پاکدشت 24

تخیل کنید فردی به اتاقی رفته و در آنجا بردگی می‌شود، نماینده به نگرش رخداد می‌رسد و ملتفت حجره می‌شود ولی در عوض آنکه اثری از آن فرد پیدا کند، مقداری آجر، دستگاه قهوه ساز، فرهنگ لغت خواه هر مجموعه‌ی ناگهانی دیگری از اشیا را پیدا می‌کند که وزن ترکیبی آنها موافق با کمیت آن فرد است؛ ولی هیچ جای پا و نشانی دیگری از وجود آن بی تا ندارند. کسی نمی‌تواند هویت و یا چگونگی مکنون شدن او را بفهمد، این اتحاد هر وهله که شخصی وارد یکی از این اتاق‌ها می‌شود تکرار شده و آنها با پشت سر گذاشتن مجموعه تصادفی از اشیا عاری هیچ سرنخ و به سادگی از بین می‌روند.۱. چه پهلو سر اطلاعات می‌آید

هر آنچه سیاهچاله بلعیده اطلاعاتی کوانتومی‌بوسیله همراه داشته است، اما در گرما هیچگاه اطلاعاتی وجود ندارد

واقعی ترین قوانین فیزیک کوانتوم بوسیله ما می‌گویند که اطلاعات کوانتومی‌هرگز از بین نمی‌روند؛ ولی این دقیقا همان اتفاقی است که داخل سیاهچاله می‌افتد. مولود‌ی اجتناب ناپذیر چندین قانون اساسی فیزیک این است که باید گرما از سیاهچاله به فضا منتشر شود، که این حکم بوسیله نوبه خود باعث کوچک شدن سیاهچاله خواهد شد و با آزاد شدن گرمای بیشتر در گذر زمان، سیاهچاله درون نهایت ناپدید شده و چیزی سوا گرما تعاقب سر نمی‌گذارد.

آیا مفروضات کوانتومی‌مخفی شده است؟ یکی از قوانین عمده فیزیک بوسیله ما می‌گوید که ممکن ازاله! آیا اطلاعات کوانتومی‌از سیاهچاله بیرون شده است؟ قانون عمده دیگری می‌گوید این نیز ممکن نیست! پس چه شده است و کدام یک از این قوانین دروغ می‌گویند؟ آیا این راز حل نشده هر آنچه از فیزیک آموخته ایم را به چالش می‌کشد؟۲. نسبیت و جاذبه‌ی بی نهایت

درون سال ۱۹۱۵ آلبرت انیشتین عملی نسبیت اختصاصی خویشتن را با نگاشتن مطابقت‌‌‌ای که شامل قوانین جاذبه است و امروزه آن را معادله انیشتین می‌نامیم، طولانی کرد. در عرض چند ماه،کارل شوارتزشیلد فیزیکدان آلمانی اولین رویه حل دقیق معادله اینشتین را واضح کرد، اگرچه درک کامل آن برای فیزیکدانان چند دهه بوسیله طول کشید. شوارتزشیلد متوجه شد که پیاده شدن طبق نظریه نسبیت عام انشتین تو مناطق خاصی از فضا/زمان جایی می‌تواند حیات داشته باشد که وقتی چیزی ملتفت آن شود هرگز نمی‌تواند از آن فرار کند، حتی پرتو. محدودیت جالب دوم شوارتزشیلد این بود که هر چه بیشتر به مرکز یک سیاهچاله نزدیک شویم، نیروی جاذبه‌ی سیاهچاله قویتر و قویتر می‌شود تا تو مرکز آن بوسیله درجه‌‌‌ای نامحدود برسد؛ این پدیده همان چیزی است که تکینگی نامیده می‌شود و جایی است که تمایل داریم تئوری نسبیت از هم پاشیده و در پیش بینی آنچه اتفاق افتاده کاملاً بی فایده شود. هر چیزی که درون تله سیاهچاله بازداشت شود محکوم است تا در نهایت به تکینگی برسد.۳. کشف آنچه فیزیک پیش بینی کرده بود

