چالههای عدم وجود از عجیبترین اجرام کیهان هستند. اگرچه ما چیزهای زیادی در مورد آنها آموختهایم، اما همچنان درک ما از فیزیک را به چالش میکشند.
در تلاش برای تطبیق برخی از پارادوکسهای کشف شده هنگام مطالعه آنها، فیزیکدانان فرضیههای عجیبتری را مطرح کردهاند، از جمله یکی از آنها که میگوید آنها حاکی از آن است که ما در یک جهان هولوگرافیک زندگی میکنیم، جایی که تمام آنچه میبینیم و درک میکنیم در واقع در مرز جهان ما رمزگذاری شده است، یک نمایش سهبعدی (بهعلاوه زمان) از یک جهان دوبعدی (بهعلاوه زمان). علاوه بر این، برخی گفتهاند که این میتواند به این معنی باشد که جهان ما درون یک سیاهچاله از یک جهان بزرگتر است.
برخی از محققان این ایده را حتی فراتر بردهاند و میگویند که میتواند به این معنی باشد که کل جهان ما درون یک سیاهچاله متعلق به یک جهان بسیار بزرگتر وجود دارد.
سیاهچالهها، که هنگام فروپاشی ستارگان عظیم تشکیل میشوند، مناطقی از فضا هستند که گرانش آنقدر قوی است که حتی نور هم نمیتواند از آن فرار کند. وجود آنها هنگام مطالعه آنها از نظر ترمودینامیک مشکلی ایجاد میکرد. حالت نهایی یک سیاهچاله، زمانی که به تعادل میرسد، تنها به سه پارامتر بستگی دارد: جرم، تکانه زاویهای و بار الکتریکی آن.
ژان پیر لومینه، اخترفیزیکدان فرانسوی، در نقدی در سال ۲۰۱۶ توضیح میدهد: «در نسبیت عام کلاسیک، یک سیاهچاله مانع از فرار هر ذره یا شکلی از تابش از زندان کیهانی خود میشود. برای یک ناظر خارجی، وقتی یک جسم مادی از افق رویداد عبور میکند، تمام دانش مربوط به خواص مادی آن از بین میرود. فقط مقادیر جدید M [جرم]، J [تکانه زاویهای] و Q [بار الکتریکی] باقی میمانند. در نتیجه، یک سیاهچاله مقدار عظیمی از اطلاعات را میبلعد.»
ساده به نظر میرسد، نه، یا حداقل به سادگیِ آنچه فیزیک میتواند دریافت کند؟ اما اگر یک سیاهچاله جرم داشته باشد (و مقدار زیادی از آن را داشته باشد)، باید طبق قانون اول ترمودینامیک دمایی داشته باشد و مطابق با قانون دوم ترمودینامیک، باید گرما تابش کند. استیون هاوکینگ نشان داد که سیاهچالهها باید تابشی که اکنون تابش هاوکینگ نامیده میشود، از خود ساطع کنند که در مرز سیاهچاله تشکیل میشود.
لومینت ادامه داد: “هاوکینگ سپس به یک پارادوکس اشاره کرد. اگر یک سیاهچاله بتواند تبخیر شود، بخشی از اطلاعات موجود در آن برای همیشه از بین میرود. اطلاعات موجود در تابش حرارتی ساطع شده توسط یک سیاهچاله تخریب میشود؛ این اطلاعات، اطلاعات مربوط به مادهای را که قبلاً توسط سیاهچاله بلعیده شده است، تکرار نمیکند. از دست دادن غیرقابل بازگشت اطلاعات با یکی از اصول اساسی مکانیک کوانتومی در تضاد است. طبق معادله شرودینگر، سیستمهای فیزیکی که با گذشت زمان تغییر میکنند، نمیتوانند اطلاعات را ایجاد یا از بین ببرند، خاصیتی که به عنوان واحد بودن شناخته میشود.”
این به عنوان پارادوکس اطلاعات سیاهچاله شناخته میشود و با توجه به اینکه به نظر میرسد درک فعلی ما از جهان را نقض میکند – موضوع مطالعه و بحثهای زیادی بوده است.
یک راهحل پیشنهادی، به نوعی، با بررسی ترمودینامیک سیاهچالهها در چارچوب نظریه ریسمان یافت شد. جرارد هوفت نشان داد که کل درجات آزادی موجود در داخل یک سیاهچاله به جای حجم آن، متناسب با مساحت سطح افق آن تعریف میشود. این امر امکان بررسی آنتروپی یک سیاهچاله را فراهم میکند.
لومینت ادامه میدهد: “از دیدگاه اطلاعات، هر بیت به شکل ۰ یا ۱ با چهار ناحیه پلانک مطابقت دارد که به فرد امکان میدهد فرمول بکنشتاین-هاوکینگ را برای آنتروپی پیدا کند. برای یک ناظر خارجی، اطلاعات مربوط به آنتروپی سیاهچاله، که زمانی توسط ساختار سهبعدی اجسامی که از افق رویداد عبور کردهاند، منتقل میشد، از دست رفته به نظر میرسد. اما از این دیدگاه، اطلاعات مانند یک هولوگرام روی سطح دوبعدی یک سیاهچاله رمزگذاری میشوند. بنابراین، هوفت نتیجه گرفت که اطلاعات بلعیده شده توسط یک سیاهچاله میتواند در طول فرآیند تبخیر کوانتومی به طور کامل بازیابی شود.”
اگرچه این از یک جهت اطمینانبخش است (سیاهچالهها قانون دوم ترمودینامیک را نقض نمیکنند، بله)، اما منجر به یک ایده نسبتاً جدید میشود که فیزیک یک حجم سهبعدی را میتوان در مرز دوبعدی آن توصیف کرد.
در حالی که این در مورد فضای خارج از سیاهچاله صادق نیست، پیشنهادهایی وجود دارد مبنی بر اینکه خود جهان میتواند یک سیاهچاله باشد، جایی که همه فرآیندها در مرز اتفاق میافتند و آنچه مشاهده میکنیم از این تعاملات ناشی میشود. این یک ایده عجیب و غریب است، با برچسبهای عجیبتر. به عنوان مثال، پیشنهاد شده است که گرانش میتواند به عنوان یک نیروی نوظهور از آنتروپی درهمتنیدگی در مرز ایجاد شود.
این نظریه قانعکنندهترین ایده موجود برای توضیح جهان ما نیست، زیرا فیزیک استاندارد هنوز هم به بهترین شکل جهانی را که میبینیم توصیف میکند. اما دلایلی وجود دارد که چرا مردم آن را جدی میگیرند.
