علوم

الكون المتعدد:

أظهر الباحثون بنموذجهم أن عالمين متفاعلين يمكنهما إلغاء السلوك المتوقع للثوابت الكونية المختلفة. وجدوا أن التفاعلات تؤدي إلى سلوك تحكمه ثوابت كونية مشتركة أصغر بكثير من الثوابت الفردية.

يتجنب حساب الثابت الكوني الفعال المشكلة التي يواجهها الباحثون بقيمهم التقريبية السريعة بسبب حقيقة أن الاختلافات بين الكونتين تلغي بعضهما البعض بمرور الوقت.

يقول بارهيزكار: "لا ندعي أبدًا أنه يحل مشكلة الثابت الكوني". لنكون صادقين، هذا بيان متعجرف للغاية. إنها مجرد نظرة عامة جيدة أنه إذا كان لديك كونان بهما ثوابت كونية ضخمة - مثل 120 مرتبة من الحجم أكبر مما نلاحظه - وإذا جمعت بينهما، فلا تزال هناك فرصة للحصول على ثابت كوني فعال صغير جدًا لهما. "

باتباع هذا المنظور الجديد، تعمق Galitski و Parhizkar في نموذج أكثر تفصيلاً لعالمين متفاعلين، يطلق عليهما "عالمان". كل من هذه العوالم مستقلة وفقًا لمعاييرنا العادية، ويتكون كل منها من مجموعات مقابلة من كل المادة وجميع المجالات.

بالإضافة إلى ذلك، فقد شملوا الحقول التي تعيش في كلا العالمين في وقت واحد، والتي أطلقوا عليها "حقول البرمائيات".

الباحثون مفتونون بالنتائج الإضافية الناتجة عن نموذجهم الجديد. اكتشفوا أن جزءًا من النموذج يشبه مناطق مهمة من الواقع عندما وضعوا الحسابات معًا.

يشير نموذج للعالمين أكثر تفصيلاً من أي نموذج موجود سابقًا إلى أن ثابتًا كونيًا صغيرًا يمكن تفسيره من خلال عالمين ويقدم تفاصيل حول كيفية قيام العالمين بصياغة توقيعاتهم الخاصة على إشعاع الخلفية الكونية، والذي استمر منذ فجر التاريخ.

قد تكشف القياسات في الظروف الحقيقية عن هذا التوقيع أو لا تكشفه على الإطلاق. لذلك، قد يستحق هذا المنظور المستوحى من الجرافين مزيدًا من الاهتمام في التجارب المستقبلية، أو قد يكون مجرد إضافة مثيرة للاهتمام لصناديق ألعاب علماء الفيزياء.

اختبرنا نظرية أينشتاين في الجاذبية على مقياس الكون - هذا ما وجدناه. كل شيء في الكون له جاذبية - ويشعر بها أيضًا. ومع ذلك، فإن هذه القوة الأساسية الأكثر شيوعًا هي أيضًا التي تشكل أكبر التحديات لعلماء الفيزياء. كانت نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين ناجحة بشكل ملحوظ في وصف جاذبية النجوم والكواكب، ولكن لا يبدو أنها تنطبق تمامًا على جميع المقاييس.

لقد مرت النسبية العامة سنوات عديدة من الاختبارات القائمة على الملاحظة، من قياس إدينجتون لانحراف ضوء النجوم بواسطة الشمس في عام 1919 إلى الاكتشاف الأخير لموجات الجاذبية. ومع ذلك، تبدأ الفجوات في فهمنا بالظهور عندما نحاول تطبيقها على مسافات صغيرة للغاية، حيث تعمل قوانين ميكانيكا الكم، أو عندما نحاول وصف الكون بأكمله.

اختبرت دراستنا الجديدة، المنشورة في مجلة Nature Astronomy، نظرية أينشتاين على أكبر المقاييس. نعتقد أن نهجنا يمكن أن يساعد يومًا ما في حل بعض أعظم الألغاز في علم الكونيات، وتشير النتائج إلى أن نظرية النسبية العامة قد تحتاج إلى تعديل على هذا المقياس. تتنبأ نظرية الكم بأن الفضاء الفارغ، الفراغ، مليء بالطاقة. لا نلاحظ وجودها لأن أجهزتنا يمكنها فقط قياس التغيرات في الطاقة بدلاً من مقدارها الإجمالي. ومع ذلك، وفقًا لأينشتاين، فإن طاقة الفراغ لها جاذبية مثيرة للاشمئزاز - فهي تفصل مناطق الفضاء الفارغ عن بعضها. ومن المثير للاهتمام أنه في عام 1998 تم اكتشاف أن توسع الكون كان يتسارع بالفعل (اكتشاف نال جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011). ومع ذلك، فإن كمية طاقة الفراغ، أو الطاقة المظلمة كما تم تسميتها، اللازمة لتفسير التسارع هي من حيث الحجم أقل مما تنبأت به نظرية الكم.

ومن هنا فإن السؤال الكبير، الذي أطلق عليه اسم "مشكلة الثابت الكوني القديم"، هو ما إذا كانت طاقة الفراغ تنجذب بالفعل - مما يؤدي إلى قوة الجاذبية وتغيير تمدد الكون.