گام بزرگ بعدی درون درک ما از سیاهچاله‌ها درون سال ۱۹۳۸ توسط یک فیزیکدان هندی فراموش شده به صیت B. Datt و یک سال بعد به طور رها توسط J. Robert Openheimer و Hartland Snyder برداشته شد. دات و (اوپنهایمر-اسنایدر) مدال دادند که سیاهچاله‌ها فقط تئوری‌های فیزیکی نیستند، بلکه می‌توانند اجسامی‌کاملاً واقعی و محصولی از فرآیندهای طبیعی گیتی باشند، که در اعماق فضا منتظرند تا تلسکوپ‌ها آن‌ها را کشف کنند. امروزه می‌دانیم که چنانچه مقدار مشخصی از ماده را تو فضای کافی و به مقدار کافی! فشرده کنیم، ناگزیر منجر بوسیله تشکیل سیاهچاله خواهد شد. این همان چیزی است که برای هسته‌ی یک ستاره‌ی پرتلاطم که دیگر نمی‌تواند همجوشی هسته‌‌‌ای انجام داده و زیر وزن خود متلاشی می‌شود اتفاق می‌افتد، و در نهایت به سیاهچاله تبدیل می‌شود. دات و(اوپنهایمر-اسنایدر) نشان دادند که سیاهچاله‌ها باید وجود داشته باشند، و تو تقلا برای کشف توسط تلسکوپ‌های ما، تا سال ۲۰۲۰ صدها مورد از آن‌ها را مشاهده کرده ایم؛ فیزیکدانان نجومی‌تخمین می‌زنند که فقط در کهکشان وضع شیری ۱۰ میلیون تا یک میلیارد سیاهچاله وجود داشته باشد.۴. قضیه‌ی عاری تاک

دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ را عصر طلایی نسبیت عام می‌نامند؛ در این زمان فیزیکدانان گام‌های شکوه درون این بنیاد برداشتند، بوسیله عنوان شهید فهمیدند که سیاهچاله‌ها انواع مختلفی دارند؛ سیاهچاله‌های چرخشی و غیر چرخشی، سیاهچاله‌هایی با شارژ الکترومغناطیس و سیاهچاله‌هایی با ترکیبی از ویژگی‌ها. در همین زمان فیزیکدانان چیزی را مدلل کردند که قضیه "عاری تاک" نامیده می‌شود. بنابر مسئله‌ی بدون تاک اگر دو سیاهچاله جرم، بار الکترومغناطیسی و لول زاویه‌‌‌ای یکسانی داشته باشند (حرکت چرخشی آن‌ها)، اقدام آن‌ها کاملاً یکسان خواهد وجود. به عبارت دیگر، چنانچه یک سیاهچاله را مشاهده می‌کنید و این سه قطع را در مورد آن به دست بیاورید، جزئیات دیگری وجود ندارد که امیدوار باشید داخل تک آن سیاهچاله بوسیله دست بیاورید. شهرت این روند ایما‌‌‌ای از سر طاس است؛ بدون مو یعنی چیز زیادی وجود ندارد که بتوان آنها را از غم جدا کرد. به بیان دیگر نمی‌توانیم اطلاعاتی در مورد چیزهایی که به درون سیاهچاله می‌افتند به دست بیاوریم بجز کمک آنها درون افزایش جرم، وهله و لول زاویه‌‌‌ای سیاهچاله.۵. دو نکته از تئوری کوانتوم

با جهشی که دانش از فضا، زمان و گرانش در نصف اول صد بیستم پیدا کرد، درک انسان از ماده بوسیله همچنین بوسیله لباس عریض‌‌‌ای اضافه یافت. فیزیکدانان آموختند که تئوری کوانتوم می‌تواند خواص همگی‌ی مواد و فعل و انفعالات آن‌ها را توصیف کند، و این فعل و انفعالات بوسیله واسطه‌ی نیروی گرایش متناسب ردیابی است. برای امتداد‌ی بحث لازم است دو نکته را تو تک تئوری کوانتوم داخل ذهن داشته باشیم:

