الثقوب السوداء هي من بين الأماكن الأكثر غموضا في الكون. المواقع التي يتم فيها تشويه نسيج المكان والزمان بشكل سيئ للغاية بحيث لا يمكن للضوء أن يهرب منها. وفقا لنظرية النسبية العامة لآينشتاين ، تكمن في مركزها التفرد ، وهو المكان الذي يتم فيه سحق كتلة العديد من النجوم إلى حجم بحجم صفر بالضبط. ومع ذلك ، فإن ورقتين فيزيائيتين حديثتين ، تم نشرهما في Dec.10 في مجلات رسائل المراجعة البدنية والمراجعة البدنية D ، على التوالي ، قد تجعل العلماء يعيدون النظر في ما نعتقد أننا نعرفه عن الثقوب السوداء. قد لا تستمر الثقوب السوداء إلى الأبد ، ومن المحتمل أننا أخطأنا في فهم طبيعتها وما تبدو عليه في المركز ، وفقًا للصحف.
حافة فيزياء أينشتاين
يعتقد الفلكيون والفيزيائيون منذ فترة طويلة أن فكرة التفرد ببساطة يجب أن تكون خاطئة. إذا كان الجسم ذو الكتلة ليس له حجم ، فعندئذ يكون له كثافة لا نهائية. وبقدر ما يلقي الباحثون حول كلمة "اللانهاية" ، فإن اللانهاية من هذا النوع لا توجد في الطبيعة. بدلاً من ذلك ، عندما تواجه اللانهاية في حالة علمية وجسدية حقيقية ، فإن ما يعنيه حقًا هو أنك دفعت الرياضيات إلى ما هو أبعد من المجال الذي تنطبق عليه. أنت بحاجة إلى رياضيات جديدة.
من السهل إعطاء مثال مألوف على ذلك. يقول قانون الجاذبية لنيوتن أن قوة جاذبية الجاذبية تتغير كما لو كانت المسافة على مسافة مربعة بين جسمين. لذا إذا أخذت كرة بعيدة عن الأرض ، فسوف تواجه وزنًا معينًا. ثم ، عندما تقربه من الأرض ، سيزداد الوزن. وبأخذ هذه المعادلة إلى أقصى الحدود ، عندما تحضر الجسم بالقرب من مركز الأرض ، ستشهد قوة لا حصر لها. لكنها لا تفعل ذلك.
بدلاً من ذلك ، عندما تقرب الجسم من سطح الأرض ، لم يعد قانون الجاذبية البسيط لنيوتن ينطبق. يجب أن تأخذ في الاعتبار التوزيع الفعلي لكتلة الأرض ، وهذا يعني أنك بحاجة إلى استخدام معادلات مختلفة وأكثر تعقيدًا تتنبأ بسلوك مختلف. وبالمثل ، بينما تتنبأ نظرية آينشتاين النسبية العامة بوجود تفرد للكثافة اللانهائية في مركز الثقوب السوداء ، فإن هذا لا يمكن أن يكون صحيحًا. في الأحجام الصغيرة جدًا ، يجب أن تدخل نظرية الجاذبية الجديدة حيز التنفيذ. لدينا اسم عام لهذه النظرية الجديدة: تسمى الجاذبية الكمية.
إن اسم الجاذبية الكمومية يعني ببساطة "الجاذبية عند أصغر المقاييس" ، لكن العبارة لا تعني نظرية محددة. ومع ذلك ، تم تقديم مقترحات نظرية محددة تصف الجاذبية كما هي في العالم الصغير. يسمى اقتراح واحد الجاذبية الكمومية حلقة.
يتم تعريف الجاذبية الكمومية للحلقة بشكل رياضي جيدًا ، وتعبر عن نسيج الزمكان كشبكة شبكات تدور ، والتي تتطور بمرور الوقت. شبكات السبين هي مجرد صيغة رياضية تصف كيفية تفاعل الجسيمات والحقول. من وجهة نظر أكثر عملية ، تتنبأ الجاذبية الكمية بالحلقة بأن الزمكان مُحدد كمياً ، مع أصغر وحدة أو قطعة ممكنة من المكان والزمان ، والتي لا يمكن بعدها تقسيم الزمان إلى مكان آخر.
