انواع امواج زلزله

4- موج “Love” (لاو) موج آخر زلزله محسوب شده و اثر تخریبی چندانی ندارد.

@Cosmos_language

پست امروز دکتر فیروز نادری در صفحه اینستاگرامش

@Cosmos_language

از مغزتان استفاده کنید — هر چیزی که در اینترنت، یوتیوب یاکانال‌های تلگرام می‌خوانید و یا در مسجد از آشناهایتان می‌شنوید را باور نکنید. احتمال اینکه شما در یک تصادف رانندگی کشته شوید بیشتر است تا با برخورد شهاب‌سنگ در سال 2019. هارپ علت زلزله در ایران و یا در هیچ جای دیگر نیست. سفر به ماه دروغ نبود و زمین هم تخت نیست و فرشتگان هم در چاه‌ها زندگی نمی‌کنند.

@Cosmos_language

ذرات سیمپ، کاندید جدید ماده تاریک

ماده‌ی تاریک از زمان مطرح شدنش، حجم عظیمی از پژوهش‌های فیزیکدانان را به خود اختصاص داده است. این پژوهش‌ها، دستاوردهای مهمی داشته‌ و پیشنهادهای جالبی برای ذرات تشکیل‌دهنده‌ی ماده‌ی تاریک، مطرح شده که البته وجود برخی از آن‌ها رد شده است. اما جدیدترین و امیدبخش‌ترین کاندیدای ماده‌ی تاریک، ذرات “SIMP” (سیمپ) هستند.
یافتن ماده‌ی تاریک که با جستجوی یک توده ستاره‌ای پرجرم و تاریک یا ذرات سنگین جدید دارای برهم‌کنش ضعیف دنبال می‌شود، تا کنون ناموفق بوده، اما حالا یک ذره‌ی جدید به واسطه مشاهدات، کم کم طرفدارانی پیدا کرده است. این ذرات که به آن‌ها ذرات سیمپ می‌گویند، ذرات پرجرمی با برهمکنش قوی بوده و سه سال پیش در دانشگاه برکلی توسط فیزیکدان نظری “Hitoshi Murayama” (هیتوشی مورایاما) و “Yonit Hochberg” (یونیت هوچبرگ) پیشنهاد شدند.
مورایاما اعتقاد دارد یک تجمع کهکشانی نزدیک که به تازگی مشاهده شده، می‌تواند مدرکی دال بر وجود ذرات سیمپ باشد. او پیش‌بینی کرده که آزمایش‌های فیزیک ذرات در آینده، یکی از این ذرات را آشکار خواهد کرد. مورایاما در مورد آخرین دستاوردهای نظری خود در مورد ذرات سیمپ و اینکه برخورد کهکشان‌ها چگونه وجود این ذرات را تأیید می‌کند کنفرانسی ارائه داده است.
با اینکه ماده‌ی تاریک نامرئی است، ستاره‌شناسان مقدار آن را 85% جرم عالم محاسبه کرده‌اند. محکم‌ترین مدرک برای وجود ماده تاریک، حرکت ستارگان درونی کهکشان است؛ بدون وجود ماده تاریک، کهکشان‌ از هم گسسته خواهد شد. در برخی کهکشان‌ها، ستاره‌های مرئی آنقدر کم هستند که ماده تاریک 99.9% جرم کهکشان را تشکیل می‌دهد.
نظریه‌پردازان ابتدا تصور می‌کردند که این ماده نادیدنی، همان ماده معمولی است که خیلی کم نور است؛ مانند کوتوله‌های قهوه‌ای، ستاره‌های سوخته یا سیاهچاله‌ها. هنوز هم اجرام پرجرم و چگال در هاله‌ای که مخفف آن “MACHO” (ماخو) نام دارد، کشف نشده‌اند. همچنین بررسی کهکشان آندرومدا در اوایل سال جاری توسط تلسکوپ “Subaru” (سوبارو)، هرگونه اجتماع مهم کشف نشده از سیاهچاله‌ها را از اساس رد کرد. محققان به دنبال پیدا کردن سیاهچاله‌هایی هستند که از جهان بسیار اولیه باقی مانده بودند. این سیاهچاله‌ها که به اصطلاح، سیاهچاله‌های زودگذر نام دارند با درخشندگی ناگهانی ناشی از عبور از جلوی ستارگان پس زمینه و اثر لنز گرانشی، شناخته می‌شوند. آن‌ها دقیقا یکی از این‌ سیاهچاله‌ها را یافتند که برای توجیه جرم کهکشان، خیلی کم است. مورایاما معتقد است این تحقیق نشان می‌دهد که ماخوها وجود ندارند.
ذرات سنگین با برهمکنش ضعیف یا همان ذرات “WIMP” (ویمپ) هم، چنین وضعی دارند؛ علی‌رغم آنکه چندین دهه مورد تحقیق قرار گرفته‌اند. این ذرات باید حدود صدبرابر سنگین‌تر از پروتون باشند و خیلی به ندرت با یکدیگر برهمکنش دارند. گمان می‌شد این ذرات اغلب با ماده معمولی از طریق گرانش برهمکنش کرده و منجر به جذب ماده معمولی به داخل توده‌هایی که درون کهکشان‌ها رشد می‌کنند، شده و در نهایت ستاره‌ها را ایجاد می‌کنند.