اول اینکه هر پیکر فیزیکی، یک الکترون، یک اتومبیل، ماه و یا هر چیز دیگری را می‌نبوغ با یک معادله‌ی ریاضی در یک زمان ویژه توصیف کرد. نظریه کوانتوم یک نظریه احتمالی است؛ تمام پیش بینی‌های آن از نظر احتمالات است و نمی‌تواند بوسیله ما بگوید که دقیقاً یک الکترون در کجای یک آزمایش یافت می‌شود، اما در عوض می‌گوید که احتمال یافتن آن درون یک مکان فاش چقدر خواهد بود. معادله‌ی ریاضی که محتوی نهر همگی این احتمالات است، و همه‌ی حالت‌های مقدور شی را داخل خود جای می‌دهد؛ یعنی مجموعه‌‌‌ای از احتمالات برای همگی آزمایش‌های احتمالی که می‌استعداد در یک زمان خاص روی جسم انجام داد، داخل سطحی نامتعارف از علم راحتی می‌گیرد؛ این بصیرت معلومات کوانتومی‌نامیده می‌شود.

دوم اینکه چنانچه وضعیت یک شی را داخل یک برهه از زمان بدانیم، می‌توانیم وضعیت آن را درون یک خال زمان دیگر از آینده پیش بینی کنیم و نیز بفهمیم که وضعیت آن شی در هر نقطه از گذشته‌ی خود چگونه بوده است. بوسیله بیان دیگر داده‌ها کوانتومی‌هرگز از بین نمی‌رود و متصل آینده به خشکی امدن زمینه آن شکل می‌گیرد.۶. پارادوکس از دست دادن مفروضات سیاهچاله

در اواخر دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، فیزیکدانانی که بر روی نسبیت عام فقره می‌کردند نخست بوسیله خیساندن آن و نظری کوانتوم درون مطالعات خود کردند. از میان بسیاری از سوالات بوسیله بود آمده یکی از پا بر جا ترین سوالات پیش بینی تئوری کوانتوم داخل مورد سیاهچاله‌ها بود.

استیون‌هاوکینگ اولین راه حل کاملاً کنجکاو برای این مشکل را ارائه داد، اما یافته‌های وی اجتماع‌ی دانشمندان از عموم خود او را همچنین متعجب می‌کند. مطالعات‌هاوکینگ مدال می‌دهد در فرآیندی که باعث از مشت دادن تدریجی انرژی سیاهچاله و کوچک شدن آن می‌شود، انرژی از مجاورت افق سیاهچاله و خیر خود سیاهچاله بوسیله فضا منتشر می‌شود. این پدیده که دود شدن سیاهچاله نامیده می‌شود در نهایت به مکنون شدن کامل سیاهچاله منتهی خواهد شد. این نتایج قانون دان به نظر می‌رسند اما مشکلی رادیکال وجود دارد و آن تابش انرژی، یعنی گرما است. با بررسی و اندازه گیری این تابش، فیزیکدانان فقط می‌توانند اطلاعاتی درون مورد منکر سیاهچاله، کود الکترومغناطیسی و حرکت زاویه‌‌‌ای آن داخل زمان نشر گرما به دست بیاورند؛ سه کمیتی که قضیه‌ی بدون تاک برابر آن سیاهچاله را به طور کامل برای مشاهده کننده تو خارج از آن توصیف می‌درنگ. همچنین از آنجا که تابش دقیقاً از بیرون از سیاهچاله رخ می‌دهد، بنابراین نمی‌تواند اطلاعاتی از داخل آن به همراه داشته باشد، درون مولود شورعشق حرارتی وضعیتی کاملا ناگهانی بوده و اطلاعات آن هیچگاه چیزی را پیش بینی نمی‌کند. با اینکه پهلو بنیاد قوانین نظریه کوانتوم باید یتوانیم وضعیت جسمانی را داخل گذشته بر بنیاد شرایط آن در حال حاضر استادی کنیم. ولی برای سیاهچاله‌ها حالت نهایی فقط گرما است و اطلاعاتی در تک چیزی جز جرم، وعده و لول زاویه‌‌‌ای به ما نمی‌دهد. درون واقع اطلاعات کوانتومی‌باخبر سیاهچاله می‌شوند ولی از آن داده‌ها فقط تصادفی خارج می‌شود. بوسیله این تضاد داخل بینش پارادوکس از مشت دادن اطلاعات سیاهچاله گفته می‌شود.۷. ابعاد ناشناخته از فیزیک

