علوم

إعداد وتحرير وترجمة د. جواد بشارة

يتسبب إشعاع هوكينغ في تبخر الثقب الأسود.

طرح ستيفن هوكينغ، عالم الكونيات البارز، فرضية مفادها أن إشعاع هوكينغ المنبعث من الثقوب السوداء يؤدي إلى تبخر الثقوب السوداء. واصل العلماء العمل وخلصوا إلى أن الكون كله يمكن أن يتبخر! وفق نظرية إشعاع هوكينغ الشهير ... قام فريق من الباحثين من جامعة رادبود في هولندا بإجراء تعديل حاسم على نظرية ستيفن هوكينغ (1942-2018) التي يرجع تاريخها إلى عام 1974 بشأن تبخر الثقوب السوداء. لقد وسعوا نطاق هذه النظرية إلى جميع الأشياء الرئيسية في الكون. وهكذا يتوقع العلماء أن كل شيء في الكون يمكن أن يتبخر على مدى فترة طويلة بما فيه الكفاية! نُشر هذا البحث في مجلة Physical Review Letters.

تبخر الثقوب السوداء بواسطة إشعاع هوكينغ

تؤكد الأبحاث الجديدة التي أجراها الفيزيائيون وعلماء الفلك أن ستيفن هوكينغ كان محقًا بشأن الثقوب السوداء والإشعاع الذي ينبعث منها، والذي يُطلق عليه إشعاع هوكينغ.

كان ستيفن هوكينغ أحد أعظم علماء الكونيات والفيزياء النظرية في عصرنا. لقد طور معرفتنا بالثقوب السوداء بشكل كبير. في السبعينيات، أصبح مهتمًا بفئة من الثقوب السوداء يكون وجودها ممكنًا وفقًا لنظرية النسبية العامة. وليس المقصود بها جميع الثقوب السوداء. لقد افترض أن هذه الثقوب السوداء الصغيرة يمكن أن تكون بحجم البروتون وتقدر كتلتها بمليار طن! توجد هذه الثقوب السوداء نظريًا لأن نظرية النسبية لا تمنعها. قد تكون موجودة في الكون. ربما كانوا قادرين على التكون في الانفجار العظيم في الكون المبكر بسبب الضغوط الخارجية الهائلة.

درس ستيفن هوكينغ خصائص هذه الثقوب السوداء الدقيقة. وهكذا لاحظ أنهم لا يطيعون قوانين الفيزياء الكلاسيكية. مما يعني أنها لا تخضع للنسبية العامة مثل الثقوب السوداء الكلاسيكية. بل في الواقع، سوف تطيع فيزياء الكم في نطاق اللامتناهي في الصغر. ثم قام بتعديل وصفه للثقب الأسود من خلال تضمين بعض الخصائص الكمومية. وهكذا يكتشف أن ثقبه الأسود الصغير يتبخر بإصدار الطاقة. لقد قام ستيفن هوكينغ للتو باكتشاف جوهري! لا يزال نظريًا حتى يومنا هذا ويعرف باسم إشعاع هوكينغ.

هذا الإشعاع الضعيف يختلف باختلاف الثقب الأسود. إنه ضعيف للغاية بالنسبة للثقوب السوداء فائقة الكتلة والمتوسطة. من ناحية أخرى، يبدو الأمر أكثر أهمية بالنسبة للثقوب السوداء النجمية.

وفقًا لهذه الدراسة، يمكن أن يتبخر هذا القزم الأبيض أيضًا بعد إشعاع هوكينغ.

جمع ستيفن هوكينغ الفيزياء الكلاسيكية، وخاصة نظرية الجاذبية لأينشتاين، مع فيزياء الكم. وهكذا أوضح أن الخلق والإبادة العفوية لأزواج من الجسيمات يحدثان بالقرب من أفق الحدث للثقب الأسود. أفق الحدث هو نوع من "الحدود". وأبعد من ذلك، من المستحيل الهروب من قوة الجاذبية للثقب الأسود. يتكون هذا الزوج من الجسيمات من جسيم وجسيمه المضاد. يتم إنشاؤه لفترة وجيزة جدا ثم يهلك على الفور. ومع ذلك، يمكن أن يحدث أن "يسقط" جسيم واحد في الثقب الأسود ويهرب الآخر على شكل إشعاع يسمى إشعاع هوكينغ. وفقًا لستيفن هوكينغ، ستؤدي هذه الظاهرة في النهاية إلى تبخر الثقب الأسود.

أجرى باحثون من جامعة رادبود بحثًا نظريًا جديدًا. وهكذا أظهروا أن هوكينغ كان محقًا بشأن تبخر الثقوب السوداء، ولكن ليس تمامًا. لقد سعوا لإثبات ما إذا كان وجود أفق الحدث ضروريًا. للقيام بذلك، قاموا بدمج تقنيات من الفيزياء وعلم الفلك والرياضيات. الهدف هو فحص ما يحدث عندما يتم إنتاج مثل هذه الأزواج من الجسيمات في بيئة الثقوب السوداء. اكتشفوا أن هذه الأزواج من الجسيمات يمكن أن تتشكل بعيدًا عن أفق الحدث.

فكل شيء في الكون يمكن أن يتبخر حتى الآن، اعتقد الفيزيائيون أنه لا يوجد إشعاع ممكن بدون أفق حدث كما في حالة الثقوب السوداء. في هذه الدراسة الجديدة، تسعى إلى إظهار أن انحناء الزمكان حيث يتم سحب الجسيمات عن بعضها بواسطة قوى المد لحقل الجاذبية، يلعب في الواقع دورًا مهمًا في تكوين الإشعاع وأن أفق الحدث ليس ضروريًا.

هذه الدراسة، وهي دراسة نظرية، تجعل من الممكن إدراك أن الأجسام في الكون التي ليس لها أفق حدث مثل الأقزام البيضاء أو النجوم النيوترونية أو غيرها من الأشياء لديها أيضًا إشعاع هوكينغ هذا. وهذا يعني أنه بعد وقت طويل جدًا، يمكن أن ينتهي كل شيء في الكون بالتبخر مثل الثقوب السوداء. في الواقع، يمكن أن تنطبق هذه الظاهرة على أي جسم لديه مجال جاذبية.

في انتظار تأكيد محتمل لهذه الظاهرة، تظل هذه الدراسة فرضية. لن يتمكن الفيزيائيون من تأكيد ذلك إلا عندما يكتشفون إشعاع هوكينغ الناتج عن أشياء مثل الثقوب السوداء، وكذلك الكواكب والنجوم أو حتى النجوم النيوترونية. لكن في الوقت الحالي، فإن تسليط الضوء على هذا الإشعاع أمر مستحيل!

***

إعداد وتحرير وترجمة د. جواد بشارة