مدل نظری جدید پیشنهاد می‌کند سیاه‌چاله‌ها تبخیر نمی‌شوند و معمای پارادوکس اطلاعاتی چند دهه‌ای را حل می‌کند

برای بیش از پنجاه سال، یک بحران خاموش در راهروهای فیزیک نظری سایه افکنده است. هنگامی که استیون هاوکینگ در دهه ۱۹۷۰ نشان داد که سیاه‌چاله‌ها کاملاً سیاه نیستند، ناخواسته دو موفق‌ترین نظریه علمی را در مقابل یکدیگر قرار داد.[6]

هاوکینگ نشان داد که نوسانات کوانتومی در نزدیکی افق رویداد یک سیاه‌چاله باعث می‌شود که آن، درخشش ضعیفی از ذرات را منتشر کند. در طول بازه‌های زمانی فوق‌العاده طولانی، این «تابش هاوکینگ» جرم سیاه‌چاله را تخلیه می‌کند و باعث می‌شود سیاه‌چاله کوچک شده و در نهایت به طور کامل تبخیر شود.[3][6]

فرآیند تبخیر یک تناقض عمیق ایجاد می‌کند که به عنوان پارادوکس اطلاعاتی سیاه‌چاله شناخته می‌شود. بر اساس قوانین بنیادی مکانیک کوانتومی، اطلاعات قابل نابودی نیستند. جهان باید همیشه سوابق گذشته را حفظ کند، اصلی که به عنوان یگانگی (Unitarity) شناخته می‌شود.[3][6]

اگر یک سیاه‌چاله به ابری از تابش حرارتی بدون ویژگی تبخیر شود، به نظر می‌رسد تمام اطلاعات کوانتومی پیچیده در مورد ستارگان، سیارات یا ذراتی که در اصل به داخل آن سقوط کرده‌اند، برای همیشه پاک شده است. این نشان می‌دهد که یا نسبیت عام یا مکانیک کوانتومی در مرزهای شدید طبیعت دارای نقص اساسی هستند.[3]

اکنون، یک چارچوب نظری جدید به رهبری فیزیکدان ریچارد پینچاک (Richard Pinčák) که در مجله «نسبیت عام و گرانش» منتشر شده است، یک راه گریز ریاضیاتی دقیق ارائه می‌دهد. این تحقیق نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌ها هرگز تبخیر خود را به پایان نمی‌رسانند.[1][2]

این مدل پیشنهاد می‌کند که به جای ناپدید شدن کامل، فرآیند تبخیر به طور ناگهانی در آخرین لحظه متوقف می‌شود. سیاه‌چاله یک «باقیمانده» میکروسکوپی و پایدار از خود به جا می‌گذارد که تمام اطلاعات کوانتومی را که تاکنون بلعیده است، به طور ایمن در خود حفظ می‌کند.[4][5]

برای رسیدن به این نتیجه، محققان مجبور شدند از مرزهای استاندارد نسبیت عام اینشتین فراتر روند. آن‌ها از چارچوبی به نام نظریه اینشتین-کارتان استفاده کردند که گرانش کلاسیک را با گنجاندن تکانه زاویه‌ای ذاتی یا «اسپین» ماده گسترش می‌دهد.[1][4]

نکته مهم این است که تیم مدل خود را نه در فضا-زمان چهاربعدی آشنای ما، بلکه در هفت بعد فرمول‌بندی کردند. آن‌ها فیزیک را بر روی یک ساختار ریاضی پیچیده معروف به منیفولد G2 با پیچش (Torsion) نگاشت کردند.[1][5]

در نسبیت استاندارد، جرم باعث خم شدن فضا-زمان می‌شود. در نظریه اینشتین-کارتان، فضا-زمان می‌تواند «پیچ بخورد»، خاصیتی که به عنوان پیچش (Torsion) شناخته می‌شود. محققان دریافتند که این اثر پیچشی زمانی که ماده تا مقیاس پلانک – حداقل حد اندازه مطلق در فیزیک کوانتومی – فشرده می‌شود، به شدت قدرتمند می‌گردد.[1][2]

در این چگالی‌های شدید و میکروسکوپی، پیچش فضا-زمان یک نیروی دافعه شدید ایجاد می‌کند. این پس‌زدگی کوانتومی مستقیماً در برابر فشار درونی گرانش مقاومت می‌کند و از فروپاشی سیاه‌چاله به یک تکینگی با چگالی بی‌نهایت جلوگیری کرده و همزمان مراحل نهایی تبخیر هاوکینگ را متوقف می‌سازد.[4][5]

آنچه باقی می‌ماند، یک جسم پایدار و فوق‌فشرده با جرم پیش‌بینی شده تقریباً ۹ × ۱۰⁻⁴¹ کیلوگرم است. با وجود اندازه بسیار کوچک، این باقیمانده به عنوان یک هارد دیسک کوانتومی تقریباً نامحدود عمل می‌کند.[2][4]

محاسبات تیم نشان می‌دهد که یک باقیمانده متولد شده از سیاه‌چاله‌ای با جرم خورشید ما می‌تواند تقریباً ۱.۵۱۵ × ۱۰⁷⁷ کیوبیت اطلاعات را ذخیره کند. این ظرفیت حیرت‌انگیز در ارتعاشات طولانی‌مدت میدان پیچش رمزگذاری شده است و دفتر کل کوانتومی جهان را به طور کامل حفظ می‌کند.[2][5]

فراتر از حل پارادوکس اطلاعاتی، مدل هفت‌بعدی یک مزیت ریاضی غیرمنتظره در مورد بلوک‌های سازنده بنیادی ماده به همراه داشت.[1][6]

هنگامی که محققان هندسه هفت‌بعدی خود را به صورت ریاضی به چهار بعدی که ما مشاهده می‌کنیم کاهش دادند، معادلات به طور طبیعی مقیاس الکتروضعیف (electroweak scale) – تقریباً ۲۴۶ گیگا الکترون‌ولت – را تولید کردند. این دقیقاً مقیاس انرژی مرتبط با مکانیسم هیگز است که به ذرات بنیادی جرم می‌دهد.[2][5]

اگرچه این چارچوب صرفاً نظری باقی می‌ماند، اما یک پل ریاضی حیاتی بین دنیای ماکروسکوپی گرانش و قلمرو میکروسکوپی مکانیک کوانتومی فراهم می‌کند. با این پیشنهاد که هیچ چیز در جهان واقعاً از دست نمی‌رود، مدل باقیمانده یک دیدگاه عمیق و یکپارچه‌کننده از کیهان ارائه می‌دهد.[6]