از زمانی که‌هاوکینگ برای بدوی بار در محاسبات خود این خراج را به دست آورد، فیزیکدانان بارها و از روش‌های مختلف محاسبات سیاهچاله را انجام داده اند ولی همواره به یک جواب رسیده اند. پارادوکس مستقیماً از همان اصول بنیادی انقیاد می‌بطی ء که کامل اصول شناخته شده‌ی دیگر فیزیک بر اساس آن لباس گرفته است، عاری هیچ نفاق دیگری. بخاطر حل تناقض دانشمندان سیاق‌های مختلف دیگری را ارائه داده اند ولی اکثر آنها یکی از اصول بنیادی دیگر فیزیک را عرشه پا می‌گذارد. فداکار دیگر معتقدند قوانین فیزیکی که تاکنون ناشناخته الباقی اند می‌تواند بوسیله حل پارادوکس سیاهچاله کمک بطی ء. ولی در چه شرایطی باید هواخواه این ابعاد ناشناخته باشیم؟ دانشمندان می‌گویند درون جایی که نیروهای جاذبه بسیار پرعضله هستند، به عنوان مثال در خلط تکینگی تو مرکز سیاهچاله، قوانین نسبیت اختصاصی شروع به شکستن می‌کنند؛ تو این وضعیت باید منتظر تئوری پیچیده دیگری باشیم به نام عملی‌ی “گرانش کوانتومی”. اگرچه هنوز بوسیله نظریه‌ی گرانش کوانتوم دست فاحش نکرده ایم و در واقع نظریه‌ی چفت آخرین مرز دانش انسان است، اما فقط می‌دانیم که چنین عملی‌‌‌ای باید بود داشته باشد.۸. سناریوی بازمانده

در تلاش برای حل پارادوکس اطلاعات کوانتوم اخیراً پیشنهادی به شهرت “سناریوی بازمانده” ارائه شده است که می‌گوید درون اواخر مراحل تبخیر، سیاهچاله آنقدر کوچک می‌شود که قوانین گرانش کوانتوم سراسر آن را تسخیر می‌کند؛ فیزیکدانان فرض می‌کنند برطبق پیش دماغ قوانین جاذبه‌ی کوانتومی‌هنگامی‌که سیاهچاله کثرت کوچک می‌شود بخار آن متوقف شده و یک سیاهچاله کوچک به نام “بازمانده” سرمد خواهد ماند. هیچ پارادوکس و تضادی با علم وجود ندارد؛ بازمانده حاوی اجسامی‌است که سیاهچاله تو کشش زندگی خود بلعیده است، و وضعیت کنونی سیاهچاله طبق تئوری کوانتوم همچنان به رمزگذاری مفروضات گذشته و آینده خویشتن ادامه می‌دهد. مطمئناً ما از فضای خارج از سیاهچاله نمی‌توانیم به این اشیا خواه اطلاعات آنها دسترسی داشته باشیم، ولی این محدودیت ما با تئوری کوانتوم مغایرتی ندارد.۹. چهار انگاره برای سرنوشت مفروضات

نخستین فرضیه در سناریوی بازمانده می‌گوید پس از در مشت گرفتن سیاهچاله توسط قوانین گرانش کوانتوم، شعله زدن‌هاوکینگ ماهیت حرارتی نخواهد داشت و در مبادله تشعشعاتی حامل کامل معلومات از دست رفته به یکباره از آن آزاد می‌شوند. یکی از ایراداتی که به این فرضیه وارد می‌شود این است که احتمالاً شخص زنده کوچکتر از آن است که معلومات اضافی را داخل خود جای دهد. طرفداران این سناریو به برخی ساختارهای هندسی پیچیده که از بیرون کوچک به نظر می‌رسند ولی حجم کافی بخاطر در اختیار داشتن داده‌ها بسیار دارند رمز می‌کنند. ما نمی‌دانیم چنین راه حل‌هایی از نظر تئوری کوانتوم متین هستند یا خیر، و نیز حتی نمی‌دانیم قوانین گرانش کوانتوم چه ماهیتی دارند.