إذا كان الأمر كذلك، فلماذا تكون جاذبيتها أقل بكثير مما كان متوقعًا؟ إذا لم ينجذب الفراغ إطلاقا، فما الذي يسبب التسارع الكوني؟

لا نعرف ما هي الطاقة المظلمة، لكن علينا أن نفترض أنها موجودة لتفسير توسع الكون. وبالمثل، يجب أن نفترض أيضًا وجود نوع من المادة غير المرئية، تسمى المادة السوداء أو المظلمة، لشرح كيف تطورت المجرات والعناقيد إلى كيفية رصدنا لها اليوم.

تم تضمين هذه الافتراضات في النظرية الكونية القياسية للعلماء، والتي تسمى نموذج لامدا للمادة المظلمة الباردة (LCDM) - مما يشير إلى وجود 70٪ من الطاقة المظلمة و 25٪ من المادة السوداء و 5٪ من المادة العادية في الكون. وقد حقق هذا النموذج نجاحًا ملحوظًا في ملاءمة جميع البيانات التي جمعها علماء الكونيات على مدار العشرين عامًا الماضية.

لكن حقيقة أن معظم الكون يتكون من قوى ومواد مظلمة، تأخذ قيمًا غريبة لا معنى لها، جعلت العديد من الفيزيائيين يتساءلون عما إذا كانت نظرية أينشتاين في الجاذبية بحاجة إلى تعديل لوصف الكون بأكمله.

حدث تطور جديد قبل بضع سنوات عندما أصبح واضحًا أن طرقًا مختلفة لقياس معدل التوسع الكوني، والتي يُطلق عليها اسم ثابت هابل، أعطت إجابات مختلفة - وهي مشكلة تُعرف باسم توتر هابل.

التفريغ، أو التوتر، يقع بين قيمتين من ثابت هابل. الأول هو الرقم الذي تنبأ به النموذج الكوني LCDM، والذي تم تطويره لمطابقة بيانات علماء الفيزياء الذين يقولون: نحن على وشك اكتشاف البعد الخامس وسيغير كل ما نعرفه عن الفيزياء.

يُسأل العلماء أحيانًا عما إذا كانوا يجرون تجارب جديدة في المختبر أو يواصلون تكرار التجارب السابقة بنتائج يمكن التنبؤ بها. في حين أن معظم العلماء يفعلون الشيء الأول، فإن النمو العلمي يعتمد أيضًا على الثاني والتحقق مما إذا كان ما نعتقد أننا نعرفه لا يزال صحيحًا في ضوء المعلومات الجديدة.

قام المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) بفحص بنية وخصائص السيليكون الذي تمت دراسته كثيرًا في تجارب جديدة، وقدمت النتائج نظرة ثاقبة للمكان المحتمل للكشف عن "القوة الخامسة". وفقًا لبيان صحفي، يمكن أن يساعدنا ذلك في فهم كيفية عمل الطبيعة بشكل أفضل.

بعبارات بسيطة، نحتاج فقط إلى ثلاثة أبعاد للفضاء، وهي الشمال والجنوب والشرق والغرب والأعلى للأسفل، الطول والعرض والارتفاع، وبُعد واحد للزمن، أي الماضي - المستقبل، لفهم العالم. ومع ذلك، كما جادل ألبرت أينشتاين في نظريته عن الجاذبية، فإن الكتلة تشوه أبعاد الزمكان.

وفقًا لـ BBC Science Focus، اقترح أوسكار كلاين وثيودور كالوزا في عشرينيات القرن الماضي فرضية خماسية الأبعاد لشرح قوى الطبيعة، بالإضافة إلى الجاذبية، القوة الكهرومغناطيسية الوحيدة المعروفة. ومع ذلك، فقد أدى اكتشاف القوى النووية القوية والضعيفة إلى تقدم فرضية كلاين وكلوزا، والتي تم دمجها مع القوى الكهرومغناطيسية لتطوير النموذج القياسي، والذي يفسر معظم الأحداث الطبيعية وليس كلها.

بينما يلجأ الفيزيائيون إلى نظرية الأوتار لشرح سبب ضعف الجاذبية، فإن فكرة البعد الخامس الواسع عادت للظهور، مما قد يفسر أيضًا وجود المادة المظلمة.

لفهم التركيب البلوري للسيليكون بشكل أفضل، قصفه باحثو NIST بالنيوترونات وقاموا بتقييم كثافة وزوايا وشدة هذه الجسيمات لاستخلاص استنتاجات حول الهيكل.

تتولد الموجات الواقفة بين صفوف أو صفائح الذرات وفوقها عندما تمر النيوترونات عبر التركيب البلوري. عندما تلتقي هذه الموجات، فإنها تنتج أنماطًا صغيرة تعرف باسم اهتزازات pendellösung، والتي توفر معلومات حول القوى التي تواجهها النيوترونات داخل الهيكل.

يتم توصيل كل قوة بواسطة الجسيمات الحاملة، التي يتناسب مداها مع كتلتها.