حلقة الجاذبية الكمية هي نظرية رياضية صعبة قاومت صنع تنبؤات قابلة للاختبار داخل الثقوب السوداء. ومع ذلك ، فإن أبهاي أشتيكار وخافيير أولميدو في جامعة ولاية بنسلفانيا وبارامبريت سينغ في جامعة ولاية لويزيانا طبقوا الجاذبية الكمومية على مركز الثقوب السوداء. يزعمون أن النتيجة ليست فردية.
تتوقع حساباتهم أن الزمكان ينحني بقوة بالقرب من مركز الثقب الأسود. والنتيجة هي أن الزمكان يستمر في منطقة في المستقبل لها هيكل ثقب أبيض. الثقب الأبيض يشبه الثقب الأسود في الخلف ، مما يعني أنه على عكس الثقب الأسود ، الذي يسحب المادة إلى الداخل ، يطلق الثقب الأبيض المادة.
ربما تكون هناك طريقة أخرى لتخيل ما يتوقعونه. من المعروف أنه في مجالات الجاذبية القوية ، يتباطأ الوقت. وتحتوي الثقوب السوداء على أقوى حقول الجاذبية في الكون. وبسبب هذا ، فإن أحد التفسيرات المحتملة لهذا العمل الجديد هو أن المادة تقع في ثقب أسود ثم "ترتد" ، مما يطلق الكتلة مرة أخرى عبر الكون. نظرًا لأن الوقت بطيء جدًا بالقرب من مركز الثقب الأسود ، فإن هذه العملية تستغرق قدرًا هائلاً من الوقت. إذا كان الباحثون على حق ، في المستقبل البعيد جدًا ، حيث توجد الآن ثقوب سوداء ، ستندلع المادة ، وتنشر المادة في جميع أنحاء الكون.
كما هو الحال دائمًا في العلوم النظرية ، هناك العديد من الأفكار المثيرة والاستفزازية التي ليست صحيحة ، وقد يكون هذا أحدها. لذا من المهم معرفة ما إذا كان هناك دعم تجريبي للأفكار النظرية مثل هذه.
هناك عدد قليل من الاحتمالات. لاحظ العلماء ظواهر طاقة عالية جدًا في الفضاء لم يتم شرحها بالكامل. الأول هو وجود أشعة كونية عالية الطاقة تضرب الغلاف الجوي للأرض. آخر هو ما يسمى "رشقات راديوية سريعة" ، وهو عندما يتم ملاحظة كمية كبيرة من الطاقة الراديوية في فترة زمنية قصيرة جدًا. يمكن أن تكون كلتا هاتين الظاهرتين ، من حيث المبدأ على الأقل ، توقيع ثقب أسود ينتقل إلى ثقب أبيض.
من السابق لأوانه بالتأكيد قبول هذه الفكرة الجديدة المثيرة للاهتمام. بدلاً من ذلك ، سيكون من الحكمة أن نرى كيف تتكشف الحسابات الجارية باستخدام الجاذبية الكمومية للحلقة. إذا تحسنت التوقعات وبدأت تبدو أكثر تشبهًا لبعض الظواهر الفلكية غير المبررة ، فقد تكون هذه النتيجة الجديدة تفسر كيفية عمل الجاذبية الكمية وإعادة تشكيل فهمنا لكل من الماضي والمستقبل لكوننا.
دون لينكولن باحث في الفيزياء في فيرميلاب. هو مؤلف "مصادم هادرون الكبير: القصة الاستثنائية لبوز هيجز وغيره من الأشياء التي ستفجر عقلك"(مطبعة جامعة جونز هوبكنز ، 2014) ، وهو ينتج سلسلة من تعليم العلوم أشرطة فيديو. اتبعه في الفيس بوك. الآراء الواردة في هذا التعليق هي آراءه.
ساهم دون لينكولن في هذا المقال في Live Science's أصوات الخبراء: Op-Ed & Insights.