اما ایده‌ی بعدی این است که شورعشق خراج از کرانه سیاهچاله‌ها تقریباً حرارتی است و انحرافات ناچیزی در داده‌ها تصادفی وجود دارد که داده‌ها کوانتومی‌اجسامی‌که بلعیده شده اند را رمزگذاری می‌کند. در این سناریو، داده‌ها کوانتومی‌به مشخص گمشده با شورعشق از قلب سیاهچاله بیرون میریزد. این ایده سناریوی بازمانده را الغا می‌کند زیرا که تصور پیاده شدن این است که تابش از همان ابتدا جاهل حرارتی است نه در مراحل بسیار پایانی از زندگی سیاهچاله. اما این ایده مشکلی اساسی دیگری همچنین دارد؛ روانی‌ی عدم مو؛ چطور تابشی که تو فضای بیرون از سیاهچاله شکل می‌گیرد می‌تواند معلومات درون سیاهچاله را به همراه داشته باشد؟ شاید این تابش به نوعی به داده‌ها در سیاهچاله دسترسی داشته باشد ولی حتی پرتو هم نمی‌تواند از سیاهچاله بیرون شود، چنین کاری تو فیزیک بنابر عنصر جا ممنوع شده است؛ اصلی که می‌گوید اطلاعات را نمی‌توان بین دو نقطه نقل مکان کرد مگر اینکه با نور یا هر سیگنال فیزیکی دیگری منتقل شود، و این ایده نیز عزب با عرشه پا گذاشتن یکی از اصول فیزیک برازنده تحقق است.

ایده سومی‌مطرح شده که پارسا است سیاهچاله‌ها با آنچه نسبیت عام به ما می‌گوید زیاد متفاوت هستند. موافق نظری ریسمان، با کاهش معصیت سیاهچاله‌ها اجرام کوانتومی‌مرموز تری بوسیله نام توپ فازی بوسیله حیات خواهند آمد که برضد سیاهچاله‌ها، کراتی دارای رشته‌های زیادی هستند، بنابراین شورعشق خراج از کرانه این اجرام دیگر با اطلاعات کمتر همراه نخواهد حیات. اگر از دور بوسیله یک توپ فازی نگاه کنیم نمی‌توانیم تفاوت آن را از یک سیاهچاله معمولی امتیاز بدهیم اما چنانچه واقعاً خیلی به آن نزدیک شویم آنها متجاوز متفاوت به دیدن می‌رسند. در نزدیکی سطح یک سیاهچاله‌ی بزرگ گرانش واقعاً کوفته می‌شود، ولی طبق ایده‌ی توپ فازی مسئله‌ی نسبیت عام حتی داخل این شرایط همچنین می‌شکند. فیزیکدانان عمیقاً بوسیله این نکته ایمان دارند که قوانین شناخته شده‌ی فیزیک در همه موارد شناخته شده درست ایفا می‌کنند و فیزیک ناشناخته فقط زمانی هوشیار بازی می‌شود که انرژی‌های زیاد بالایی وجود داشته باشد، مانند سناریوی بازمانده. توافق نسبیت اختصاصی در شرایطی با انرژی کمینه مانند ایده توپ فازی ما را ملزم به کنار گذاشتن این اصل می‌کند.

و درون نهایت احتمال دیگری نیز بود دارد، اما چندان محبوب نیست؛ شاید قانون پایداری اطلاعات کوانتومی‌به سادگی نادرست باشد، شاید معلومات کوانتومی‌می‌توانند ناپدید شوند و طولانی.۱۰. چه رویاهایی می‌آیند

در ۱۲۰ سال اخیر ترفیع زیادی در فیزیک داشته ایم که بوسیله سرعت توسط عملی‌های دوقلوی انقلابی نسبیت عام و کوانتوم بوسیله پیش می‌رود. این دو نظری همه چیز را می‌توانند تشریح دهند، از اقدام ذرات کوچکتر از اتم گرفته تا اصابت سیاهچاله‌ها در میلیاردها سال پیش. با این حال، کنش متقابل این دو نظریه پارادوکس از دست دادن مفروضات سیاهچاله را به وجود می‌آورد. فیزیکدانان چیزهای اضافی درون مورد گیتی آموخته اند و بسیاری از ایده‌های جذاب داخل مجاهدت برای حل این سوالات شکل گرفته شده است. این تناقض با آنکه دور از دسترس علم مانده و همچنان قابل وصف ازاله اما زمانی و با جدیت فراوان این راز همچنین برملا شده و بسیاری از زیبایی‌های ناشناخته‌ی طبیعت را بوسیله مردم مدال خواهد عدل.