ونتيجة لذلك، فإن الجسيم عديم الكتلة، مثل الفوتون، له مدى لانهائي والعكس صحيح. إن تحديد النطاق الذي يمكن للقوة أن تعمل فيه يحد أيضًا من قوتها. تمكنت التجارب الحديثة من الحد من قوة القوة الخامسة المفترضة على مقياس طول من 0.02 إلى 10 نانومتر، مما يوفر نطاقًا للبحث فيه عن البعد الخامس الذي تعمل فيه هذه القوة.

قد يؤدي المزيد من البحث في هذا المجال قريبًا إلى اكتشاف البعد الخامس، ولأول مرة في المدارس، يجب على معلمي الفيزياء، مثل الطلاب، التركيز على مفهوم مجرد.

أصبحت الثقوب السوداء أكثر غموضًا، لكنها أكثر قابلية للفهم:

الثقوب السوداء والصور المجسمة أو الهولوغرام: نظرية جديدة تغير فهمنا للكون طرحها عالم الفلك أريان ماري ويدعمها علماء آخرون. يعتقد العلماء أساسًا أن الثقوب السوداء تشبه إلى حد ما الصور المجسمة، حيث يتم ترميز جميع المعلومات اللازمة لإنتاج صورة ثلاثية الأبعاد على سطح ثنائي الأبعاد. هذا وفقًا لبحث جديد يربط بين نظريتين متعارضتين نُشرت في مجلة Physical Review X.

كما تملي نظريات الكم، يمكن أن تكون الثقوب السوداء معقدة بشكل لا يصدق وتحتوي على كمية هائلة من المعلومات ثنائية الأبعاد، على غرار أكبر محركات الأقراص الصلبة الموجودة اليوم.

تتوافق هذه الفكرة الدقيقة مع نظرية النسبية لأينشتاين، التي تصف الثقوب السوداء بأنها ثلاثية الأبعاد وبسيطة وكروية وسلسة، وهو ما تمكنا بالفعل من رؤيته عندما أصدر علماء الفلك أول صورة لثقب أسود في عام 2019. بعبارة أخرى، تبدو الثقوب السوداء ثلاثية الأبعاد، تمامًا مثل الصور المجسمة.

بالنسبة لعلماء الفيزياء الفلكية، تشكل الثقوب السوداء تحديات نظرية صعبة لأسباب عديدة. هم، من جانبهم، ممثلون ممتازون للمفارقات العظيمة للفيزياء النظرية من خلال الجمع بين مبادئ نظرية أينشتاين للنسبية العامة مع مبادئ فيزياء الجاذبية الكمومية.

وفقًا للنظرية الحالية، فإن الثقوب السوداء هي أجسام بسيطة بدون أي معلومات. وفقًا لفيزياء الكم، كما أخبرنا البحث النظري من قبل جاكوب بيكينشتاين وستيفن هوكينغ، فهي أكثر الأنظمة الموجودة تعقيدًا والمعروفة في الكون، لأنها تتميز بانتروبيا هائلة، والتي تقيس مدى تعقيد النظام، وبالتالي فهي تحتوي على الكثير من المعلومات. لدراسة الثقوب السوداء، استخدم مؤلفا الدراسة الجديدة، فرانشيسكو بينيني وباولو ميلان - علماء من SISSA (المدرسة الدولية للدراسات المتقدمة) و INFN (Instituto Nazionale de Fisica Nucleare) - فكرة تأسست هناك منذ 30 عامًا تسمى المبدأ الهولوغرافي.

في الدراسات الجديدة، أوضح الباحثون أن هذا المبدأ المبتكر والمعارض إلى حد ما يقترح أنه يمكن التعبير عن سلوك الجاذبية في منطقة معينة من الفضاء بدلاً من ذلك من خلال نظام معقد، يعيش فقط على طول حافة هذه المنطقة، لذلك، يوجد في بعد واحد أقل.

قبل كل شيء، أوضح الباحثون أنه في هذا الوصف البديل (المعروف باسم التصوير المجسم)، لا تظهر الجاذبية بشكل صريح. بمعنى آخر، يسمح لنا مبدأ الهولوغرام بوصف الجاذبية باستخدام لغة لا تحتوي على الجاذبية، وبالتالي تجنب الاحتكاك بميكانيكا الكم.

قد يبدو الأمر مربكاً كذلك، لكنه في الحقيقة ليس كذلك. ما فعله بينيني وميلانو هو تطبيق نظرية مبدأ التصوير المجسم على الثقوب السوداء. بهذه الطريقة، أصبحت خصائصها الديناميكية الحرارية الغامضة أكثر قابلية للفهم: التركيز على التنبؤ بأن هذه الأجسام لديها نسبة عالية من الانتروبيا والنظر إليها من منظور ميكانيكا الكم، مما يسمح لنا بوصفهم على أنهم صورة ثلاثية الأبعاد: لديهم بعدين تختفي فيهما الجاذبية، لكنهم يعيدون إنتاج كائن ثلاثي الأبعاد. لكن هناك المزيد. أكثر بكثير. فوفقًا لمؤلفي الدراسات الجديدة، هذه ليست سوى الخطوة الأولى نحو فهم أعمق لهذه الأجسام الكونية والخصائص التي تميزها عندما تتقاطع ميكانيكا الكم مع النسبية العامة. كما يؤكد علماء الفيزياء بأنه يمكن أن تكون هناك ثقوب دودية تم الكشف عنها بمساعدة تلسكوب جيمس ويب. يقول الباحثون إن 40 مليار ثقب أسود موجود في الكون وفقًا لدراسة تم تلقيها من عالمنا، يوجد حوالي 40 مليار مليار ثقب أسود في الكون المرئي.