ذرات سیمپ با خودشان برهمکنش می‌کنند نه با بقیه!
ذرات سیمپ مانند ذرات ویمپ و ماخوها از لحاظ نظری در مقیاس بزرگ و در ابتدای تاریخ جهان تولید شده‌ و تا دمای میانگین کیهانی سرد شده‌اند، اما برخلاف ذرات ویمپ، نظریه ذرات سیمپ می‌گوید آن‌ها با خودشان برهم‌کنش گرانشی قوی برقرار می‌کنند و با ذرات معمولی، خیلی ضعیف برهمکنش دارند. به نظر مورایاما یک امکان این است که یک ذره سیمپ، مانند ذره پایون از یک کوارک و یک پادکوارک تشکیل شده باشد (تصویر شماره 1).

یک ذره سیمپ با اندازه‌ای شبیه به یک هسته اتم، از یک ذره ویمپ، کوچکتر خواهد بود که نشان می‌دهد تعداد آن‌ها باید از ذرات ویمپ موجود، بیشتر باشد. مورایاما معتقد است تعداد بیشتر ذرات سیمپ به معنی این است که آنها علی‌رغم برهم‌کنش ضعیف با ماده معمولی، هنوز اثر شاخصی روی آن، باقی می‌گذارند.
مورایاما چنین اثر شاخصی را در چهار کهکشان در حال برخورد درون خوشه آبل 3827 می‌بیند، جایی که ماده تاریک به طور شگفت انگیزی و با تأخیر، پشت ماده مرئی ظاهر می‌شود. این پدیده می‌تواند با برهم‌کنش‌های بین ماده تاریک در هر کهکشانی توضیح داده شود؛ چرا که ادغام ماده تاریک را کُند می‌کند، اما ادغام ماده معمولی و اساساً ستارگان را نه. مورایاما می‌گوید: «یک روش برای درک عقب‌تر بودن ماده تاریک نسبت به ماده معمولی، این است که ذرات ماده تاریک، اندازه‌ای محدود دارند و در برابر یکدیگر پراکنده می‌شوند. بنابراین زمانی که بخواهند به سمت دیگر سیستم حرکت کنند، پس زده می‌شوند. این چیزی است که در نظریه‌ی من که ماده تاریک، نوع جدیدی از کوارک‌ها است، پیش‌بینی می‌شود.» (تصویر شماره 2).

تصویر شماره 1
ساختار پیشنهادی موریاما برای ذرات سیمپ.
ذره سیمپ (راست) مشابه یک ذره پایون (چپ) از یک کوارک و یک پادکوارک تشکیل شده و با یک گلئون (G) کنار هم نگه داشته شده‌اند.

