پارادوکس سیاه چاله‌ها
جایی که نسبیت عام و مکانیک کوانتمی به هم می‌رسند

پارادوکس سیاه چاله‌ها

پایستگی اطلاعات در مکانیک کوانتومی اصلی حیاتی است، تا زمانی که یک سیستم تحت قوانین مکانیک کوانتومی رفتار کند اطلاعاتش هرگز از بین نمی‌رود، اما به نظر می‌رسد این اتفاق دقیقا در سیاه چاله رخ می‌دهد
کد خبر: ۹۰۱۵۸
بازدید : ۲۳۳۳
۰۲ شهريور ۱۴۰۰ - ۱۱:۵۰
پارادوکس سیاه چاله ها، جایی که نسبیت عام و مکانیک کوانتمی به هم می‌رسند
 
فرادید| پارادوکسِ اطلاعات در بین تمام مسائل حل نشده فیزیک، بیش از همه شبیه یک داستان پلیسی است: فرض کنید مردی به درون اتاقی می‌رود و در آن گیر می‌افتد، وقتی پلیس اتاق را باز می‌کند تنها چیزی که می‌یابد چند تکه کاغذ سه لیوان، یک کتاب، یک گلدان وچندین شی بی ربط به هم است که مجموع وزن همگی این اشیا دقیقا برابر وزن مرد گم شده است!

جرم پایسته مانده است و مقدار آن تغییر نکرده، اما اشیای موجود هیچ ردی از مرد گمشده ندارند. این اتفاق هر بار تکرار می‌شود و هر کسی که داخل اتاق شود، گم شده و به جای آن مجموعه‌ای از اشیای بی ربط باقی می‌ماند که هیچ نشانی از هویت شخص گم شده را همراه ندارد. هویت افراد به سادگی ناپدید میشود.

به گزارش فرادید؛ ماجرای پارادوکس اطلاعات سیاه چاله‌ها هم کمابیش شبیه همین است، با این تفاوت که قربانی، اطلاعات کوانتومی است. پایستگی اطلاعات در مکانیک کوانتومی اصلی حیاتی است، تا زمانی که یک سیستم تحت قوانین مکانیک کوانتومی رفتار کند اطلاعاتش هرگز از بین نمی‌رود، اما به نظر می‌رسد این اتفاق دقیقا در سیاه چاله رخ می‌دهد.

اگر شما یک کاغذ را آتش بزنید، مادامی که فرایند سوختن کاغذ تحت قوانین مکانیک کوانتمی رخ بدهد نوشته‌های روی کاغذ را میتوان از روی بقایای آن بازسازی کرد، به عبارتی اطلاعات و نوشته‌های روی کاغذ از بین نرفته است و به جای آن درون خاکستر، گرما و نور آزاد شده از فرایند سوختن کد شده و با گردآوری دقیق بقایای سوختن میتوان اطلاعات آن را بازیافت. اما وقتی این کاغذ را تبدیل به سیاه چاله بکنید این سیاه چاله به خاطر تابش هاوکینگ کم کم بخار می‌شود و شکل این تابش هیچ ارتباطی به نوشته‌های کاغذ و حتی جنس کاغذ ندارد، نهایتا بعد از این که سیاه چاله به طور کامل تبخیر شد، هیچ اطلاعاتی درون این خاکستر سیاه چاله، یعنی گرما، موجود نیست و نوشته‌های روی کاغذ واقعا از دست رفته اند.
 
پارادوکس سیاه چاله ها، جایی که نسبیت عام و مکانیک کوانتمی به هم می‌رسند

اصولی که ساز و کار تابش هاوکینگ بر آن‌ها مبتنی است به اندازه اصل پایستگی اطلاعات کوانتومی ساده و بنیادین هستند، بنابراین اینجا اشکالی در کار است، بعضی از اصول فیزیک می‌گویند که اطلاعات از بین می‌روند و بعضی دیگر می‌گویند که از بین نمی‌روند، پارادوکس اطلاعات سیاه چاله همین است. یکی از ستون‌های این تناقض قضیه کچلی سیاهچاله است!

سیاه چاله‌ها مو ندارند

سیاه چاله‌ها مو ندارند، عنوان این قضیه عجیب به نظر می‌رسد، اما ادعای آن ساده است: سیاه چاله‌هایی که جرم و بار الکتریکی و سرعت دوران یکسان داشته باشند مطلقا یکسان هستند و از نظر نسبیت عام هیچ تفاوتی با هم ندارند. به عبارت دیگر فرض کنید دو سیاه چاله با جرم و بار الکتریکی و سرعت چرخش یکسان داشته باشیم و نام یکی را سیاه چاله یک و نام دیگری را دو بگذاریم، اگر چشممان را ببندیم و یک نفر به طور تصادفی جای این سیاه چاله‌ها را با هم عوض کند، بعد از باز کردن چشممان هرگز نمی‌توانیم بفهمیم که کدام یک سیاهچاله یک بوده و کدام یک سیاهچاله دو. این دو سیاهچاله دقیقا عین هم هستند و هیچ جزئیات دیگری (مثل مو) ندارند که بتوانیم با آن اطلاعات این دو سیاهچاله را از هم تمییز دهیم. این جزئیات شامل اشیای سقوط کرده به درون سیاه چاله هم هست، سیاه چاله‌ها ساده هستند و هیچ جزئیاتی ندارند.
 
