الثقوب السوداء تشبه الهولوغرام

شكل دائري أصفر-برتقالي غامض مع خطوط أكثر إشراقًا في الجزء الأوسع ، مع مركز أسود.

من يستطيع أن ينسى هذه الصورة؟ إنها أول صورة مباشرة لثقب أسود ، في المجرة M87 ، تم إصدارها في أبريل 2019. هذه الصورة التي طال البحث عنها قدمت أقوى دليل حتى الآن على وجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة وفتحت نافذة جديدة لدراسة الثقوب السوداء ، آفاق الحدث والجاذبية. الصورة عبرتعاون تلسكوب أفق الحدث.

أعيد طبعه من المدرسة الدولية للدراسات المتقدمة (SISSA) في تريستا ، إيطاليا.

نتذكر جميعًا تلك الصورة المذهلة للثقب الأسود الذي سافر حول العالم منذ حوالي عام. ومع ذلك ، وفقًا لبحث جديد أجراه علماء في إيطاليا ، يمكن أن تكون الثقوب السوداء مثل الهولوغرام ، حيث يتم تجميع جميع المعلومات في سطح ثنائي الأبعاد قادر على إعادة إنتاج صورة ثلاثية الأبعاد. بهذه الطريقة ، يمكن أن تكون هذه الأجسام الكونية ، كما تؤكدها نظريات الكم ، معقدة بشكل لا يصدق وتركز قدرًا هائلاً من المعلومات داخل نفسها ، كأكبر قرص صلب موجود في الطبيعة ، في بعدين. تتوافق هذه الفكرة مع نظرية النسبية لأينشتاين ، التي تصف الثقوب السوداء بأنها ثلاثية الأبعاد وبسيطة وكروية وسلسة ، كما تظهر في تلك الصورة الشهيرة. باختصار ، الثقوب السوداء 'تظهر' على هيئة ثلاثية الأبعاد ، تمامًا مثل الصور المجسمة. الدراسة التي توضح ذلك ، والتي توحد نظريتين متعارضتين ، تم نشرها مؤخرًا في مجلة Physical Review X.

الدراسة تأتي منSISSA، ومن المركز الدولي للفيزياء النظرية (ICTP) والمعهد الوطني للفيزياء النووية (INFN) ، وكلها في إيطاليا.

سر الثقوب السوداء

بالنسبة للعلماء ، تعتبر الثقوب السوداء علامة استفهام كبيرة لأسباب عديدة. إنهم ، على سبيل المثال ، ممثلون ممتازون للصعوبات الكبيرة للفيزياء النظرية في تجميع مبادئ نظرية النسبية العامة لأينشتاين مع مبادئ فيزياء الكم عندما يتعلق الأمر بالجاذبية. وفقًا للنظرية الأولى ، ستكون أجسامًا بسيطة بدون معلومات. بحسب الآخر ، كما ادعىجاكوب بيكنشتاينوستيفن هوكينج، ستكون 'أكثر الأنظمة الموجودة تعقيدًا' لأنها ستتميز بـ 'إنتروبيا' هائلة ، والتي تقيس مدى تعقيد النظام ، وبالتالي سيكون لديها الكثير من المعلومات بداخلها.

تم تطبيق مبدأ الهولوغرام على الثقوب السوداء



لدراسة الثقوب السوداء ، قام مؤلفا البحث ،فرانشيسكو بنيني(أستاذ SISSA ، مستشار علمي ICTP وباحث INFN) وباولو ميلان(باحث SISSA و INFN) ، استخدموا فكرة عمرها 30 عامًا تقريبًا ، لكنها لا تزال مفاجئة ، تسمىمبدأ التصوير المجسم.

قال الباحثون:

يقترح هذا المبدأ الثوري والمخالف للحدس إلى حد ما أن سلوك الجاذبية في منطقة معينة من الفضاء يمكن بدلاً من ذلك وصفه من منظور نظام مختلف ، يعيش فقط على طول حافة تلك المنطقة وبالتالي في بعد واحد أقل.

والأهم من ذلك ، في هذا الوصف البديل (المسمى الهولوغرافيك) لا تظهر الجاذبية صراحة. بمعنى آخر ، يسمح لنا مبدأ الهولوغرام بوصف الجاذبية باستخدام لغة لا تحتوي على الجاذبية ، وبالتالي تجنب الاحتكاك بميكانيكا الكم.

ما فعله بينيني وميلان هو:

... تطبيق نظرية الهولوغرام على الثقوب السوداء. بهذه الطريقة ، أصبحت خصائصها الديناميكية الحرارية الغامضة أكثر قابلية للفهم: التركيز على التنبؤ بأن هذه الأجسام لديها إنتروبيا عظيمة ومراقبتها من حيث ميكانيكا الكم ، يمكنك وصفها تمامًا مثل صورة ثلاثية الأبعاد: لها بعدين تختفي فيه الجاذبية ، لكنهم يعيدون إنتاج كائن في ثلاثة أبعاد.

من النظرية إلى الملاحظة

وأوضح العالمان:

هذه الدراسة ليست سوى الخطوة الأولى نحو فهم أعمق لهذه الأجسام الكونية وللخصائص التي تميزها عندما تتقاطع ميكانيكا الكم مع النسبية العامة.

كل شيء أكثر أهمية الآن في وقت تشهد فيه الملاحظات في الفيزياء الفلكية تطوراً مذهلاً. مجرد التفكير في رصد موجات الجاذبية من اندماج الثقوب السوداء نتيجة التعاون بين LIGO و Virgo أو ، في الواقع ، من الثقب الأسود الذي صنعه Event Horizon Telescope الذي أنتج هذه الصورة غير العادية.

في المستقبل القريب ، قد نتمكن من اختبار تنبؤاتنا النظرية بشأن الجاذبية الكمية ، مثل تلك التي تم إجراؤها في هذه الدراسة ، عن طريق الملاحظة. وهذا ، من وجهة نظر علمية ، سيكون شيئًا استثنائيًا تمامًا.

مشهد فضائي به نجوم وسدم ملونة ضبابية مع كرة سوداء كبيرة فارغة في المنتصف.

مفهوم الفنان للثقب الأسود عبرSISSA.

الخلاصة: تصف نظرية النسبية الثقوب السوداء بأنها كروية وسلسة وبسيطة. تصفهم نظرية الكم بأنها معقدة للغاية ومليئة بالمعلومات. قام عالمان في إيطاليا بتطبيق نظرية المبدأ الهولوغرافي على الثقوب السوداء بطريقة يبدو أنها تحل هذه الثنائية.

المصدر: Black Holes in 4Dن= 4 نظرية حقل سوبر يانغ ميلز

عبر SISSA