الثقوب السوداء هي أجسام كونية رائعة ولكنها غامضة منتشرة في جميع أنحاء الكون. لسوء الحظ، لا نعرف الكثير عنهم، وبالكاد تمكنا من التقاط صورة لتلك الموجودة في مجرة أخرى.

لكن ما هي الثقوب السوداء بالضبط؟

بحكم التعريف، الثقب الأسود هو جسم فلكي له قوة جاذبية قوية بحيث لا يمكن لأي شيء، ولا حتى الضوء، الهروب منه. "سطح" الثقب الأسود، المسمى الأفق الكلي أو أفق الحدث، يتحدى الحد حيث تتجاوز السرعة المطلوبة لتجنبه سرعة الضوء، وهي السرعة القصوى في الكون. ونتيجة لذلك، فإن المادة والإشعاع محتجزان ولا يمكنهما الخروج.

تمت دراسة فئتين رئيسيتين من الثقوب السوداء على نطاق واسع على مر السنين. تنتشر الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، التي تتجاوز كتلة الشمس من ثلاث إلى عشرات مرات، في جميع أنحاء مجرتنا، مجرة درب التبانة، بينما توجد وحوش فائقة الكتلة تزن ما بين 100000 ومليارات من الكتل الشمسية في مراكز المزيد من المجرات العملاقة. تشير بعض النظريات إلى أن الثقوب السوداء هي بقايا أكوان أخرى. من ناحية أخرى، تشير دراسات أخرى إلى أن هذه الوحوش الكونية يمكن أن تكون بمثابة أنفاق في الفضاء، مما يسمح لنا بالوصول بسهولة إلى مسافات لا يمكن تخيلها. يبقى أن نرى ما إذا كانت الدراسات المذكورة أعلاه صحيحة أم خاطئة.

تم أخذ الإجابة عن السؤال حول عدد الثقوب السوداء الموجودة في الكون من قبل طالب الدكتوراه في SISSΑ أليكس سيسيليا، تحت إشراف البروفيسور أوبيدريا لابي والدكتور لوميب بوكو، إلى جانب متعاونين آخرين من المدرسة الإيطالية بالإضافة إلى أقسام مختلفة. و iпterпatioпal iпstitutioпs.

في إحدى الأوراق البحثية - التي ستتبعها - المنشورة في مجلة Αstrophysical Journal، فحص المؤلفون ديموغرافيا الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، وهي ثقوب سوداء ذات كتل تتراوح بين بضع عشرات إلى بضع مئات من الكتل الشمسية. كتلة الحياة من النجوم الضخمة.

وجد الخبراء بيانات مذهلة: أولاً، يدعي الباحثون أن حوالي 1٪ من المادة العادية (الباريوية) في الكون عالقة في الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية. ثانيًا، وربما الأهم من ذلك، وجد العلماء أن عدد الثقوب السوداء في الكون المرئي أقل من 40 تريليون.

حساب قمة الثقوب السوداء في الكون:

"تم تحقيق هذه النتيجة المهمة من خلال نهج أصلي يجمع بين أحدث رموز التطور النجمي والبيولوجي SEVN الذي طوره الباحث في SISSΑ الدكتور ماريو سبرا، مع وصفات تجريبية للخصائص الفيزيائية ذات الصلة للمجرات، ولا سيما المعدل وأوضح الباحثون أن تكوين النجوم، وكمية الكتلة النجمية، ومعدنية الوسط بين النجوم (وكلها مهمة في تحدي ظلال وكتل الثقوب السوداء النجمية).

إن تحليل تركيبة الثقوب السوداء في الكون المرئي ليس الموضوع الوحيد الذي درسه العلماء في هذا البحث. فبالاشتراك مع الدكتور أوغو دي أرلو والبروفيسور ميشيلا مابيلي من جامعة بادوا، استكشف الباحثون أيضًا التكوينات المختلفة للثقوب السوداء ذات الكتل المختلفة، مثل النجوم الفردية والأنظمة الحيوية والعناقيد النجمية. وبناءً على أبحاثهم، يقترح العلماء أن الثقوب السوداء النجمية الأكبر حجمًا تتكون أساسًا من الأحداث الديناميكية في العناقيد النجمية.

أظهرت الدراسة أن مثل هذه الأحداث ضرورية لشرح وظيفة الكتلة للثقوب السوداء المدمجة كما تم تقديرها من ملاحظات موجات الجاذبية من خلال تعاون LIG / Virgo.

أعلن فريق بحث بلغاري عن طريقة يقول إنه يمكن استخدامها للكشف عن الثقوب الدودية، وهي الهياكل النظرية التي، إذا ثبت وجودها، قد تكون قادرة على ربط نقاط متباعدة في الزمكان.