@Cosmos_language

تصویر شماره 2
تصویر تلسکوپ فضایی هابل از خوشه آبل 3827 و برخورد چهار کهکشان درخشان. کهکشان‌های پشت این خوشه (Arc B و Lensing image A) تغییر شکل یافته‌اند.

@Cosmos_language

علاوه بر این، ذرات سیمپ به یک پیروزی در توضیح توزیع ماده تاریک در کهکشان‌های کوچک دست پیدا کردند که نظریه‌ی ویمپ در آن ناکام مانده بود. مورایاما می‌گوید: «این معما از قدیم وجود داشته است که اگر به کهکشان‌های کوتوله نگاه کنید که شامل چند ستاره و خیلی کوچک هستند، می‌بینید که واقعاً بیشتر از ماده تاریک تشکیل شده‌اند. شبیه‌سازی تشکیل توده‌ی ماده تاریک، همیشه نشان می‌دهد که یک انباشتگی بزرگ به سمت مرکز وجود دارد، اما در مشاهدات، این انباشتگی را پهن‌تر می‌بینند. این اختلاف، یکی از مسائل مهم در مورد ماده تاریک است. در صورتی که اگر ماده تاریک، مقدار محدودی داشته باشد (مانند یک ذره سیمپ)، آنگاه ذرات می‌توانند خودشان را پراکنده کنند و این عملاً نمایانگر توده‌ای پهن به سمت مرکز می‌باشد. این خود می‌تواند گواهی دیگر بر درستی این نظریه باشد.» (تصویر شماره 3)

پیش به سوی یافتن ذرات سیمپ، ویمپ و اکسیون‌ها:
دانشمندان در حال طراحی آزمایش‌های زمینی برای یافتن ذرات سیمپ هستند؛ به ویژه در شتاب‌دهنده‌هایی مانند LHC در سرن که فیزیک‌دانان همیشه در آنجا به دنبال کشف ذرات ناشناخته جدید هستند. آزمایش دیگری در برخورد دهنده خطی بین‌المللی در ژاپن می‌تواند برای پیدا کردن ذرات سیمپ استفاده شود. همانطور که مورایاما و همکارانش نظریه ذرات سیمپ را اصلاح کرده و به دنبال راهی برای کشف این ذرات هستند، تحقیق در مورد ذرات ویمپ همچنان ادامه دارد. علاوه بر این فیزیک‌دانان همچنان به دنبال کاندیداهای دیگری برای ماده تاریک هستند. یکی از آن‌ها ذره “اکسیون” است که یک ذره فرضی کاندیدای ماده تاریک است. آزمایش “CASPEr” برای یافتن اختلالات اسپین هسته ناشی از میدان اکسیون طراحی شده است. آزمایش ماده تاریک با فرکانس بالا (ADMX-HF) نیز به دنبال یافتن اکسیون است. مورایاما می‌گوید: «ما نباید جستجوی ذرات ویمپ را رها کنیم. محدودیت‌های آزمایشگاهی بسیار مهم هستند. از آنجا که نشانه‌ای از وجود ذرات ویمپ دیده نشده، مردم وسیع‌تر می‌اندیشند. بیایید دست نگه داریم و دوباره به آن فکر کنیم.»

پست‌های مرتبط:
اکسیون
فوتون‌های تاریک
نظریه‌ی ماند

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

تصویر شماره 3
چپ: نظریه ویمپ (توزیع زیاد ماده تاریک در یک ناحیه کوچک مرکز کهکشان)
راست: نظریه سیمپ (توزیع پهن ماده تاریک در مرکز کهکشان که بیشتر در کهکشان‌های کوتوله متداول است.)

@Cosmos_language

دکتر علی نیری

شبه‌علم یعنی وام‌گیری از واژگان زیبا مثل انرژی، کیهان و شعور برای منطقی جلوه دادن اعتقادات.

@Cosmos_language

حرکت میلیاردها ستاره

@Cosmos_language

تاکیون‌ها، ذراتی سریع‌تر از نور!