پارادوکس سیاه چاله ها، جایی که نسبیت عام و مکانیک کوانتمی به هم می‌رسند

ستون دیگر این تناقض مکانیک کوانتومی است، مکانیک کوانتومی یک نظریه احتمالاتی است که کمک می‌کند تا احتمال حضور الکترون در هر نقطه را محاسبه کنیم با وجود این که نمیگوید هنگام آزمایش دقیقا الکترون کجا دیده خواهد شد. اطلاعات الکترون دقیقا همین احتمالات است، اما مکانیک کوانتومی حتی فراتر از این است و اصول آن به ما اجازه میدهد که اگر در یک زمان خاص، اطلاعات کوانتومی الکترون را داشته باشیم، در هر لحظه دیگری از زمان، چه گذشته و چه آینده، اطلاعات الکترون را محاسبه کنیم، قانون پایستگی اطلاعات کوانتومی دقیقا همین است، اگر شما بدانید که اکنون الکترون چه حالتی دارد، میتوانید بفهمید که در گذشته چه حالتی داشته و در آینده هم چه حالتی خواهدداشت: اطلاعات از بین نمی‌رود. در حدود دهه شصت و هفتاد میلادی فیزیکدانان به این پرسش علاقه‌مند شدند که پیش بینی مکانیک کوانتومی برای سیاه چاله‌ها چیست، یکی از نتایج شگفت انگیز، تابش سیاه چاله‌ها بود:
 
پارادوکس سیاه چاله ها، جایی که نسبیت عام و مکانیک کوانتمی به هم می‌رسند

هاوکینگ با محاسب‌های دقیق نشان داد که سیاه چاله‌ها در نزدیکی سطح خود و نه درونشان تابشی آزاد می‌کنند که به آرامی سیاهچاله‌ها را تبخیر می‌کند. این تبخیر تا جایی ادامه می‌یابد که سیاهچاله کاملا نابود شده و فقط گرما از آن باقی می‌ماند. گرچه این بی ضرر به نظر می‌رسد، اما محاسبات در تایید قضیه کچلی سیاه چاله‌ها نشان میدهد که این تابش تنها و تنها به جرم و بار الکتریکی و سرعت چرخش سیاهچاله وابسته است و هیچ اطلاعات دیگری ندارد. در حالی که از اصول مکانیک کوانتمی انتظار داریم که بتوانیم از روی حالت آینده سیستم، گذشته آن را بازسازی کنیم، اما سیاهچاله‌ها چنین اجازه‌ای به ما نمی‌دهند: اطلاعات همه اشیایی که به درون سیاهچاله سقوط کرده است حالا از بین رفته و فقط یک تابش گرمایی یکنواخت بدون اطلاعات باقی مانده است.
 
پارادوکس سیاه چاله ها، جایی که نسبیت عام و مکانیک کوانتمی به هم می‌رسند

راه‌های مختلفی برای رفع این پارادوکس پیشنهاد شده است. بعضی از فیزیکدانان می‌گویند که سیاه چاله‌ها کاملا تبخیر نمی‌شوند بلکه یک باقی مانده بسیار کم جرم خواهندداشت که تمام اطلاعات درون آن نهفته است. پیشنهاد دیگر این است شاید تابش کاملا تصادفی و بدون اطلاعات نیست و اطلاعات همراه تابش سیاه چاله به بیرون حمل می‌شود. پیشنهاد دیگر این است که شاید سیاه چاله‌های واقعی مطابق نسبیت عام رفتار نمیکنند و به عبارت دیگر کچل نیستند، بلکه بسیار هم پشمالو هستند! نظریه ریسمان از این پیشنهاد پشتیبانی می‌کند. راه دیگر هم این است که قبول کنیم اطلاعات از بین می‌روند و همین است که هست، شاید واقعا اطلاعات پایسته نیست. هر کدام از این راه حل‌ها برتری و مشکلات خودشان را دارند و هنوز فیزیکدانان توافق نکرده اند که کدام راه حل این پارادوکس را رفع می‌کند، اما پاسخ هر چه که باشد قطعا به ما کمک می‌کند که درک بسیار عمیق تری نسبت به طبیعت پیدا کنیم.
ارسال نظرات
نام:
ایمیل:
* نظر:
از میان اخبار
نگاه
تازه‌‌ترین عناوین