لقد قطعنا شوطًا طويلًا خلال 13.8 مليار سنة ؛ لكن على الرغم من فهمنا الواسع بشكل مثير للإعجاب للكون ، لا تزال هناك بعض السلاسل غير المقيدة. على سبيل المثال ، هناك انفصال كثيرًا بين النسبية العامة ، فيزياء الميكانيكا الكبيرة جدًا ، وميكانيكا الكم ، فيزياء الصغار جدًا. ثم هناك مصير إشكالي لمعلومات الجسيمات الجوهرية بعد سقوطها في ثقب أسود. الآن ، يحاول تفسير جديد للفيزياء الأساسية حل هذين اللغزين من خلال تقديم ادعاء جريء: في بعض المقاييس ، لا يوجد فراغ وزمان.
لنبدأ بشيء غير محل شك. بفضل نظرية النسبية الخاصة لآينشتاين ، يمكننا أن نتفق جميعًا على أن سرعة الضوء ثابتة لجميع المراقبين. يمكننا أن نتفق أيضًا على أنه إذا لم تكن فوتونًا ، فإن الاقتراب من سرعة الضوء يأتي مع بعض القواعد غير التقليدية - أي أن أي شخص يشاهدك سيرى ضغطك ويتباطأ ساعتك.
لكن تباطؤ الوقت يحدث أيضًا بالقرب من الأجسام القوية الجاذبية ، والتي توصف بالنسبية العامة. لذا إذا تصادف أنك ترى البصر في مركز درب التبانة واتخذت القرار المؤسف للاقتراب كثيرًا من أفق حدث الثقب الأسود الهائل (المعروف بشكل شرير باسم نقطة اللاعودة) ، فإن أي شخص يراقب سترى أيضًا ساعتك بطيئة. في الواقع ، سيشهد هو أو هي حركتك نحو أفق الحدث ببطء شديد على مدار الساعة لانهائية مقدار الوقت؛ أي أنه من منظور صديقك المصاب بصدمة نفسية الآن ، فأنت لا تعبر أبداً أفق الحدث. ومع ذلك ، لن تشعر بأي اختلاف في تقدم الوقت عندما تتخطى هذا الحاجز غير المرئي ، وسرعان ما تتفاقم بسبب الجاذبية الهائلة للثقب الأسود.
لذا ، من هو "الصحيح"؟ تفرض النسبية أن وجهة نظر كل مراقب صحيحة بالتساوي ؛ لكن في هذه الحالة ، لا يمكنك أن تكونا على حق. هل تواجه زوالك في قلب الثقب الأسود ، أم لا؟ (ملاحظة: هذا ليس تناقضًا صارمًا ، ولكن بشكل حدسي ، يبدو لزجًا قليلاً).
وهناك مشكلة إضافية أكبر. يُعتقد أن أفق حدث الثقب الأسود يؤدي إلى إشعاع هوكينج ، وهو نوع من الطاقة الهاربة التي ستؤدي في النهاية إلى تبخر الثقب الأسود وتدمير كل المادة والطاقة التي كانت موجودة داخله. هذا المفهوم قد قام فيزيائيو الثقب الأسود بحك رؤوسهم. لأنه وفقًا لقوانين الفيزياء ، يجب الحفاظ على جميع المعلومات الجوهرية عن الجسيم أو النظام (أي الموجة الكمومية). لا يمكن أن تختفي فقط.
لماذا كل هذه المفارقات الغريبة؟ لأن الثقوب السوداء موجودة في الفضاء الضبابي حيث تلتقي التفرد مع النسبية العامة - أرض خصبة ، لكنها غير مستغلة للنظرية المراوغة لكل شيء.
أدخل مفهومين شيقين لكنهما مثيران للجدل: النسبية الخاصة المضاعفة و قوس قزح الجاذبية.
كما أن سرعة الضوء هي ثابت متفق عليه عالميًا في النسبية الخاصة ، كذلك طاقة Planck في النسبية الخاصة المضاعفة (DSR). في DSR ، هذه القيمة (1.22 × 1019 GeV) هي الطاقة القصوى (وبالتالي الكتلة القصوى) التي يمكن أن يمتلكها الجسيم في كوننا.
نتيجتان مهمتان لقيمة الطاقة القصوى لـ DSR هي الحد الأدنى من وحدات الزمان والمكان. أي بغض النظر عما إذا كنت تتحرك أو ثابتة ، في مساحة فارغة أو بالقرب من ثقب أسود ، فإنك توافق على أن الفضاء الكلاسيكي ينهار على مسافات أقصر من طول بلانك (1.6 × 10-35 م) والوقت الكلاسيكي ينهار في لحظات أقصر من وقت بلانك (5.4 × 10-44 ثانية).
وبعبارة أخرى ، الزمكان منفصل. توجد في وحدات غير قابلة للتجزئة (وإن كانت صغيرة تختفي). الكم أدناه ، والكلاسيكية أعلاه. أضف النسبية العامة إلى الصورة ، وستحصل على نظرية قوس قزح للجاذبية.