احتمالاً می‌دانید که بر اساس نظریه نسبیت خاص اینشتین، هیچ ذره‌ای را که دارای جرم سکون حقیقی غیر صفر باشد نمی‌توان به سرعت نور در خلأ رساند، زیرا برای این کار به بی‌نهایت انرژی نیاز است. اما در سال 1967 یک فیزیکدان امریکایی به نام “Gerald Feinberg” (جرالد فاینبرگ) از دانشگاه کلمبیای امریکا در مقاله‌ای که در نشریه معتبر Physical Review منتشر کرد، اندیشه شگفت‌انگیزی را در ارتباط با این موضوع مطرح کرد. بنا بر استدلال فاینبرگ، ممکن است ذراتی با جرم غیرحقیقی یا موهومی (کمیت‌های موهومی در ریاضیات به کمیت‌هایی گفته می‌شود که مجذور آن‌ها عددی منفی است) در جهان وجود داشته باشند که بتوانند بدون زیر پا گذاشتن نسبیت خاص، با سرعتی فراتر از سرعت نور در کیهان حرکت کنند. فاینبرگ اسم چنین ذراتی را “Tachyon” (تاکیون) گذاشت که از واژه “تاکیس” یونانی به معنای تند و سریع گرفته شده است.
تاکیون‌ها در صورت وجود همواره با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت می‌کنند و هیچ گاه نمی‌توان سرعت آن‌های را تا حد سرعت نور و یا کمتر از آن کاهش داد، زیرا بر اساس معادلات نسبیت خاص اینشتین، برای کاهش سرعت یک تاکیون تا حد سرعت نور، به بی‌نهایت انرژی نیاز است.

“تاکیون” یکی از اعجاب‌های مکانیک کوانتومی است؛ تاکیون‌ها در جهانی عجیب به سر می‌برند که در آن همه چیز سریع‌تر از نور حرکت می‌کند. آن‌ها رفتارهای عجیب و غریبی دارند، تاکیون‌ها با از دست دادن انرژی تندتر می‌روند، بنابراین با از دست دادن کل انرژی خود با سرعت بی‌نهایت حرکت خواهند کرد. اما اعجاب آورترین خصوصیت آن‌ها این است که دارای جرمی موهومی هستند!

در جهان ریاضیات یک عدد موهومی، یک عدد به شکل bi است به طوری که b یک عدد غیر صفر و حقیقی، همچنین i نیز به صورت i²=−1 (که به آن واحد موهومی نیز می‌گویند) تعریف شده باشد. اگر در معادلات مشهور اینشتین m را با im جایگزین کنیم، آنگاه چیزی خیره کننده پدیدار می‌شود. به ناگاه تمام ذرات با سرعت فراتر از نور حرکت می‌کنند. اما وقتی می‌فهمیم که ممکن است این وضعیت انتزاعی ریاضیات به فیزیک و عالم کشیده شود به معنای واقعی ترسی ژرف تمام وجودمان را فرا می‌گیرد چون حتی نمی‌توانیم آن را در تخیل بیاوریم. بنابراین جرم موهومی حتی از جرمی بی‌نهایت هم عجیب‌تر است. در هر صورت تاکیون‌ها سریع‌تر از نور حرکت می‌کنند و جرم موهومی دارند اما فعلاً کسی آن‌ها را ندیده است.
با وجود همه این خصلت‌های عجیب و غریب، تاکیون‌ها به طور جدی مورد مطالعه فیزیکدانان مانند فاینبرگ قرار گرفته‌اند. مشکل در آن است که تاکنون کسی تاکیون را در آزمایشگاه ندیده است. فاینبرگ پیشنهاد کرد که فیزیکدان‌ها به بررسی باریکه لیزر پیش از روشن کردن آن بپردازند. اگر تاکیون وجود داشته باشند، آنگاه نور آمده از باریکه لیزر را می‌توان حتی پیش از روشن شدن این وسیله آشکارسازی کرد! معلوم نیست که از تاکیون‌ها بشود برای فرستادن پیام به گذشته استفاده کرد مثلاً فاینبرگ عقیده داشت که گسیل تاکیونی که در زمان پیش می‌رود، با جذب تاکیون انرژی منفی که در زمان پس می‌رود یکسان است (مشابه با وضعیت مربوط به پادماده) و شاید علیت نقض نشود.
تفسیر جدی امروزی تاکیون‌ها این است که آن‌ها شاید در لحظه بیگ بنگ وجود داشته‌اند و با نقض علیت دیگر وجود ندارند. تاکیون‌ها دارای خصوصیات عجیب دیگری نیز هستند، وقتی آن‌ها را در هر نظریه‌ای وارد کنید آن‌ها خلاء را که پایین ترین حالت انرژی است، ناپایدار می‌کنند. اگر سیستمی دارای تاکیون‌ها باشد، یعنی در خلاء دروغین قرار دارد به طوری که آن سیستم ناپایدار می‌شود و به خلاء راستین واپاشی می‌کند. فرضیه‌ای وجود دارد که کیهان قبل از بیگ بنگ، در اصل با خلائی دروغین آغاز شد که در آن تاکیون‌ها وجود داشته‌اند. به باور فیزیکدانان بوزون هیگز در اصل به صورت تاکیون به راه افتاد.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

