آیا ما «دو بُعدی» هستیم و «درون سیاهچاله» زندگی می‌کنیم؟!

هاوکینگ به یک تناقض اشاره کرده بود. اگر سیاهچاله بتواند تبخیر شود، بخشی از اطلاعات موجود در آن برای همیشه از بین می‌رود. اما از دست رفتن غیرقابل‌برگشت اطلاعات با یکی از فرضیه‌های اساسی مکانیک کوانتومی در تضاد است.

سیاه‌چاله‌ها، چیزهای عجیبی هستند که اگرچه در مورد آن‌ها زیاد می‌دانیم، درک معمول ما از دانش فیزیک را بهم می‌زنند. فیزیکدانان در تلاش برای برطرف کردن برخی از تناقض‌های کشف‌شده هنگام مطالعه آن‌ها، فرضیه‌های عجیب‌تری ارائه کرده‌اند که بر مبنای یکی از آن‌ها ما در یک جهان هولوگرافیک زندگی می‌کنیم؛ یعنی تمام چیزهایی که می‌بینیم و درک می‌کنیم در واقع در مرز جهان ما رمزگذاری شده‌اند؛ یک نمایش سه‌بعدی از یک جهان دو بعدی! افزون بر این، برخی پیشنهاد کرده‌اند معنایش می‌تواند این باشد که کلّ جهان ما درون سیاه‌چاله‌ی یک جهان بزرگ‌تر قرار دارد.

به گزارش فرادید، سیاهچاله‌ها که هنگام فروپاشی ستارگان عظیم به وجود می‌آیند، مناطقی از فضا هستند که در آن‌ها، گرانش به قدری قوی است که حتی نور نمی‌تواند از آن فرار کند. وجود سیاهچاله‌ها هنگام مطالعه فضا از دید ترمودینامیک مشکل ایجاد می‌کند. وضعیت نهایی یک سیاهچاله، وقتی به تعادل می‌رسد، تنها به سه شاخص بستگی دارد: جرم، گشتاور چرخه‌ای و بار الکتریکی.

ژان پیر لومینه، اخترفیزیکدان فرانسوی در بررسی سال ۲۰۱۶ توضیح داد: «در نسبیت عام کلاسیک، سیاهچاله مانع از فرار هر ذره یا شکلی از تشعشع از زندان کیهانی خود می‌شود. برای یک ناظر خارجی، وقتی یک جسم مادی از افق رویداد عبور می‌کند، تمام اطلاعات مربوط به خواص مادی آن از بین می‌رود. فقط مقادیر جدید M (جرم)، J (گشتاور چرخه‌ای) و Q (بار الکتریکی) باقی می‌مانند. در نتیجه، یک سیاهچاله حجم عظیمی از اطلاعات را می‌بلعد.»

ساده به نظر می‌رسد، اینطور نیست؟ یا دست‌کم به همان سادگی که فیزیک می‌گوید! اما اگر یک سیاهچاله جرم داشته باشد (که مقدار زیادی از آن را دارد) پس باید بنا بر قانون اول ترمودینامیک، دمایی داشته باشد و همسو با قانون دوم ترمودینامیک، باید گرما ساطع کند. استیون هاوکینگ نشان داد سیاهچاله‌ها باید تشعشعاتی منتشر کنند، (نام کنونی آن تابش هاوکینگ است) که در مرز سیاهچاله تشکیل می‌شوند.

لومینت اضافه می‌کند: «سپس هاوکینگ به یک تناقض اشاره کرد. اگر سیاهچاله بتواند تبخیر شود، بخشی از اطلاعات موجود در آن برای همیشه از بین می‌رود. اطلاعات موجود در تشعشعات گرمایی ساطع شده از یک سیاهچاله تخریب می‌شود. اما از دست دادن غیرقابل‌برگشت اطلاعات با یکی از فرضیه‌های اساسی مکانیک کوانتومی در تضاد است. بنا بر معادله شرودینگر، سیستم‌های فیزیکی که به مرور زمان تغییر می‌کنند، نمی‌توانند اطلاعاتی را ایجاد یا از بین ببرند. این خاصیت unitarity نامیده می‌شود.»

