آیا تمام سیاهچالهها یکسان خلق شدهاند یا هر کدام سرنخهای ظریفی از گذشته منحصربهفرد خود را حمل میکنند؟ این پرسش در قلب یک مناظره کیهانی جذاب قرار دارد و نظریه گرانش آلبرت اینشتین را در برابر قوانین عجیب مکانیک کوانتومی قرار میدهد.
بر اساس نظریه نسبیت عام اینشتین، سیاهچالهها اجرامی فوقالعاده ساده هستند که تنها با دو ویژگی تعریف میشوند: جرم و سرعت چرخش (اسپین). این ایده به «قضیه بیمویی» مشهور است—به این معنا که آنها هیچ ویژگی متمایزکننده دیگری، یا «مو»، ندارند. اگر شما یک سیاهچاله با جرم و اسپین مشخصی را دیده باشید، انگار همه سیاهچالههای مشابه آن را دیدهاید.
با این حال، نظریه کوانتومی یک معمای بزرگ را مطرح میکند. یک اصل اساسی مکانیک کوانتومی این است که اطلاعات هرگز نمیتواند واقعاً از بین برود. اما چه اتفاقی برای اطلاعات جسمی که به درون یک سیاهچاله سقوط میکند میافتد؟ نسبیت عام میگوید که این اطلاعات برای همیشه ناپدید میشود و تنها به جرم و اسپین سیاهچاله میافزاید. این تضاد، پارادوکس اطلاعات سیاهچاله نامیده میشود که یکی از بزرگترین معماهای فیزیک مدرن است.
برای حل این پارادوکس، برخی فیزیکدانان پیشنهاد میکنند که سیاهچالهها ممکن است «موی کوانتومی» داشته باشند—ویژگیهای ظریف و اضافی درست در خارج از نقطه بیبازگشت آنها، یعنی افق رویداد. این ویژگیها میتوانند به شکل یک «دیوار آتش» پرانرژی باشند، یا شاید سیاهچالهها در واقع «توپهای کرکی» (fuzzballs) با لبههای محو به جای افقهای مشخص باشند. این ایدهها نشان میدهند که نظریه اینشتین ممکن است در محیط极端 اطراف یک سیاهچاله به اصلاحاتی نیاز داشته باشد.
خب، چگونه میتوانیم این را آزمایش کنیم؟ دانشمندان به سراغ خشنترین رویدادهای کیهان رفتهاند: برخورد دو سیاهچاله. در دهه گذشته، رصدخانههایی مانند LIGO و Virgo امواج گرانشی—چینوشکنهایی در تاروپود فضا-زمان—ناشی از این ادغامها را شناسایی کردهاند. وقتی دو سیاهچاله با هم ادغام میشوند، سیاهچاله جدید و بزرگتر قبل از آرام گرفتن، مانند ژله میلرزد. الگوی مشخص این لرزشها که توسط امواج گرانشی حمل میشود، در صورتی که قضیه بیمویی درست باشد، باید کاملاً با پیشبینیهای نسبیت عام مطابقت داشته باشد.
یک تحلیل جامع و اخیر به رهبری فیزیکدانی به نام ویتور کاردوسو، دادههای دهها مورد از این رویدادهای برخورد را ترکیب کرد. هدف، شکار هرگونه انحراف از پیشبینیهای اینشتین بود. نتیجه چه بود؟ دادهها به طور کامل با نسبیت عام همخوانی دارند. این مطالعه با اطمینان ۹۵ درصدی نتیجه گرفت که هرگونه «موی» احتمالی باید بسیار کوتاه باشد و به منطقهای کمتر از ۴۰ کیلومتر از افق رویداد محدود شود.
اگرچه این به آن معناست که سیاهچالهها گیسوان بلندی ندارند، اما جستجو برای موهای کوانتومی بسیار کوتاه و نزدیک به سطح همچنان ادامه دارد. این یافتهها راهحلهای پارادوکس اطلاعات را رد نمیکنند، اما نشان میدهند که هرگونه انحراف از نظریه اینشتین آشکار نیست. با حساستر شدن رصدخانهها و برنامهریزی برای ساخت یک رصدخانه جدید در هند، آینده نویدبخش اندازهگیریهای دقیقتری است که ما را به درک ماهیت واقعی این معماهای کیهانی نزدیکتر میکند.
منبع: Quanta Magazine