محققان اعلام کردند

خشن‌ترین رویداد جهان هستی نظریه نسبیت عام اینشتین را نقض می‌کند

محققان می‌گویند سیاه‌چاله‌ها هنگامی که به سرعت می‌چرخند، قدرت جدیدی پیدا می‌کنند و نظریه نسبیت عام "آلبرت اینشتین" می‌تواند در خشن‌ترین رویداد‌های جهان هستی نقض شود.

کد خبر: ۹۴۸۷۷۲

سه‌شنبه - ۲۲ تير ۱۴۰۰ / July 13, 2021

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، نسبیت عام یک نظریه ریاضی بسیار پیچیده است، اما توصیف آن از سیاه‌چاله‌ها به طرز شگفت انگیزی ساده است. یک سیاه‌چاله پایدار را می‌توان تنها با سه ویژگی توصیف کرد: جرم سیاه‌چاله، بار الکتریکی آن و گردش یا چرخش آن.

از آنجا که سیاه‌چاله‌ها به احتمال زیاد بار زیادی ندارند، در واقع فقط دو ویژگی دیگر باقی می‌ماند. در واقع اگر جرم و سرعت چرخش سیاه‌چاله‌ای را بدانید، همه چیز را در مورد آن سیاه‌چاله خواهید دانست.

این ویژگی اغلب در قضیه یا نظریه "بدون مو" خلاصه می‌شود. این قضیه به طور مشخص ادعا می‌کند که هنگامی که ماده در یک سیاه‌چاله سقوط می‌کند، تنها ویژگی که باقی می‌ماند، جرم است.

نظریه "بدون مو" بیان می‌دارد که همه جواب‌های سیاهچاله‌ای معادلات گرانش و الکترومغناطیس اینشتین-ماکسول در نسبیت عام را می‌توان به وسیله سه پارامتر کلاسیک قابل مشاهده از بیرون مشخص کرد: جرم، بار الکتریکی و تکانه زاویه‌ای. همه اطلاعات دیگر که در این نظریه به مو تشبیه شده‌اند، درباره موادی که سیاه‌چاله را تشکیل داده‌اند یا موادی که به درون آن ریزش می‌کنند، در پشت افق رویداد سیاه‌چاله ناپدید می‌شوند و برای همیشه از دسترس مشاهده ناظرین خارجی خارج می‌شوند.

به عنوان مثال دو سیاه‌چاله را در نظر بگیرید که جرم، بار و تکانه زاویه‌ای یکسانی دارند. یکی از آن‌ها از ماده معمولی تشکیل شده است، درحالی که دیگری از ضد ماده تشکیل شده است. این دو سیاه‌چاله از دید ناظری در بیرون افق رویداد قابل تمایز نخواهند بود.

در هر صورت افق رویداد یک سیاه‌چاله کاملاً صاف و بدون هیچ ویژگی اضافی است و اصطلاحا سیاه‌چاله‌ها مو ندارند.

اما نسبیت عام با تمام قدرت پیش‌بینی خود با نظریه کوانتوم تطابق ندارد. این اختلاف به ویژه در مورد سیاه‌چاله‌ها صدق می‌کند. اگر قضیه بدون مو درست باشد، اطلاعاتی که درون یک جسم نگهداری می‌شود با عبور از افق رویداد از بین می‌رود. این در حالی است که نظریه کوانتوم می‌گوید که اطلاعات هرگز نمی‌توانند از بین بروند؛ بنابراین نظریه معتبر گرانش با نظریه معتبر کوانتوم مغایرت دارد. این امر منجر به مشکلات و تناقضاتی شده است که به عنوان مثال نمی‌توان مشخص کرد که یک افق رویداد باید گرم باشد یا سرد.

چندین نظریه برای حل این تناقض ارائه شده است که اغلب شامل بسط نظریه نسبیت است. اما تفاوت بین نسبیت استاندارد و این نظریه‌های اصلاح شده فقط در شرایط شدید دیده می‌شود و مطالعه مشاهده‌ای آن‌ها را دشوار می‌کند.

اما اکنون یک مقاله در مجله Physical Review Letters نشان می‌دهد که چگونه ممکن است از طریق چرخش سیاه‌چاله بتوان این موضوع را مطالعه کرد.

بسیاری از نظریه‌های اصلاح شده نسبیت یک پارامتر اضافی دارند که در نظریه استاندارد دیده نمی‌شود. این پارامتر اضافی به نام "میدان نرده‌ای بدون جرم" شناخته می‌شود که به مدل اینشتین اجازه می‌دهد تا با نظریه کوانتوم به گونه‌ای مطابق شود که متناقض آن نباشد.

در علم فیزیک، فیزیک نظری  تاکنون مدل‌های مختلفی برای توضیح جهان شتاب‌دار مطرح کرده است که همگی به مقوله انرژی تاریک مربوط می‌شوند. توضیح ریاضیاتی این پدیده، "نظریه میدان نرده‌ای" نامیده می‌شود که مجموعاً به چهار فرم اثر، فانتوم، تاچیون و کوانتومی تقسیم می‌شود.

محققان در این مطالعه جدید، چگونگی اتصال چنین میدان نرده‌ای به چرخش سیاه‌چاله را بررسی کردند. آن‌ها دریافتند که یک سیاه‌چاله اصلاح شده در چرخش کم، از مدل استاندارد قابل تمایز نیست، اما در چرخش سریع، میدان نرده‌ای اجازه می‌دهد سیاه‌چاله دارای ویژگی‌های اضافی باشد. به عبارت دیگر، در این مدل‌های جایگزین، سیاه‌چاله‌هایی که به سرعت در حال چرخش هستند، می‌توانند مو داشته باشند.

جنبه‌های مویی سیاه‌چاله‌های چرخان فقط در نزدیکی افق رویداد دیده می‌شوند، اما بر روی ادغام سیاه‌چاله‌ها نیز تأثیر خواهند گذاشت. همانطور که نویسندگان این مطالعه اشاره کردند، رصدخانه‌های موج گرانشی آینده باید بتوانند از سیاه‌چاله‌هایی که به سرعت در حال چرخش هستند، استفاده کنند تا تعیین کنند آیا مدل جایگزین برای نسبیت عام معتبر است یا خیر.

نظریه نسبیت عام اینشتین تاکنون از هر چالش مشاهده‌ای به سلامت عبور کرده است، اما احتمالاً در شدیدترین محیط‌های جهان نقض خواهد شد. مطالعاتی مانند این مطالعه جدید نشان می‌دهد که چگونه ممکن است بتوانیم نظریه‌ای را که پس از آن می‌آید، کشف کنیم.