لطالما استحوذت الثقوب الدودية على خيال علماء الفيزياء. يفسر هذا الانبهار جزئيًا بحقيقة أن الثقوب الدودية، مثل مفهوم السفر عبر الزمن، متوافقة مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين. على الرغم من معقولية هذه المفاهيم النظرية، لا يزال يتعين على العلماء العثور على ارتباطات لهذه المفاهيم في الواقع العملي.

يُعد اكتشاف الثقوب الدودية مشكلة، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن هذه الهياكل التي تنحني للعقل لا يمكن تمييزها تقريبًا عن الثقوب السوداء، وهي مناطق من الفضاء تكون نتاجًا محتملاً لنجم نفد وقوده وانهار على نفسه. عرف العلماء ذلك في المقام الأول من خلال الجاذبية الشديدة التي يمارسونها على الأجسام القريبة في الفضاء. إذا أضفنا إلى هذا التشابه مع الثقوب السوداء حقيقة أننا ما زلنا غير متأكدين من وجود الثقوب الدودية بالفعل، فقد يصبح اكتشافها أكثر صعوبة.

ومع ذلك، قد يتغير هذا قريبًا، وفقًا لنتائج فريق من جامعة صوفيا، بلغاريا، الذين يدعون أنهم طوروا طريقة جديدة جديدة يمكن أن تساعد العلماء على معرفة الفرق بين الثقوب السوداء وأبناء عمومتهم الثقوب الدودية الافتراضية.

في ورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Physical Review D، درس الفريق المؤلف من فالنتين ديليسكي، وجالين جيولشيف، وبيتيا نيدكوفا، وستويتشو يازادجيف، الاستقطاب الخطي الناتج عن أقراص التراكم، وتكوينات المادة الدوارة المرئية حول الثقوب السوداء والأجسام الفلكية الأخرى التي تتكون منها في المقام الأول من الغاز أو البلازما أو الغبار النجمي.

وفقًا لورقة الفريق، بحث العلماء عن توقيعات محددة في خصائص الاستقطاب لهذه التكوينات، على أمل أن تساعدهم في تحديد الفرق بين الثقوب السوداء والثقوب الدودية المرشحة المحتملة.

وفقًا لورقة الفريق، اعتمدت دراستهم على تحليل صور مناطق الفضاء المشتبه في احتوائها على ثقوب دودية، بما في ذلك زوايا ميل مختلفة، مقارنة بالصور غير المباشرة التي تظهر عدسة جاذبية قوية، وأخيرًا، الصور التي تظهر الإشعاع المستقطب الذي "يصل إلى المراقب المقارب من خلال حلق الثقب الدودي ". ثم تمت مقارنة هذه الصور بواحدة من أبسط أنواع الثقوب السوداء، والمعروفة باسم ثقب شوارزشيلد الأسود. صممه كارل شوارزشيلد في عام 1915، بعد وقت قصير من كشف أينشتاين عن نظريته في النسبية العامة، يُعتقد أن هذه الثقوب السوداء تمتلك كتلة ولكن ليس بها شحنة كهربائية أو دوران. بناءً على هذه المقارنات، كان الفريق قادرًا على إنتاج نموذج جديد ومبسط لحلق ثقب دودي افتراضي، والذي سمح لهم بعمل تنبؤات حول كيفية تصرف المواد المحيطة به، بشكل مختلف عن المادة التي يمتصها الثقب الأسود.

وفقًا لنماذج الباحثين، فإن الضوء المنبعث من الجسيمات المحيطة بالثقب الدودي سيكون مستقطبًا بواسطة الحقول المغناطيسية القوية التي تنتجها. من قبيل الصدفة، تم بالفعل اكتشاف هذه الأنواع من الانبعاثات المستقطبة في السنوات الأخيرة، مما أدى إلى ظهور الصور الأولى لـ M87 التي تم التقاطها في عام 2019. كما أسفرت الاكتشافات المماثلة عن صور لـ Sagittarius A * تم التقاطها في وقت سابق في عام 2022.

استنادًا إلى نماذج الفريق، يمكن أن يكون M87 نفسه ثقبًا دوديًا، مما يترك الباب مفتوحًا أمام احتمال أن تكون الثقوب الدودية مرتبطة بالعديد من الثقوب السوداء الأخرى. السؤال هو كيف نكتشفها.

تتمثل إحدى الطرق في ملاحظة الثقوب الدودية المشتبه بها بشكل غير مباشر باستخدام عدسة الجاذبية، والتي يمكن أن تكشف عن بعض الخصائص التي يقترحها الفريق البلغاري في النمذجة التي تميز هذه الهياكل عن الثقوب السوداء. كما لاحظوا في ورقتهم، "لوحظت اختلافات أكثر أهمية في صور العدسة القوية غير المباشرة"، مضيفين أن كثافة الاستقطاب على طول الثقوب الدودية المشتبه بها "يمكن أن تزداد بترتيب من حيث الحجم بالنسبة لثقب شوارزشيلد الأسود.

