محاسبه تابش هاوکینگ: گامی به سوی نظریه وحدت بزرگ

یکی از فیزیکدان‌های دانشگاه دوستی ملل روسیه(RUDN) فرمولی برای محاسبه «تابش هاوکینگ» در مجاورت افق رویدادِ سیاهچاله ارائه کرده که این فرصت را به فیزیکدان‌ها می‌دهد تا ببینند این تابش در صورت اِعمال اصلاحیه‌های کوانتومی در نظریه گرانش اینشتین چه تغییری پیدا می‌کند.

Calculating Hawking Radiation Black Hole

یک فیزیکدان فرمولی برای محاسبه تابش هاوکینگ در مجاورت سیاهچاله ساخته است.

این فرمول جدید به محققان اجازه خواهد داد تا دقت نسخه‌های مختلف نظریه گرانش کوانتومی را با مشاهده سیاهچاله‌ها مورد آزمایش قرار دهند. بنابراین، این فرمول می‌تواند گام مهمی به سمت «نظریه وحدت بزرگ» باشد که از مدت‌ها پیش انتظارش را می‌کشیم. این نظریه می‌تواند مکانیک کوانتومی و نسبیت را به یکدیگر پیوند دهد.

اگرچه نظریۀ گرانش اینشتین با اکتشاف اخیر “امواج گرانشی” سازگاری دارد، اما کماکان پرسش‌هایی را پیش رویمان قرار داده؛ مِن جمله ماهیت تکینگی، ماده تاریک، انرژی تاریک و مسئله گرانش کوانتومی. حتی مشاهده امواج گرانشی این مسئله را به طور کلی کنار نمی‌گذارد که شاید نظریه‌های گرانش دیگری هم درست و دقیق عمل کنند. می‌توان از این نظریه‌ها برای تشریح و تبیین سیاهچاله‌ها استفاده کرد.

چنین نظریه‌هایی که دربرگیرندۀ مولفه‌های کوانتومی بیشتری هستند، با تصویر مشاهده شده از ادغام سیاهچاله‌ها تناقضی ندارند. محاسبه‌های انجام شده با پیروی از این نظریه‌ها رفتار یکسان سیاهچاله‌ها را در فاصله‌ای بسیار زیاد از هم پیش‌بینی می‌کند؛ همچنین از ویژگی‌های مهمی در نزدیکی افق رویداد سیاهچاله پرده برمی‌دارد. افق رویداد به مرز سیاهچاله گفته می‌شود که نقطه بازگشتی در ورای آن وجود ندارد.

تصور بر این است که امکان ِ مشاهدۀ آن سویِ افق رویداد سیاهچاله وجود ندارد، زیرا هیچ چیز، حتی ذرات نور و تابش نیز نمی‌توانند از آن بگریزند. با این حال، استیون هاوکینگ ثابت کرد که سیاهچاله‌ها می‌توانند با نشر ذرات بنیادی گوناگون تبخیر شوند. یعنی کلیه اطلاعات جذب شده توسط سیاهچاله‌ها می‌تواند با گذشت زمان ناپدید شود؛ که این با ایده‌های اساسی دربارۀ اطلاعات سازگار نیست. باور بر این است که اطلاعات نمی‌تواند بدون هیچ اثری از بین برود. بنابراین، نظریه‌های جایگزین گرانش سعی در حذف این پارادوکس داشته‌اند و البته محبوبیت بالایی هم به دست آورده‌اند، زیرا می‌تواند نقش موثری در بهبود نظریه گرانش کوانتومی داشته باشند.

یکی از نویدبخش‌ترین روش‌ها «نظریه اینشتین-اتساع-گائوس-بونه» نام دارد که مولفه‌های کوانتومی را به عنوان اصلاحیه بر نظریه نسبیت عام اِعمال می‌کند. «رومَن کونوپلیا» محقق در موسسه آموزش و تحقیقات گرانش و کیهان‌شناسیِ دانشگاه RUDN اظهار داشت: «ما در ارائه نظریه جایگزین‌مان از حد انرژی پایین نظریه ریسمان الهام گرفته‌ایم. افزون بر بخشِ اینشتین در این نظریه، عبارات انحنای درجه دوم و میدان اسکالر نیز در آن گنجانده شده‌اند.»

کیهان‌شناسان برای توصیف اینکه سیاهچاله چگونه به آشفتگی‌های گرانشی بیرونی واکنش نشان می‌دهد، از مفهوم «حالت‌های شبه‌نرمال» استفاده می‌کنند. این حالت‌ها به نوسان‌هایی اشاره می‌کنند که با اِعمال نیروی خارجی بر سیاهچاله‌ها به وقوع می‌پیوندند. خصوصیات آنها به نیروی برخورد و پارامترهایِ خود “سیاهچاله” بستگی دارد. این حالات شبه‌نرمال نامیده می‌شوند، زیرا با گذشت زمان از شدت ِ آنها کاسته شده و تقریباً از بین می‌روند و بزرگی آنها تنها در بازه زمانی کوتاهی می‌تواند اندازه‌گیری شود.

comment UaTBajawJCTvxXTGqdNrCHIxEQb

چنین نوسان‌هایی معمولاً با استفاده از بسامد توصیف می‌شوند. فیزکیدان دانشگاه RUDN به همراه دانشمندان اهل جمهوری چک به نام «آنتونیا ژینایلو» و «ژنک شوچلیک» به مطالعه تابش کلاسیک(شبه‌نرمال) و کوانتومی(تابش هاوکینگ) در پس‌زمینه سیاهچاله چهاربُعدی مسطح بدون علامت و متقارن کروی پرداختند. آنها به یک فرمول تحلیلی برای حالات شبه‌نرمال دست یافتند و از آن برای محاسبه حالات شبه‌نرمال آزمایش اسکالر و میدان‌های ماکسول استفاده نمودند. درنهایت، این حالات برای تخمین شدت “تابش هاوکینگ” به کار برده شد.

“رومن کونوپلیا” بیان کرد: «ما شدت تبخیر سیاهچاله‌ها را با در نظر گرفتن اصلاحیه‌های کوانتومی در هندسۀ سیاهچاله تخمین زدیم. تابش کلاسیک (مثل الکترومغناطیس یا سایر امواج) تنها چند درصد با “تابش هاوکینگ” فرق دارد؛ لذا تابش هاوکینگ مکانیزم حساس‌تری محسوب می‌شود. حالات شبه‌نرمال بسامد تابش کلاسیک هستند؛ لذا برخلاف حالات کوانتومی، تفاوت اندکی با مورد اینشتین دارند. در آینده شاید با مشاهدۀ سیاهچاله‌های اصلی که در دوران نخست پیدایش کیهان پدید آمدند، شاید تصورات‌مان نسبت به این اصلاحیه‌های کوانتومی در گرانش شفاف شود.» جزئیات مقاله حاضر در مجله Physical Review D منتشر شده است.

فیسبوک توییتر گوگل + لینکداین تلگرام واتس اپ کلوب

دیدگاهتان را بنویسید