تحقیقات سیاهچاله‌ها در چند سال اخیر دیدگاه جدیدی وسوسه‌انگیز از ماهیت زمان و مکان را آشکار می‌کند.

در کتاب جدید خود، برایان کاکس، فیزیکدان و ارتباط دهنده علم، به بررسی این موضوع می پردازد که چگونه فیزیک جدید ممکن است به ما کمک کند تا برخورد اساسی اصول ناشی از درک ما از گرانش در مقیاس کیهانی و فیزیک ریزه کاری های زیربنایی آن، یعنی نظریه کوانتومی را با هم آشتی دهیم.

استاد فیزیک ذرات از دانشگاه منچستر و انجمن سلطنتی با باب مک دونالد در مورد کتاب جدید خود صحبت کرد. سیاهچاله ها: کلید درک جهان

بخشی از گفتگوی آنها را در ادامه می خوانید.

شما درست در عنوان کتاب خود می گویید که سیاهچاله ها کلید درک جهان هستند. چگونه این موضوع در سال‌های اخیر بیش از پیش واقعی شده است؟

با شروع کار استیون هاوکینگ در دهه 1970، مشخص شد که سیاه‌چاله‌ها نه تنها از منظر اخترفیزیک جالب هستند، بلکه در واقع یک برخورد اساسی بین دو ستون بزرگ فیزیک قرن 20 و 21 ایجاد می‌کنند که نظریه انیشتین است. گرانش و نظریه کوانتومی

هاوکینگ کشف کرد که وقتی این دو چارچوب را کنار هم قرار می دهید، یک پیش بینی وجود دارد که سیاهچاله ها دارای دمای هستند. اکنون این یک کشف قابل توجه بود زیرا دما فقط چیزی بود که می‌توانستید با دماسنج اندازه‌گیری کنید، اما واقعاً تنها زمانی کاملاً فهمیدیم که می‌دانستیم همه چیز از اتم ساخته شده است.

دما به شما می گوید که اجزای تشکیل دهنده یک چیزی با چه سرعتی در حال چرخش و حرکت هستند.

آن را با توصیف یک سیاهچاله مقایسه کنید. یک سیاهچاله در نظریه انیشتین فقط یک اعوجاج در بافت فضا-زمان است که حتی خود نور نیز نمی تواند از آن فرار کند. همه اش هندسه است. به نظر می رسد که اصلاً هیچ قسمت متحرکی نداشته باشد، بنابراین بلافاصله در دهه 1970، نشانه ای وجود داشت که ممکن است چیزی عمیق تر در سیاهچاله ها وجود داشته باشد.

نسخه مدرن‌تر کشف هاوکینگ این است که دمای یک سیاه‌چاله به اطلاعاتی مربوط می‌شود که می‌تواند ذخیره یا از ما پنهان کند.

وقتی می گویید اطلاعات منظورتان چیست؟

به معنای واقعی کلمه کمی اطلاعات بنابراین ژاکوب بکنشتاین محاسبه کرد که a سیاهچاله حاوی و او نتیجه شگفت انگیزی پیدا کرد: مقدار اطلاعاتی که سیاهچاله ذخیره می کند برابر با سطح افق رویداد سیاهچاله است.

افق رویداد نقطه بی بازگشت است.

بله، نقطه بدون بازگشت. اما به یاد داشته باشید، این فقط فضا است. برای سیاه‌چاله‌های بسیار بزرگ، مانند سیاه‌چاله‌هایی که در مرکز کهکشان‌ها پیدا می‌کنید، می‌توانید از میان آن بیفتید و متوجه چیزی نشوید.

وقتی می گویید بیت های اطلاعات، من معمولاً به بیت هایی فکر می کنم که از نظر علم کامپیوتر برای توصیف صفر یا یک که اطلاعات را رمزگذاری می کند استفاده می شود. تکه های افق رویداد در سیاهچاله چیست؟

خب، بله، پس این چیزی است که شما باید فکر کنید. آنها چه هستند؟ ما نمی دانیم. به نظر می رسد که می دانیم آنها چقدر بزرگ هستند، بنابراین چند پیکسل وجود دارد.

اما به دو دلیل بسیار عجیب است. یکی این است که ما فقط برای شروع در مورد فضا صحبت می کنیم، بنابراین منظور ما از یک پیکسل فضا چیست؟ و ثانیاً این ایده که به نوعی مقدار اطلاعات متناسب با سطح است.