من ناحية أخرى، إذا تم الكشف عن مرشح مفترض ويمكن ملاحظته بزاوية حيث يتم ملاحظة الضوء يمر من مدخله ويسير في اتجاه الأرض، يمكن أن تسمح التواقيع الناتجة أيضًا باكتشاف ثقب دودي. أكثرعلى وجه التحديد، يصف الباحثون أن "الإشعاع القادم من المنطقة على الجانب الآخر من الحلق الدوامي ينتج عنه تكوين هيكل إضافي لصور الحلقة"، والتي يمكن تمييزها بسبب "خصائص الاستقطاب المتميز".

على الرغم من اعتراف الفريق بأنه سيكون من الصعب التمييز بين الدوامات بناءً على الاستقطاب الذي تنتجه فقط، فإن الصور التي تظهر انعكاسًا قويًا للجاذبية واستقطاب الإشعاع أثناء مروره عبر مدخل الدوامة مفيدة. من خلال توفير "إشارات مميزة يمكن أن تكون بمثابة تحقيقات" لأجسام بلا أفق ".

بعبارة أخرى، يمكن للتركيبات الفريدة من التوقيعات التي يصفها الفريق، بناءً على نماذجهم الجديدة، أن تقطع شوطًا طويلاً في اكتشاف الثقوب السوداء التي تتصرف مثل الثقوب الدودية.. هياكل الزمكان التي تم الحديث عنها لفترة طويلة ويمكن أن يكون ذلك مختبئًا عن مرأى العلماء من البداية.

نُشرت ورقة الفريق، بعنوان "صورة مستقطبة للانبعاثات الاستوائية في فضاءات بلا أفق: الثقوب الدودية العابرة"، في مجلة Physical Review D في 10 نوفمبر 2022.

إلى أين تقود الثقوب السوداء؟

إذن أنت على وشك القفز إلى ثقب أسود. ما الذي يمكن أن يخبئه لك إذا نجحت رغم كل الصعاب؟ إلى أين ستنتهي وما هي القصص الشيقة التي يمكن أن تخبرها إذا كان بإمكانك العودة إلى حيث بدأت؟

يقول البروفيسور ريتشارد ماسي "من يعلم؟" هي الإجابة الأساسية على كل هذه الأسئلة. بصفته زميلًا في الجمعية الملكية في معهد علم الكونيات الحسابي بجامعة دورهام، يعرف ماسي الكثير عن ألغاز الثقوب السوداء. "السقوط في أفق الحدث يشبه تجاوز الحجاب. بمجرد أن يسقط شخص ما، لا يمكن لأحد أن يرسل رسالة مرة أخرى، "قال. "الجاذبية الهائلة ستمزقهم، لذلك أشك في أن أي شخص يسقط من خلاله سيصل إلى أي مكان."

يبدو الأمر وكأنه إجابة مؤلمة ومخيبة للآمال، وهي كذلك. كان يُعتقد أن نظرية النسبية العامة لأينشتاين قد تنبأت بالثقوب السوداء من خلال ربط أعمال الزمكان بعمل الجاذبية. منذ ذلك الحين، عرف العلماء أن الثقوب السوداء تتشكل عندما يموت نجم ضخم ويترك وراءه نواة صغيرة كثيفة. إذا كانت كتلة هذا النواة تزيد عن ثلاثة أضعاف كتلة الشمس، فإن جاذبيتها ستكون قوية جدًا لدرجة أنها ستنهار إلى نقطة واحدة هي الفرادة، أو التفرد، يُعتقد أنها المركز اللامتناهي للثقب الأسود.

سيكون للثقب الأسود الناتج غير القابل للسكن قوة جاذبية قوية بحيث لا يمكن حتى للضوء الهروب. لذلك لا توجد طريقة للخروج من أفق الحدث، وهي النقطة التي يمكن للضوء والمادة فيها التحرك نحو الداخل فقط، كما اقترح عالم الفلك الألماني كارل شوارزشيلد. قال ماسي إن قوى المد والجزر ستحول جسمك إلى سلاسل من الذرات، وسينهار الشيء في النهاية عند التفرد. يبدو من المستحيل تمامًا أن تتمكن من الخروج من مكان ما، ربما على الجانب الآخر.

ثم قد هناك ثقب دودي

أين هذا؟ على مر السنين، تلاعب العلماء بفكرة أن الثقوب السوداء يمكن أن تكون ثقوب دودية تؤدي إلى مجرات أخرى. حتى أن البعض قالوا إنهم يمكن أن يكونوا وسيلة للوصول إلى عالم آخر.

هذا النوع من الأفكار موجود منذ فترة طويلة. في عام 1935، توصل آينشتاين وناثان روزين إلى فكرة جسور الزمكان التي تربط بين مكانين مختلفين. لكن في الثمانينيات، أثار الفيزيائي كيب ثورن، أحد أبرز الخبراء في العالم في الآثار الفيزيائية الفلكية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين، سؤالًا حول ما إذا كان يمكن للأشياء أن تمر عبرها بالفعل.

قال ماسي: "عندما كنت طفلاً، أصبحت مهتمًا بالفيزياء لأول مرة عندما قرأت كتاب كيب ثورن الشهير عن الثقوب الدودية." من ناحية أخرى، لا يبدو أن هناك أي ثقوب دودية.