يعتقد الفيزيائيون أحمد فرج علي ، ومير فيصل ، وبارون ماجومدر أنه يمكن استخدام هذه النظريات لتفسير معضلات الثقب الأسود المذكورة آنفاً - كل من المعكرونة المثيرة للجدل ومفارقة المعلومات. كيف؟ وفقًا لـ DSR وقوس قزح الجاذبية ، في مناطق أصغر من 1.6 × 10-35 م وفي بعض الأحيان أقصر من 5.4 × 10-44 ثانية ... الكون كما نعرفه ببساطة غير موجود.
وأوضح علي ، الذي قام ، مع فيصل ومجومدر ، بتأليف ورقة بحثية حول هذا الموضوع نُشرت الشهر الماضي: "في قوس قزح الجاذبية ، لا يوجد الفضاء تحت حد أدنى معين للطول ، والوقت غير موجود تحت حد أدنى زمني معين". . "لذا ، فإن جميع الأشياء الموجودة في الفضاء والتي تحدث في وقت ما لا توجد تحت هذا الطول والفاصل الزمني [المرتبطين بمقياس بلانك]"
لحسن الحظ بالنسبة لنا ، فإن كل جسيم نعرفه ، وبالتالي كل جسيم نحن مصنوع منه ، أكبر بكثير من طول بلانك ويستمر لفترة أطول بكثير من وقت بلانك. لذا -! - أنت وأنا وكل ما نراه ونعلمه يمكن أن يستمر. (فقط لا تتحقق بعمق.)
ومع ذلك ، فإن أفق حدث الثقب الأسود قصة مختلفة. بعد كل شيء ، أفق الحدث ليس مصنوعًا من جزيئات. إنه الزمكان النقي. ووفقًا لعلي وزملائه ، إذا تمكنت من ملاحظته على مقياس زمني أو مسافة قصيرة للغاية ، فستتوقف عن المعنى. لن تكون نقطة اللاعودة على الإطلاق. من وجهة نظرهم ، تنشأ المفارقة فقط عندما تعامل الزمكان على أنه مستمر - بدون الحد الأدنى من وحدات الطول والوقت.
"نظرًا لأن مفارقة المعلومات تعتمد على وجود أفق الحدث ، كما أن أفق الحدث مثل جميع الكائنات غير موجود تحت طول معين وفاصل زمني معين ، فلا توجد مفارقة معلومات مطلقة في قوس قزح الجاذبية. وخلص علي إلى أن غياب الأفق الفعال يعني أنه لا يوجد شيء يمنع المعلومات تمامًا من الخروج من الثقب الأسود.
لا أفق الحدث المطلق ، لا مفارقة المعلومات.
وماذا عن معكرونة داخل الثقب الأسود؟ مرة أخرى ، يعتمد ذلك على المقياس الذي تختاره لتحليل وضعك. في قوس قزح الجاذبية ، الزمكان منفصل ؛ لذلك ، تكشف الرياضيات أن كلاكما (المحكوم عليه بالفشل) والمراقب سيشهدان زوالك خلال فترة زمنية محدودة. ولكن في الصيغة الحالية للنسبية العامة ، حيث يوصف الزمكان بأنه مستمر ، ينشأ التناقض. السقوط ، حسنًا ، يقع ؛ في هذه الأثناء ، لا يرى المراقب أبدًا أن الساقط يمرر أفق الحدث.
قال علي: "إن أهم درس من هذه الورقة هو أن المكان والزمان لا يتعدى نطاق معين". "لا يوجد مكان وزمان أقل من هذا المقياس. وبالتالي ، من غير المعنى تعريف الجسيمات أو المادة أو أي شيء ، بما في ذلك الثقوب السوداء ، الموجودة في المكان والزمان تحت هذا المقياس. وهكذا ، طالما أننا نبقي أنفسنا محصورين في المقاييس التي يوجد فيها المكان والزمان ، نحصل على إجابات مادية معقولة. ومع ذلك ، عندما نحاول طرح الأسئلة على فترات زمنية وفترات زمنية أقل من المقاييس التي يوجد فيها المكان والزمان ، فإننا ننتهي في نهاية الأمر بمفارقات ومشكلات ".
لتلخيص: إذا استمر الزمكان على نطاقات صغيرة تعسفية ، فستبقى المفارقات. ومع ذلك ، إذا كان قوس قزح الجاذبية صحيحًا وكان طول بلانك ووقت بلانك أصغر وحدة في المكان والزمان موجودة بشكل أساسي ، فنحن في حالة صفاء ... على الأقل ، من الناحية الرياضية. لسوء الحظ ، فإن مقاييس Planck صغيرة جدًا بحيث لا يستطيع مصادمو الجسيمات الحديثة قياسًا. لذا ، على الأقل حتى الآن ، يوفر هذا العمل نتيجة نظرية أخرى بحتة.
نُشرت الورقة في عدد 23 يناير من رسائل يوروفيزيكس. تتوفر طباعة مسبقة للورقة هنا.
