تفسير مفارقة هوكينغ عن الثقوب السوداء - فابيو باكوتشي

لمتابعة الدرس كاملًا: https://ed.ted.com/lessons/hawking-s-black-hole-paradox-explained-information-paradox

في هذه الآونة، تنذر أكبر المفارقات في الكون بفض عُقدة العلم المعاصر: إنها مفارقة معلومات الثقوب السوداء.
إن أي جسيم في الكون يرتد إلى جزيئات ذات خصائص كميّة فريدة، وحتى إذا تحلل جسيم ما، فإن معلوماته الكميّة لا تنمحي أبدًا. ولكن ما الذي يحدث تحديدًا حين يهوي ذلك الجسيم في ثقب أسود؟
يتولى فابيو باكوتشي بحث واستقصاء هذا الأمر.

الدرس من إعداد: فابيو باكوتشي، وإخراج: ستوديو أرتراك.

يعمل العلماء عند تُخوم المجهول،

حيث يشكّل كل جزء من المعرفة
مَعبرًا محاطًا بالشك والريبة.

ولا يوجد ما يثير الريبة والشك...

أو يوسع المدارك...أكثر من المفارقات.

عبر التاريخ،

أنذرت المفارقات بتقويض كل شيء نعرفه،

وفي الغالب،
فقد أعادت تشكيل فهمنا عن العالم.

في هذه الآونة،
تبرز واحدة من أكبر المفارقات في الكون

وتنذر بفضّ الاشتباك بين مجالات
النسبية العامة وميكانيكا الكمّ:

إنها مفارقة معلومات الثقوب السوداء.

لفهم هذه المفارقة اللغز،

سنكون بحاجة إلى تحديد مدلول
مصطلح "المعلومات" في المقام الأول.

عادةً، فإن العلومات التي نتناولها
تُدرك بالعين المجردة.

على سبيل المثال،

ذلك النوع من العلومات الذي يفيد بأن ثمة
تفاحة حمراء اللون، ودائرية الشكل، ولامعة.

لكن الذي يلفت اهتمام الفيزيائيين
هو المُخرجات الكَمية للتفاحة.

وهي تلك الخصائص الكميّة لجزيئاتها

مثل الموضع، والسرعة، ومعدل الدوران الذاتي.

إن أي جسيم في الكون يتكون

من جزيئات ذات ميزات فريدة.

وقد أثير هذا الطرح في إحدى
أهم القوانين الفيزيائية:

وهو أنه من المؤكد أن إجمالي
حجم المعلومات الكميّة في الكون محفوظٌ.

وحتى لو أن جسيمًا قد تحلل لدرجة
لم نعد نستطيع معها التعرف عليه،

فإن معلوماته الكميّة
لا تنمحي من الوجود أبدًا.

ونظريًا، فإن الإحاطة علمًا بهذه المعلومات

من شأنه أن يتيح لنا إعادة تكوين الجسيم
مِن مكوناته الأولية.

إن عملية حفظ المعلومات لا تجري
وفق قاعدة اعتباطية،

ولكن تجري وفق حتمية رياضية،
بُنيَت عليها الكثير من العلوم الحديثة.

ولكن حول الثقوب السوداء،
تهتز تلك الحقائق هزًا عنيفًا.

حين تهوي تفاحة في ثقب أسود

فإنها تبدو كما لو أنها خرجت من الكون،

ونفقد دون رجعة كل معلوماتها الكميّة.

ورغم ذلك، لا يشكل هذا خرقًا فوريًا
لقوانين الفيزياء.

فقد تنزوي المعلومات خارج المشهد،

ولكنها تظل كامنة
في الفراغ الملغز للثقب الأسود.

بدلًا من ذلك، فإن بعض النظريات ترجّح

أن المعلومات على أية حال
لا تنزوي في الثقب الأسود.

بالنظر من الخارج، يبدو الأمر
كما لو أن المعلومات الكميّة للتفاحة

جرى ترميزها على الطبقة السطحية
للثقب الأسود، فيما يُسمى بأفق الحدث.

