أحدثت ورقة أخيرة كتبها ستيفن هوكينج ضجة كبيرة ، حتى أنها دفعت مجلة Nature News للإعلان عن عدم وجود ثقوب سوداء. كما كتبت في منشور سابق ، ليس هذا بالضبط ما ادعى هوكينج. ولكن من الواضح الآن أن ادعاء هوكينج بشأن الثقوب السوداء خطأ لأن المفارقة التي يحاول معالجتها ليست مفارقة في النهاية.
كل هذا يعود إلى ما يعرف بمفارقة جدار الحماية للثقوب السوداء. السمة المركزية للثقب الأسود هي أفق الحدث. أفق الحدث للثقب الأسود هو في الأساس نقطة اللاعودة عند الاقتراب من الثقب الأسود. في نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، أفق الحدث هو المكان الذي يشوه فيه المكان والزمان بالجاذبية بحيث لا يمكنك الهروب أبدًا. عبور أفق الحدث وأنت محاصر إلى الأبد.
لطالما شكلت هذه الطبيعة ذات الاتجاه الواحد لأفق الحدث تحديًا لفهم فيزياء الجاذبية. على سبيل المثال ، يبدو أن أفق حدث الثقب الأسود ينتهك قوانين الديناميكا الحرارية. أحد مبادئ الديناميكا الحرارية هو أنه لا شيء يجب أن يكون له درجة حرارة صفر مطلقة. حتى الأشياء الباردة جدًا تشع القليل من الحرارة ، ولكن إذا كان الثقب الأسود يحبس الضوء ، فلا يبعث أي حرارة. لذا فإن درجة حرارة الثقب الأسود ستكون صفرًا ، وهو أمر لا يمكن تحقيقه.
ثم في عام 1974 أظهر ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء تشع الضوء بسبب ميكانيكا الكم. في نظرية الكم ، هناك حدود لما يمكن معرفته عن شيء ما. على سبيل المثال ، لا يمكنك معرفة طاقة الجسم بالضبط. بسبب عدم اليقين هذا ، يمكن أن تتقلب طاقة النظام تلقائيًا ، طالما ظل متوسطه ثابتًا. ما أظهره هوكينج هو أنه بالقرب من أفق الحدث لأزواج من الثقب الأسود يمكن أن تظهر ، حيث يصبح جسيم واحد محاصرًا داخل أفق الحدث (تقليل كتلة الثقوب السوداء قليلاً) بينما يمكن للآخر الهروب كإشعاع (حمل القليل من طاقة الثقب الأسود).
في حين أن إشعاع هوكينج حل مشكلة واحدة مع الثقوب السوداء ، إلا أنها خلقت مشكلة أخرى تعرف باسم مفارقة جدار الحماية. عندما تظهر الجسيمات الكمومية في أزواج ، فإنها متشابكة ، مما يعني أنها متصلة بطريقة كمومية. إذا تم التقاط جسيم بواسطة الثقب الأسود ، وهرب الآخر ، فإن الطبيعة المتشابكة للزوج مكسورة. في ميكانيكا الكم ، يمكننا القول أن زوج الجسيمات يظهر في حالة نقية ، ويبدو أن أفق الحدث يكسر هذه الحالة.
في العام الماضي ، تبين أنه إذا كان إشعاع هوكينج في حالة نقية ، فإما أنه لا يمكن أن يشع بالطريقة التي تتطلبها الديناميكا الحرارية ، أو أنه سيخلق جدارًا ناريًا من الجسيمات عالية الطاقة بالقرب من سطح أفق الحدث. غالبًا ما يسمى هذا مفارقة جدار الحماية لأنه وفقًا للنسبية العامة إذا كنت بالقرب من أفق الحدث لثقب أسود ، فلا يجب أن تلاحظ أي شيء غير عادي. تتطلب الفكرة الأساسية للنسبية العامة (مبدأ التكافؤ) أنه إذا كنت تسقط بحرية بالقرب من أفق الحدث ، فلا يجب أن يكون هناك جدار ناري مستعر من الجسيمات عالية الطاقة. اقترح هوكينج في ورقته حلاً لهذه المفارقة من خلال اقتراح أن الثقوب السوداء ليس لها آفاق الحدث. بدلاً من ذلك ، لديهم آفاق واضحة لا تتطلب جدار حماية لإطاعة الديناميكا الحرارية. ومن هنا جاء الإعلان عن "عدم وجود ثقوب سوداء" في الصحافة الشعبية.
لكن تناقض جدار الحماية ينشأ فقط إذا كان إشعاع هوكينغ في حالة نقية ، وتبين ورقة نشرتها سابين هوسينفيلدر الشهر الماضي أن إشعاع هوكينغ ليس في حالة نقية. في ورقتها ، تظهر Hossenfelder أنه بدلاً من كونها بسبب زوج من الجسيمات المتشابكة ، فإن إشعاع هوكينج يرجع إلى زوجين من الجسيمات المتشابكة. يتم حبس زوج متشابك بواسطة الثقب الأسود ، بينما يهرب الزوج الآخر المتشابك. تشبه العملية اقتراح Hawking الأصلي ، لكن جزيئات Hawking ليست في حالة نقية.
لذلك ليس هناك مفارقة. يمكن أن تشع الثقوب السوداء بطريقة تتوافق مع الديناميكا الحرارية ، ولا تحتوي المنطقة القريبة من أفق الحدث على جدار حماية ، تمامًا كما تتطلب النسبية العامة. لذا فإن اقتراح هوكينج هو حل لمشكلة غير موجودة.
ما قدمته هنا هو نظرة عامة تقريبية للغاية على الوضع. لقد غطيت بعض الجوانب الأكثر دقة. للحصول على نظرة عامة أكثر تفصيلاً (وواضحة بشكل ملحوظ) تحقق من مشاركة Ethan Seigel على مدونته Starts With a Bang! تحقق أيضًا من المنشور على مدونة Sabine Hossenfelder ، Back Reaction ، حيث تتحدث عن المشكلة بنفسها.
