راه حل استیون هاوکینگ برای حل پارادوکس اطلاعات سیاهچاله ها

او نتایج بررسی‌های خود را در سایت arXiv.org قرار داد تا دیگر اعضای جامعه‌ی فیزیک بتوانند به آن دسترسی داشته باشند و نظریات خود را راجع به آن مطرح کنند. اکنون با گذشت ۶ ماه از آن زمان، نتایج حاصل از این مطالعات به صورت مقاله در مرحله‌ی بررسی پیش از چاپ قرار دارد. در این مقاله راه‌حل‌هایی ارایه شده است تا درک بهتری از مفهوم پارادوکس اطلاعات سیاهچاله‌ها پیدا کنیم. برای فهم اهمیت این موضوع لازم است مروری بر کلیات این زمینه داشته باشیم.

درک اصلی ما از سیاهچاله‌ها، به طور کلی از نظریه نسبیت انیشتین نشات می‌گیرد. در این نظریه این طور مطرح می‌شود که فضای اطراف سیاهچاله به صورت سطحی ریاضی به نام افق رویداد تعریف شده که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد و نقطه‌ی بدون بازگشت است. حتی نور نمی‌تواند از چنگال این پدید‌ه فرار کند. به همین دلیل است که به آن سیاهچاله گفته می‌شود و چون نوری از آن خارج نمی‌شود قابل رویت نیست.

در دهه‌ی ۷۰ میلادی هاوکینگ این نظریه را مطرح کرد که بر اساس قوانین مکانیک کوانتومی ‌تابش گرمایی می‌تواند از سیاهچاله خارج شود. او با بیانی ساده این موضوع را این طور توضیح داد که وقتی سیاهچاله نیمی از یک جفت ذره را می‌بلعد، ذره‌ی دیگر از طریق تابش از آن خارج می‌شود و به فضا بر می‌گردد و در هنگام خروج مقدار کمی انرژی از سیاهچاله می‌رباید.

از این رو یک سیاهچاله با از دست دادن مداوم انرژی خود کوچک و کوچک‌تر شده و در نهایت از بین می‌رود. این پدیده به عنوان "تابش هاوکینگ" شناخته شده است.

صورت مسئله‌ای که در اینجا حل نشده باقی مانده این است که تابش ساطع شده هیچ اطلاعات مفیدی از آنچه سیاهچاله بلعیده است نمی‌دهد و اطلاعات بلعیده شده هم برای همیشه از دست رفته‌اند. از این رو درک ما نسبت به فیزیک مدرن پیشرفت نمی‌کند و همین عامل علم را عقب نگه می‌دارد.

"دنیس اوربای"، نویسنده‌ی معروف کتاب "انیشتین عاشق" در گفتگو با نیویورک تایمز گفته است: «جهان، مانند نوعی ابر رایانه است که می‌تواند هر اتومبیلی را ردیابی کند. فارغ از این که این خودرو یک وانت سبز یا یک پورشه‌ی قرمز باشد در اصل موضوع تفاوتی ایجاد نمی‌کند. حتی اگر این خودروها تخریب شوند باز هم ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها تا ابد محفوظ است.»

از این رو مسئله‌ی سیاهچاله‌ها یک پارادوکس ایجاد کرده است. این مسئله تنها برای اختر فیزیکدانان پر اهمیت نیست بلکه برای ما نیز مهم است. چرا که اگر قوانین فیزیک کوانتوم در مورد سیاهچاله‌ها صادق نباشد چه تضمینی وجود دارد که در مورد ما صدق کند؟

با این حال هاوکینگ فکر می‌کند که پاسخ این سوال را پیدا کرده است و این طور توجیه می‌کند که اطراف سیاهچاله‌ها هاله‌ای از "موی نرم" وجود دارد که قادر به ذخیره‌سازی اطلاعات است.

البته منظور از مو، آن معنای مرسوم نیست بلکه به تحریکات کوانتوم کم‌انرژی اشاره دارد که در اثر تبخیر موارد بلعیده شده توسط سیاهچاله ایجاد می‌شود.

اوربای می‌نویسد: "این الگو مانند پیکسل‌های گوشی آیفون شما یا شیارهای موجی‌شکل یک سی دی است که اطلاعاتی را در بر می‌گیرد که پس از گذشت از افق رویداد ناپدید شده‌اند."

برای رسیدن به این نتیجه گیری، هاوکینگ دو مشکل اصلی مفروضات خود را شناسایی کرده است. او می‌گوید محاسباتی که اطلاعات داخل سیاهچاله را از دست رفته تلقی کردند، اشتباه بوده‌اند.

یکی از فرضیات اشتباه این بود که خلا در گرانش کوانتومی منحصر به فرد در نظر گرفته شده بود و قضیه‌ی غلط دوم این بود که سیاهچاله‌ها را فاقد موی کوانتومی حدس زده بود.

در حال حاضر یافته‌های هاوکینگ و همکارانش تحت بررسی قرار دارد و محققان آن را گامی امیدوار کننده به سوی حل پارادوکس اطلاعات دانسته‌اند.

"گری هورویتز"، از فیزیکدانان دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید: "توجه داشته باشید که این مقاله‌ی جدید مسئله‌ی اطلاعات سیاهچاله را حل نمی‌کند."

آنالیزهای انجام شده باید به جای میدان الکترومغناطیسی گرانش را در نظر بگیرد. نویسندگان مقاله در حال حاضر به دنبال این موضوع هستند و محاسبات اولیه‌ی آن‌ها نشان داده است که با فرض در نظر گرفتن گرانش محض، نتایج مشابه خواهد بود. او در ادامه افزود: "احتمالا موی نرم برای ذخیره‌ی تمام اطلاعات جسم داخل سیاهچاله کافی نباشد. "

انتقاد او نسبت به این راهکار این است که هنوز مشخص نیست اطلاعات موی نرم امضایی از تمام انرژی از دست رفته باشد.

با این حال وی اذعان کرده است: " امکان دارد که تحقیقات بیشتر بتواند پرده از این معما بردارد."

مطمئنا روزی که پاسخ این مسئله روشن شود، در تقویم دنیای فیزیک با رنگ قرمز نمایش داده خواهد شد. چرا که ما را به حل یکی از عجیب‌ترین صورت مسئله‌های هستی نزدیک‌تر ساخته است. 

هاوکینگ در مورد اهمیت حل این مسئله در سال گذشته گفت: "سیاهچاله‌ها آن زندان ابدی که دیگران تصور می‌کنند، نیستند.اگر احساس می‌کنید که در یک سیاهچاله به دام افتاده‌اید، تسلیم نشوید. راهی برای خروج از آن وجود خواهد داشت."