بينما تزداد كتلة الثقب الأسود،

فإن سطح أفق الحدث بالتالي يتمدد.

وبالتالي فمن المحتمل أنه
ومع ابتلاع الثقب الأسود لمادة ما،

فهو أيضًا ينمو بما يكفي
لحفظ المعلومات الكمية لهذه المادة.

ولكن سيان حُفِظت المعلومات
داخل الثقب الأسود أو على سطحه،

فالقوانين الفيزيائية تبقى ثابتة

حتى تأخذ في الحسبان "إشعاع هوكنغ".

بعد أن اكتشفها ستيفين هوكنغ في 1974،

تكشف هذه الظاهرة أن الثقوب السوداء
تأخذ تدريجيًا في التبخُر.

عبر حقبٍ هائلة من الزمن

تفقد الثقوب السوداء كتلتها
بينما تزيح الجزيئات بعيدًا عن أفق الحدث.

من وجهة نظر أكثر تفحصًا،
تبدو الجزيئات المتبخرة

وكأنها لا تنتمي للمعلومات
التي يعمل الثقب الأسود على ترميزها...

على نحوٍ يُرجح معه أن ثقبًا أسود
ومعه كل المعلومات التي يحتويها

قد مُحيَت جميعها بالكامل.

هل اختفت بالفعل هذه المعلومات الكميّة؟

لو كانت الإجابة بالنفي،
أين ذهبت إذن هذه المعلومات؟

بينما تأخذ عملية التبخر
زمنًا طويلًا جدًا لا يمكن تخيله،

فإن الأسئلة التي تثيرها للفيزياء
هي أسئلة ذات إلحاح بالغ.

إن انهيار المعلومات

سوف يدفعنا لإعادة صياغة
جانب من أكثر المعادلات العلمية التأسيسية.

لكن لحسن الحظ، وَوَفق المنهج العلمي،

فإن كل مفارقة هي فرصة لاكتشافات جديدة.

بينما يُمحِّص الباحثون نطاقًا واسعًا
مِن الحلول المحتملة

لمفارقة المعلومات.

يتبنى البعض نظرية

مفادها أن المعلومات مشفّرة
في الأشعة المنبعثة،

على نحوٍ لا نفهمه حتى الآن.

في حين يرجح الآخرونَ أنّ هذه المفارقة
ما هي إلا مجرد فهم خاطئ

لكيفية تفاعل نظرية النسبية العامة
مع نظرية المجال الكمّي.

على التوالي،

تعمل هاتان النظريتان على تفسير
أكبر وأصغر الظواهر الفيزيائية،

وهما من الصعوبة بمكان أنْ يندمِجا معًا.

فيما يتجادل بعض الباحثين
على أن ثمة مقاربة لهذه المفارقة ولغيرها

ستأتي من تلقاء نفسها متى صيغَت
"نظرية موحدة لكل شيء".

ولعل النظرية الأكثر إلحاحًا
التي تأتي من اكتشاف هذه المفارقة

هي نظرية المبدأ الهولوغرافي.
(التجلّي ثلاثي الأبعاد للأشياء)

بالبناء على فكرة أنّ الأسطح
ثنائية الأبعاد لأفق حدثٍ ما

بمقدورها تخزين المعلومات الكمية،

فإن هذا المبدأ يرجح أن الحجم
الضخم جدًا للكون المرئي

هو أيضًا سطح ذو صيغ
مشفّرة ثنائية الأبعاد من معلومات

عن واقع ثلاثي الأبعاد.

لو أن هذا حقيقي، فمن المحتمل
أنّ الواقع كما نعاينه

هو مجرد إسقاط ثلاثي الأبعاد
لتلك المعلومات.

في حال إثبات ذلك، فإن أيًا من هذه النظريات
ستطلق العنان لأسئلة جديدة تخضع للبحث،

بينما تبقى نظراتنا الحالية للكون كما هي.

ولكن من المحتمل أيضًا
أنّ تلك النظرات ليست صحيحة!

على أية حال، فإن هذه المفارقة
قدّمت لنا بالفعل يد العون في الانتقال خطوة

في غياهِب المجهول.