تناقض اطلاعات سیاهچاله با توجه به اینکه چگونه درک فعلی ما از جهان را نقض می‌کند، موضوع مطالعه و بحث‌های زیادی بوده است.

یک راه‌حل پیشنهادی، با نگاه به ترمودینامیک سیاهچاله‌ها در زمینه نظریه ریسمان پیدا شد. جرارد هوفت نشان داد مجموع درجات آزادی موجود درون یک سیاهچاله به جای حجم آن، متناسب با سطح افق آن تعریف می‌شود که اجازه می‌دهد به گشتاور یک سیاهچاله نگاه کنید.

لومینت افزود: «از منظر اطلاعات، هر بیت به شکل ۰ یا ۱ با چهار ناحیه پلانک مطابقت دارد که به فرد امکان می‌دهد فرمول بکنشتاین-هاوکینگ را برای گشتاور پیدا کند. برای یک ناظر خارجی، اطلاعات مربوط به گشتاور سیاهچاله، که زمانی در اختیار ساختار سه‌بعدی اجرامی بود که از افق رویداد عبور کرده‌اند، گم شده است. اما در این دیدگاه، اطلاعات روی سطح دو بعدی یک سیاهچاله کدگذاری می‌شوند، مانند یک هولوگرام. بنابراین، هوفت نتیجه گرفت اطلاعات بلعیده شده توسط یک سیاهچاله را می‌توان در جریان فرآیند تبخیر کوانتومی بازیابی کرد.»

در حالی که این موضوع از یک جهت اطمینان‌بخش است (سیاهچاله‌ها قانون دوم ترمودینامیک را نقض نمی‌کنند)، به یک ایده منجر می‌شود که فیزیکِ یک حجم سه‌بعدی را می‌توان در مرز دوبعدی آن توصیف کرد.

در حالی که این توضیح در مورد فضای خارج از سیاهچاله درست نیست، پیشنهاداتی وجود دارد مبنی بر اینکه خود جهان می‌تواند یک سیاهچاله باشد، جایی که تمام فرآیندها در مرز انجام می‌شود و آنچه مشاهده می‌کنیم از این فعل و انفعالات پدیدار می‌شود. این یک ایده محاسبه‌نشده است که برچسب‌های محسابه‌نشده‌تری هم دارد. برای مثال، پیشنهاد شده که گرانش می‌تواند به شکل یک نیروی برآینده از گشتاور گره‌خورده در مرز ایجاد شود.

این تئوری قانع‌کننده‌ترین ایده‌ای نیست که جهان ما را توضیح می‌دهد، زیرا هنوز هم فیزیک استاندارد بهترین توصیف را از جهانی که می‌بینیم می‌کند. اما دلایلی وجود دارد که برخی دانشمندان آن را جدی می‌گیرند.

اول اینکه، برای موثر بودن این مدل دوبعدی، شعاع هابل جهان (شعاع جهان قابل‌مشاهده ما) باید با شعاع شوارتزشیلد آن (اندازه سیاه‌چاله‌ای که اگر تمام مواد درون آن به یک نقطه واحد متراکم شوند، ایجاد می‌شود) برابر باشد. این دو رقم، در واقع، به طرز شگفت‌آوری به هم نزدیک هستند، هرچند این را می‌توان به شکل یک تصادف کیهانی نیز تلقی کرد.

دلایل دیگری نیز وجود دارند که نشان می‌دهد ممکن است ما درون سیاه‌چاله‌ی یک جهان بزرگ‌تر زندگی می‌کنیم. اما تا زمانی که چنین نظریه‌ای با شواهد و پیش‌بینی‌های قانع‌کننده‌ای فراتر از درک کنونی ما از فیزیک کامل نشود، نمی‌توان با قطعیت تعیین کرد که ما یک شیء سه‌بعدی در فضا-زمان معمولی هستیم یا یک نماد هولوگرافیک از یک مرز دوبعدی درون یک جهان بزرگتر!