در خلاء دروغین، هیچ کدام از ذرات زیر اتمی اصلاً جرمی نداشتند اما تاکیون آن را ناپایدار کرد و جهان گذاری به خلاء جدید انجام داد که در آن بوزون هیگز تبدیل به ذره‌ای عادی شد. پس از گذار از تاکیون به ذره عادی، ذرات زیر اتمی شروع به جرم دار شدن کردند. بدین ترتیب کشف بوزون هیگز نه تنها آخرین تکه گمشده مدل استاندارد را تکمیل می‌کند، بلکه تأکید خواهد کرد که حالت تاکیونی زمانی وجود داشته است اما به ذره‌ای عادی تبدیل شده است. شاید تاکیون‌ها پیش از بیگ بنگ وجود داشتند، این ذرات علیت را نقض می‌کنند اما کی از دیدگاه‌های موجود بین فیزیکدانان این است که کار اصلی آن‌ها راه انداختن بیگ بنگ بود و بنابراین دیگر مشاهده شدنی نیستند. بنابراین تاکیون‌ها نمایانگر حالت کوانتومی عجیبی‌اند که در آن اجسام می‌توانند سریع‌تر از نور بروند حتی علیت را نقض کنند. اما آن‌ها مدت‌ها پیش ناپدید شده‌اند و شاید به شکل گیری کیهان انجامیده باشند.
طبق نظر فاینمن، الکترونی که در زمان به عقب بر می‌گردد همان پوزیترون با بار مخالف است. تفسیری که ولف و سارافتی به آن می‌افزایند این است که الکترون به خارج از مخروط نور خود، به درون خط جهانی تاکیونی که در آن سرعت الکترون بیش از سرعت نور است تابانده می‌شود. حتی تعدادی از فیزیکدانان معتقدند که تئوری نسبیت اینشتین وجود تاکیون‌ها را نفی نمی‌کند و حتی بر وجود آن‌ها صحه می‌گذارد و در واقع می‌توان گفت تاکیون‌ها در خارج از مخروط نور وجود دارند، یعنی در آنسوی فضا-زمان!