قدم ثورن نصيحته الخبيرة للأشخاص الذين صنعوا فيلم Interstellar. في كتابه "The Science of Interstellar"، كتب: "لا نرى أي أشياء في كوننا يمكن أن تتحول إلى ثقوب دودية مع تقدمنا في العمر" (WW Norton and Company، 2014). يقول ثورن إن السفر عبر هذه الأنفاق المحتملة سيبقى على الأرجح في عالم الخيال العلمي، حيث لا توجد أدلة كثيرة على أن الثقب الأسود يمكن أن يسمح بمثل هذا المرور. ومع ذلك، لا يمكننا الاقتراب بما يكفي لنرى بأنفسنا. لا يمكننا حتى تخيل ما يحدث داخل الثقوب السود. نظرًا لأن الضوء لا يمكن أن يخرج من جاذبيتها القوية، لا تستطيع الكاميرا التقاط أي شيء. كما هي، تقول النظرية أن أي شيء فوق أفق الحدث يضاف إلى الثقب الأسود. لأن الزمن يقترب من هذا الحد، يبدو أنه يحدث ببطء شديد، لذلك لن تأتي الإجابات بسرعة.

قال دوجلاس فينكباينر، أستاذ علم الفلك والفيزياء بجامعة هارفارد: "أعتقد أن القصة المعيارية هي أنها تؤدي إلى نهاية الزمن". "شخص ما ينظر من بعيد لن يرى صديقه رائد الفضاء يسقط في الثقب الأسود. بسبب انزياح الجاذبية إلى الأحمر، مع اقترابها من أفق الحدث، فإنها ستصبح أكثر احمرارًا وأقل سطوعًا. لكن الصديق يقع في الوقت المناسب، في مكان ليس "إلى الأبد".

قد يؤدي الثقب الأسود إلى ثقب أبيض. بالتأكيد، إذا أدت الثقوب السوداء إلى مجرة أخرى أو إلى كون آخر، فلا بد من وجود شيء ما لإيقافها. قال إيغور نوفيكوف، عالم الكونيات الروسي، في عام 1964 إنه يمكن أن يكون "ثقبًا أبيض". وقال نوفيكوف إن ثقبًا أبيض وثقبًا أسود كانا متصلين في الماضي. يختلف الثقب الأبيض عن الثقب الأسود في ذلك الضوء ويمكن للمادة أن تنفجر لكنها لا تستطيع الدخول.

واصل العلماء درس الرابط المحتمل بين الثقوب السوداء والثقوب البيضاء. في ورقة بحثية نُشرت عام 2014 في مجلة Physical Review D، ذكر كارلو روفيلي وهال إم هاغارد، "هناك مقياس كلاسيكي يرضي معادلات أينشتاين خارج منطقة زمكان محدودة حيث تسقط المادة في ثقب أسود ثم تأتي. من ثقب أبيض. بعبارة أخرى، عندما تموت الثقوب السوداء، يمكنها بصق كل المواد التي ابتلعتها وتتحول إلى ثقوب بيضاء. سيتوقف انهيار الثقب الأسود ولن تضيع المعلومات التي يحتويها. بدلاً من ذلك، سيكون هناك ارتداد كمي، والذي من شأنه أن يخرج المعلومات. إذا كان هذا صحيحًا، فسوف يلقي الضوء على نظرية قدمها عالم الكونيات والفيزياء النظرية السابق بجامعة كامبريدج ستيفن هوكينغ في السبعينيات، حيث كان يعتقد أن التقلبات الكمومية تسببت في إطلاق الثقوب السوداء للجسيمات والإشعاع، وهي حرارة حرارية.

قال فينكباينر، "قال هوكينغ إن الثقب الأسود لا يدوم إلى الأبد." تنبأ هوكينغ في ورقة عام 1976 نُشرت في مجلة Physical Review D أن الثقب الأسود سيفقد طاقته ويتقلص ويختفي إذا تعرض للإشعاع. قال إن الإشعاع الصادر من الثقب الأسود سيكون عشوائيًا ولن يقول شيئًا عما سقط هناك. هذا يعني أنه عندما ينفجر الثقب الأسود، ستضيع كمية هائلة من المعلومات.

أظهر هذا أن نظرية هوكينغ تتعارض مع نظرية الكم، التي تقول لا يمكن فقدان المعلومات. تقول الفيزياء إن العثور على المعلومات يصبح أكثر صعوبة وأصعب لأنه في حالة فقدها، لا يمكنك معرفة ما حدث في الماضي أو ما سيحدث في المستقبل. أدت نظرية هوكينغ إلى "مفارقة معلومات الثقب الأسود"، والتي لطالما كانت مصدر إرباك لعلماء الفيزياء. قال بعض الناس إن هوكينغ كان مخطئًا تمامًا، وقال هوكينغ نفسه إنه كان مخطئًا في عام 2004 في اجتماع علمي في دبلن.

