن أنا مقتنع بأن هذا المعتقد هو خطأ. انه محير الرقم من التكوينات المميزة من الخارج والتي تحكم السلوك الخارجي للثقب، مع العدد الأكبر من التكونيات الداخلية المميزة من الداخل والتي تزيد حتى عندما تقلص الأفق. داخل الثقب الأسود ممكن أن يكون كبير حتى إذا أفقه هو صغير- مثل الزجاجة من الممكن أن تكون كبيرة حتى إذا كان عنقها صغير و تستطيع أن تشمل كمية كبيرة جداً من المعلومات بعدها تتحرر عن طريق الثقب الأبيض.

كل هذا يعطينا سيناريو جذاب  لتطور الحياة الكاملة للثقب الأسود. في داخل للثقب الأسود ليس هناك تفرد، ليس هناك أين الزمكان ينتهي و يُرى من الخارج الثقب الأسود ليس أبدي. بدلاً من ذلك في وقت ما يتحول الثقب الأسود لأبيض و أي كان يسقط في داخله يهرب. هذا السيناريو نظرياً جميل. هل يوحي بأن السماء بالحقيقة مليئة بالثقوب البيضاء؟ و إذا كان كذلك هل نستطيع رؤيتها؟

الجواب يعتمد على الأشياء والتي نحن لم نفهمها بعد بشكل كافي. أكثر الثقوب السوداء التي نراها في السماء تشكلت عن طريق انهيار النجم. هناك مسبقاً شُق نفق صغير وكبير جداً في الثقوب البيضاء- الثقوب الكبيرة تعيش أطول. لكن من المحتمل بأن أصغر الثقوب السوداء تشكلت في البيئة الشرسة لبداية الكون قريباً بعد الإنفجار العظيم. هذه الثقوب السوداء البدائية ممكن أن تكون مسبقا شقت نفقاً في الثقوب البيضاء أو ممكن أنها شقت نفقاً اليوم. ولكن نحن لسنا متأكدين عن هذا العدد وهذا يجعل التنبؤات عن الثقوب البيضاء الحالية غير مؤكدة.

مصدر آخر لعدم تيقننا هو حياة الثقب الأسود. حسابات مفصلة قد حاولت إستخدام الجاذبية الكمومية الحلقية، ولكن هم إعتمدوا على التقديرات التقريبية و ليس قاطعاً بعد. لازال لدينا ربط ثابت جداً بين أعلى ” طويل” عمراً و محصور من قبل وقت تبخر هويكنج وأدنى ” قصير” عمراً مطلوب من البداية لظواهر الكمومية. هذا يسمح لنا لرسم بعض الاستنتاجات الأولية. في العمر الطويل فقط الثقوب البدائية الصغيرة مسبقاً تحولت إلى بيضاء. هذا يعني بأن أكثر الثقوب البيضاء مؤخراً بالسماء يجب أن تكون الحد الأدنى للحجم. أدنى ثقب أبيض حجماً هو بلانك أي حول الميكروجرام أو الوزن لنصف الأنش لجديلة واحده من شعر الإنسان.

هذا الاحتمال مثير للفضول لإن الثقوب البيضاء لهذه الحجم من الممكن أن تكون مستقره نسبياً و يستطيعون أن يكونوا مكون للمسألة الظالمة الغامضة التي علماء الفلك لديهم ( بشكل غير مباشر) اكتشف في السماء. معظم الفرضيات الآخرى في الطبيعة لمسألة الظلام تعديلات الطب للقوانين الراسخة للفيزياء. على سبيل المثال هم يعتمدون على نظريات تتنبأ كينونة جديدة يطلق عليها جسيمات تناظر فائق. ولكن الاخفاقات للكشف مثل هذه الجسيمات اثارت أسئلة عن هذه النظريات. الاحتمالات بان مسألة الظلام بدلاً من التكون للثقوب السوداء الصغيرة لاتتطلب أي شيء أكثر من الفيزياء المنشأ أي النسبية العامة و نظرية الكمية و ليست تستبعد من قبل أي ملاحظة. إذا هذا صحيح نحن لدينا مسبقاً ملاحظة الثقوب البيضاء: فهي المسألة المظلمة!

