تضيف دراسة نظرية جديدة دعمًا جديدًا لفكرة أن النمط الرياضي للتموجات في هندسة الزمكان يمكن أن يؤدي إلى ظهور متفردات عارية وثقوب سوداء مجهرية. يؤدي هذا الاكتشاف الجديد إلى تقدم البحث في موضوع حير علماء الفيزياء لعقود من الزمن.
في عام 1997، ستيفن هوكينج واعترف بالهزيمة الشهيرة في رهان عام 1991 مع زملائه من علماء الفيزياء النظرية كيب ثورن و جون بريسكيل حول احتمال وجود متفردات عارية: أجسام مثل الثقوب السوداء ولكن بدون أفق الحدث (نقطة لا يمكن للضوء وكل المواد الأخرى الهروب منها)، مما يجعلها قابلة للرصد. اعترف هوكينج في النهاية بإمكانية وجود مثل هذه الأشياء. جائزة ثورن وبريسكيل؟ “قمصان” لتغطية “العري”.“
الدليل على تأثر هوكينج جاء من عالم فيزياء ماثيو تشوبتويك. في عام 1993، درس تشوبتويك مجموعة محددة من الحلول لمعادلات النسبية العامة لألبرت أينشتاين. وعندما تم حلها عدديا، على ما كان يعتبر في ذلك الوقت حاسوبا فائقا، أظهر كيفية القيام بذلك يمكن أن تحدث التفردات العارية من الناحية النظرية في ظل ظروف محددة للغاية.
وجد تشوبتويك أنه من خلال نمذجة انهيار الجاذبية لشكل بسيط من المادة، مثل الحقل، وضبط الظروف الأولية، يمكن بناء حالة غير مستقرة. أصبحت هذه الحالة النظرية تُعرف لاحقًا باسم بلورة الزمكان – وهي نمط رياضي متكرر ذاتي التنظيم من التموجات في هندسة الزمكان – تحتوي على تفرد ذو انحناء لا نهائي (تفرد عاري). ونظرًا لأن مثل هذا التفرد لا يتشكل داخل الثقب الأسود، فمن الممكن نظريًا ملاحظته.
ولكن تشبه إلى حد كبير مرحلة الانتقال من الماء السائل إلى الجليد، فإن هذه الحالة حساسة، حيث يتأرجح المجال على الحافة بين التبدد ليصبح مساحة فارغة أو تشكيل مجهرية الثقب الأسود.
ومع ذلك، ظلت هناك شكوك كبيرة حول وجود مثل هذه الدولة، حتى من الناحية النظرية.
“كلما قمت بصياغة نظام باستخدام الكود الرقمي، ستواجه دائمًا مشكلة لأنه لا يمكنك سوى تمثيل عدد محدود من الأرقام على جهاز الكمبيوتر،” مؤلف مشارك في الدراسة كريستيان إيكروقال عالم الفيزياء الفلكية في جامعة جوته في ألمانيا لموقع Live Science. “لم يكن من الممكن لعمليات المحاكاة الحاسوبية التاريخية أن تذهب أبعد من ذلك قبل أن يصبح عدم الدقة أمرًا لا مفر منه.”
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
على الرغم من أن الطرق الرقمية الحديثة توفر دقة أعلى بكثير، إلا أنها ليست دقيقة ولا يمكنها أبدًا توفير فهم عميق للظاهرة التي تقدمها الطرق التحليلية التقليدية (مثل معالجة المعادلات باستخدام الجبر وحساب التفاضل والتكامل).
في الدراسة الجديدة التي نشرت في 12 مايو في المجلة رسائل المراجعة البدنيةوصف الباحثون رياضيًا تكوين بلورات الزمكان والتفردات المجردة والثقوب السوداء المجهرية بدقة.
رسم توضيحي لـ “بلورة” الزمكان (يسار) مقارنة بشبكة بلورية طبيعية (يمين).
(حقوق الصورة: TU Wien)
حل القلم والورقة
لقد نجحوا باستخدام القلم والورق فقط، وبعض البراعة الرياضية. “عندما يجد الفيزيائيون معاملًا صغيرًا، فإنهم يكونون سعداء لأنه يمكنهم أولاً حل المعادلات عندما تكون هذه المعلمة صفرًا، ثم إضافة تصحيحات صغيرة إليها باستخدام نظرية الاضطراب القياسية،” مؤلف مشارك دانيال جروميلروقال عالم الفيزياء الفلكية في معهد الفيزياء النظرية بجامعة فيينا للتكنولوجيا لموقع Live Science. “النسبية العامة في حد ذاته لا يحتوي على معلمة صغيرة، ولكن إذا قمت بحقن معلمة صغيرة [one over the number of dimensions and let this number be huge]… ثم يمكنك استخدام هذه الأدوات المضطربة والتعامل مع المعادلات الصعبة للغاية.
عند اعتبار عدد الأبعاد لا نهائيًا، يمكن أن يتناسب الحل الدقيق للفريق مع بضعة أسطر فقط. هذا الحل غير واقعي لأننا بالتأكيد لا نعيش في عالم الكون اللانهائي الأبعاد. ومع ذلك، عندما خفضوا عدد الأبعاد إلى أرقام أكثر واقعية، تطلب الحل مصطلحات إضافية جعلت التعبيرات أكثر تعقيدًا من أي وقت مضى.
قال جروميلر: “أدنى بُعد يمكننا الاتصال به باستمرار حتى الآن هو 52، لكن البيانات الرقمية تمتد فقط حتى البعد 14، لذا هناك فجوة”، مشيرًا إلى حقيقة أن تقنيات القلم والورق والتقنيات الرقمية ليست دقيقة بما يكفي لعبور المسارات حتى الآن.
وأضاف جروميلر: “في المستقبل، نخطط لتوسيع الأرقام إلى أبعاد أعلى، حتى نتمكن من ربط الاثنين فعليًا”.
إن القيام بذلك من شأنه أن يوفر حجة مقنعة مفادها أن بلورات الزمكان، والتفردات المجردة، والثقوب السوداء المجهرية ممكنة رياضيًا في كون مثل عالمنا – ومع ذلك، فإن هذا لا يزال لا يثبت أنها موجودة بالفعل في الواقع. في النهاية، ربما يكون هوكينج قد منح تلك القمصان في وقت مبكر جدًا.
إيكر، سي.، إيكر، إف، وجروميلر، د. (2026). الحلول التحليلية المنفصلة والمتشابهة ذاتيًا لآينشتاين-كلاين-جوردون على نطاق واسع د. رسائل المراجعة البدنية, 136(19)، 191401. https://doi.org/10.1103/qgl5-5l3t
تعرف على مقدار ما تعرفه عن الثقوب السوداء من خلال موقعنا مسابقة الثقب الأسود!