لذا، هل يجب أن نعود إلى فكرة أن الثقوب السوداء تنبعث منها معلومات تم حفظها وترسلها عبر ثقب أبيض؟ في دراسة نشرت عام 2013 في مجلة Physical Review Letters، استخدم خورخي بولين من جامعة ولاية لويزيانا ورودولفو جامبيني من جامعة الجمهورية في مونتيفيديو، أوروغواي الجاذبية الكمية الحلقية لمراقبة ثقب أسود. لقد وجدوا أنه كلما اقتربت من مركز الجاذبية، تزداد قوة، ولكن كلما ابتعدت، تضعف وتضرب أي شيء يحدث في جزء آخر من الكون. دعمت النتائج فكرة أن الثقوب السوداء تشبه الأبواب. في هذه الدراسة، لا يوجد تفرد، لذا فهي لا تبني جدارًا منيعًا يسحق كل شيء يعبر من خلاله. هذا يعني أيضًا أن البيانات لا تختفي.

ربما لا تؤدي الثقوب السوداء إلى أي مكان

لكن أحمد المهيري، ودونالد مارولف، وجوزيف بولشينسكي، وجيمس سولي، وجميعهم فيزيائيون، اعتقدوا أن هوكينغ قد يكون حصل على شيء ما في بحثه. لقد اعتمدوا على فكرة تسمى "AMPS Firewall"، والمعروفة أيضًا باسم "فرضية جدار حماية الثقب الأسود". مما اكتشفوه، يمكن لميكانيكا الكم أن تحول أفق الحدث إلى جدار ضخم من النار يحرق أي شيء يلمسه في لحظة. بهذه الطريقة، لا تذهب الثقوب السوداء إلى أي مكان، حيث لا يمكن لأي شيء أن يدخل إلى الداخل.

لكن هذا يتعارض مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين. إذا عبر جسم ما أفق الحدث، فسيكون في حالة سقوط حر، ويقول مبدأ التكافؤ إن الشيء، أو الشخص، في السقوط الحر لن يشعر بكامل قوة الجاذبية. يمكن أن يتبع هذا قواعد الفيزياء الموجودة في أجزاء أخرى من الكون، ولكن حتى لو لم ينتهك مبدأ أينشتاين، فإنه سيدحض نظرية المجال الكمي أو يقترح أن المعلومات قد تضيع.

مكان لا يعرف فيه شيء:

تقدم هوكينغ للمرة الثانية. في مقال كتبه عام 2014، قال إنه لا يوجد "أفق حدث". وبدلاً من ذلك، قال إن الانهيار الجاذبي سيخلق "أفقًا واضحًا".

سيحمل هذا الأفق أشعة الضوء التي حاولت مغادرة مركز الثقب الأسود "لفترة من الزمن". طريقته الجديدة في التفكير هي أن الآفاق الظاهرة تحتفظ مؤقتًا بالمادة والطاقة قبل أن تفصلها وتتركها تذهب. يتناسب هذا التفسير جيدًا مع نظرية الكم، التي تقول إن المعلومات لا يمكن تدميرها، وإذا تم إثبات ذلك، فإنها تقول إن أي شيء يمكن أن يخرج من الثقب الأسود.

حتى أن هوكينغ قال إن الثقوب السوداء قد لا تكون حقيقية. كتب: "الثقوب السوداء مفترضة سيتم إعادة تخيلها كحالات مرتبطة ثابتة في مجال الجاذبية ". لن يكون هناك تفرد، وسيتحرك المجال المرئي إلى الداخل بسبب الجاذبية، لكنه لن يصل أبدًا إلى المركز ويصبح كتلة كثيفة.

ومع ذلك، فإن المعلومات التي يتم الحصول عليها لن تكون هي نفسها التي تم أخذها. إذا نظرت إلى ما يحدث، لا يمكنك معرفة ما يحدث، وهي مشكلة في حد ذاتها، خاصة بالنسبة لشخص يجد نفسه في مثل هذا الموقف المخيف. لن يشعروا بنفس الشيء مرة أخرى.

هناك شيء واحد مؤكد: سيقضي العلماء الكثير من الوقت في حل هذا اللغز لفترة طويلة قادمة. اقترح روفيلي وفرانشيسكا فيدوتو مؤخرًا أن بقايا الثقوب السوداء المتبخرة يمكن أن تكون جزءًا من المادة المظلمة. صدرت ورقة هوكينغ حول الثقوب السوداء و "الشعر الرخو" في عام 2018 وتشرح كيف تُترك جزيئات الطاقة الصفرية حول أفق الحدث، مما يشير إلى أن المعلومات لا تضيع بل يتم التقاطها.

كان هذا مخالفًا لنظرية الفيزيائي جون أرشيبالد ويلر John Archibald Wheeler، الذي قال إن المراقب لن يكون قادرًا على التمييز بين الثقوب السوداء لأنه لن يتم الاحتفاظ بأي من الشحنات الزائفة الخاصة لفيزياء الجسيمات. إنها فكرة مثيرة للاهتمام، لكن من غير المرجح أن يتم قبولها كإجابة على السؤال عن المكان الذي تؤدي إليه الثقوب السوداء. نحتاج فقط إلى معرفة كيفية الدخول في واحدة.

هل تموت الثقوب السوداء؟ و إذا كان ذلك يحدث فكيف يكون؟

-كل شئ في هذه الدنيا يعيش و يموت,,,, فماذا عن الثقوب السوداء.

***

د. جواد بشارة