إشارات عنيفة

بدلاً من ذلك إذا كانت حياة الثقب الأسود قصيرة، الثقوب السوداء البدائية تشق نفقاً اليوم يجب أن تكون لديها الكتلة للكوكب الصغير وممكن أن تكون إنفجار عنيف وتحولت أكثر كتلهم إلى الإشعاعات المنبعثة. هذا الحدث يجب أن يرسلنا أشعة كونية نشطة جداً وقصيرة والإشارات العنيفة في الموجه الصغيرة ( الميكرويف) أو نطاق الراديو. إن هذه الأخيرة مثيرة للإهتمام بخاصة لإن إشارة مشابهة لديها مسبقاً الكشف : غموض تدفق راديو سريع مؤخراً لُحظ من قبل تلسكوبات الراديو. مجدداً من الممكن أن نكون مسبقاً رأينا الثقوب البيضاء.

نحن لا نستطيع أن نؤكد بأن هذه الإشارات هي بالفعل من الثقوب البيضاء فقط مع بعض الإكتشافات – المصادر الأخرى محتملة. ولكن هذه صحة التوقع سننظر إليها إلى عبر عينة كبيرة: سطح الإنزياح نحو الأحمر. إشارات انبعثت من بعيد و بالتالي الثقوب البيضاء الاصغر يجب أن تنتج طول موجة أقصر من القريبة الاكبر سناً. هذا شيء من الممكن أن يكون قادرة لتحديد في أشعة كونية فائقة الطاقة أو تدفق راديوي سريع لحظة مانحصل على بيانات كافية. إذا فعلنا ذلك ستكون لدينا بعض الأدلة على وجود الثقوب البيضاء.

إيجاد دليل للثقوب البيضاء في السماء سيكون خطوة جميلة للإمام في فهمنا للكون. من الممكن أن تمثل أول ملاحظة مباشر للجاذبية الكمية في العمل و تفتح الشباك على أعظم مشكلة في الفيزياء الأساسية، المشكلة في فهم النواحي الكمية للزمكان. أُنهي بذكر  فكرة واحدة أخيرة جداً تأملية. الكون الخاص بنا من الممكن أن لا يكون ولدَ في الإنفجار العظيم : من الممكن أن يكون أرتد من مرحلة الإنهيار الاسبق. هذا الاحتمال يسمح في الجاذبية الكمية الحلقية وأطرأ النظري الأخر. ميكانيكا الكم للارتداد الكوني متشابهه للارتداد الثقب الأسود إلى الأبيض. الثقب الأبيض البلانك اليوم في مسألة الظلام من الممكن أنها تشكلت قبل الارتداد. إذاً كذلك علم الهندسة للزمكان في الارتداد لم تكن متجانسه كاقتراح علم الكونيات التقليدي ولكن بدلاً تكومت جداً لإن كل ثقب أبيض هو مثل ارتفاع طويل في الهندسه للزمكان.

الحقيقة من الممكن أن تكون ذات صلة للغز من سهم الزمن والسؤال لماذا الوقت يذهب فقط في اتجاه واحد. سهم الزمن من الممكن أن لا يسبب بالحلول الأولية للكون كونه ” خاص” ( هذه هي، إنتروبيا المنخفضة) كما في الاعتقاد الشائع. بدلاً من ذلك من الممكن أن تكون ظاهرة منظورة مرتبطة في مراقبين موقعنا ” الخاص” جداّ: نحن خارج كل الثقوب. الثقوب البيضاء منطقية ولو أن أكثرها لم تُكتشف تماماَ، احتمالياً. نحن بعد لنعرف وحدة ولكن ثَم نحن لم نتعرف على الثقوب السوداء لوقت طويل أيضاً.

المترجمة : شعاع القاضي

المراجع :خالد سعود الصالحي

تويتر :khalooodeeee@

مصدر المقالة :

newscientist


شاركنا رأيك طباعة