ما می گوییم که هیچ چیز نمی تواند از یک سیاهچاله بیرون بیاید، اما استیون هاوکینگ به خاطر تابش هاوکینگ خود مشهور است که از سیاهچاله بیرون می آید. و اگر دما داشته باشد، این نیز چیزی است که از سیاهچاله بیرون می آید. من را از طریق آن عبور دهید.

استیون هاوکینگ در مقاله خود در سال 1974 از یک قیاس برای توصیف آنچه در حال رخ دادن است استفاده می کند. می توانید خلاء فضا را به تصویر بکشید. اگر بتوانید بزرگنمایی و کاهش زمان را با یک میکروسکوپ عالی تصور کنید، می‌توانید خلاء فضا را خالی نبوده و پر از ذرات است که همیشه درون و بیرون وجود دارند، تصور کنید.

تصور کنید که یک جفت از این ذرات، که به وجود می‌آمدند و دوباره ناپدید می‌شدند، می‌توان آنها را طوری پیکربندی کرد که یکی در داخل افق و دیگری در خارج از افق باشد.

بنابراین این بدان معناست که آن چیزی که در درون است بیرون نمی‌آید، اما نتیجه بیرونی است که به عقب برمی‌گردد و دوباره با شریک خود ادغام می‌شود و اساسا انرژی خود را به خلاء باز می‌گرداند، می‌تواند واقعی شود و می تواند به فضا فرار کند

نه اینکه بخواهم کتاب شما را در سیاهچاله بیندازم، اما اگر آن را در آن بیندازم چه اتفاقی برای آن و اطلاعاتی که در آن موجود است می‌افتد؟

همانطور که از بیرون مشاهده می شود، می توانید تصور کنید که کتاب با نزدیک شدن به افق کاملاً سوزانده شده است و تمام تکه های اطلاعات در اطراف آن آغشته شده است.

تقریباً می توانید این نوع جو داغ سیاهچاله را تصور کنید که به نوعی حاوی اطلاعات است و دوباره آن را به جهان بازتاب می کند. و این اساساً همان چیزی است که وقتی کتاب را می سوزانید اتفاق می افتد.

پس مشکلی نیست، جز اینکه طبق نظریه نسبیت عام انیشتین، می توانید این سوال را نیز بپرسید که از منظر کتاب یا فضانوردی که در آن سقوط می کند، چه شکلی است؟ نظریه انیشتین بی چون و چرا است. از منظر کتاب یا فضانورد، می توانید در سراسر افق به داخل سیاهچاله بیفتید.

اکنون شما دو توصیف از آنچه اتفاق افتاده از منظرهای مختلف دارید و هر دو درست هستند.

شما در ابتدای گفتگوی ما گفتید که این ایده جدید از واقعیت در سیاهچاله بخشی از هندسه سیاهچاله و بخشی فیزیک کوانتومی است. چگونه این دو را به هم گره بزنیم تا به درک جدیدی از واقعیت برسیم؟

پس ما این ایده های متفاوت داشتیم، درست است؟ سیاهچاله به نوعی می تواند اطلاعات را ذخیره کند و این چیزی است که به مساحت سطح سیاهچاله مربوط می شود. و سپس ما این ایده را داریم که تصاویر مختلفی از آنچه اتفاق افتاده وجود دارد و هر دو می توانند همزمان درست باشند.

دیدگاه مدرن این است که همه این تصاویر مختلف سعی دارند چیزی را به ما بگویند. و به نظر می رسد آنچه آنها می خواهند به ما بگویند این است که مکان و زمان ویژگی های اساسی جهان نیستند، اما آنها از یک نظریه عمیق تر بیرون می آیند. و به نظر می رسد آن نظریه نظریه کوانتومی است که مکان و زمان در آن نیست.

بنابراین، سیاهچاله‌ها، همانطور که در کتاب می‌گوییم، مانند سنگ‌های روزتا هستند به این معنا که ما را مجبور می‌کنند کشف کنیم که توصیف‌های متفاوتی از جهان ما وجود دارد. یکی از آنها توصیف انیشتین است و سپس یک توصیف دیگر وجود دارد، که فقط به نظر می رسد نوعی نظریه کوانتومی، نوعی بلوک های سازنده جهان است که در هم پیچیده شده اند.

و بنابراین مکانیک کوانتومی اجازه می دهد تا این ویژگی را در جایی که اشیا می توانند به یکدیگر مرتبط شوند – در صورت تمایل به یکدیگر متصل شوند. و از آن توضیحات دیگری که با آن آشنا هستیم پدیدار می شود. بنابراین تقریباً مثل این است که سیاه‌چاله یک جسم طبیعی است که ما را مجبور می‌کند تا توصیف عمیق‌تری از واقعیت خود را ببینیم.