منبع:

Gerald Feinberg Phys. Rev. 159, 1089 (1967)

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

سیاهچاله‌ها

قسمت پنجم: پارادوکس اطلاعات

@Cosmos_language

سیاهچاله‌ها

قسمت اول
قسمت دوم
قسمت سوم
قسمت چهارم

قسمت پنجم: پارادوکس اطلاعات

پرتو هاوکینگ:
طبق اصل عدم قطعیت فضای خالی، در واقع خالی نیست. جفت ذره-پادذره به طور دائم و به صورت تصادفی تولید شده و بعد از مدت زمان بسیار کوتاهی (تصویر شماره 1) با برهم‌کنش، یکدیگر را از بین می‌برند و انرژی‌ای که از «هیچ» قرض گرفته شده بود، پس داده می‌شود. به همین دلیل به آن‌ها "ذرات مجازی" گفته می‌شود. بیایید یک جفت فوتون مجازی را تصور کنیم که نزدیک افق رویداد ساخته می‌شوند، به طوری که یکی از آن‌ها درون افق رویداد و دیگری بیرون آن ساخته شده‌اند. با این اوصاف، فوتون اول به درون سیاهچاله جذب شده و فوتون دوم از آن می‌گریزد. هاوکینگ پیش‌بینی کرد افت و خیز کوانتومی خلاء باعث تولید جفت‌های ذره-پادذره یا همان ذرات مجازی در نزدیک افق رویداد سیاه چاله می‌شود. درست قبل از نابود شدن، یکی از دو ذره به درون سیاهچاله کشیده می‌شود در حالی که ذره‌ی دیگر از گرانش سیاهچاله می‌گریزد. در نتیجه از دید ناظر خارجی،‌ یک فوتون از سیاهچاله تابش شده است. پرتویی که از سیاهچاله گسیل می‌شود، پرتو هاوکینگ نام دارد. پروفسور هاوکینگ با کشف پرتو هاوکینگ به این نتیجه رسید که سیاهچاله‌ها به مرور زمان جرم و انرژی از طریق پرتویی که از آن‌ها گسیل می‌شود از دست می‌دهند. از آنجا که فوتون تابش شده دارای انرژی مثبت است، ‌فوتونی که توسط سیاهچاله جذب می‌شود،‌ نسبت به جهان خارجی، انرژی منفی دارد. این تابش باعث از دست رفتن انرژی سیاهچاله و در نتیجه از بین رفتن جرم آن می‌شود (طبق رابطه مشهور E²=m²c⁴+p²c²). سیاهچاله‌های کوچک قدیمی‌تر، نسبت تابش به جذب بیشتری داشته و به طور کلی، جرم نهایی آن‌ها کاهش می‌یابد؛ در مقابل، سیاه چاله‌های بزرگتر، نسبت تابش به جذب کمتری دارند. فرکانس این تابش، در محدوده فروسرخ قرار دارد؛ روند این تابش گرمایی (فرو سرخ) که باعث کاهش جرم و انرژی می‌شود، ابتدا آهسته است ولی با کاهش جرم سیاهچاله و کوچک‌تر شدن افق رویداد، شدت گرفته و از دست دادن جرم و انرژی سریع‌تر می‌شود.
وقتی جرم سیاهچاله به اندازه یک شهاب سنگ بزرگ می‌شود، پرتویی با دمای اتاق (°25) ساطع می‌کند. وقتی جرمش به اندازه یک کوه بشود، پرتویی با دمای خورشید آزاد می‌کند و به همین ترتیب در آخرین ثانیه‌های عمرش، انرژی‌ای به اندازه میلیون‌ها بمب هیدروژنی را در یک انفجار بزرگ آزاد می‌کند و از بین میرود (تصویر شماره 2).

اگر سیاهچاله‌ها طی فرایند تبخیر سیاهچاله نابود می‌شوند، پس اطلاعات کوانتومی مربوط به اجرامی که در طول حیاتشان بلعیده‌اند چه می‌شود؟ طبق قوانین مکانیک کوانتوم اطلاعات کوانتومی نمی‌توانند نابود شوند بنابراین باید به شکلی به بیرون سیاهچاله درز کنند. در نتیجه باید بشود به کمک اندازه‌گیری حالت کوانتومی پرتویی که از سیاهچاله تابش می‌شود، اطلاعات مربوط به اجسامی که داخل سیاهچاله افتاده‌اند را بازیابی کرد. ولی پروفسور هاوکینگ نشان داد که این کار آنقدر هم ساده نیست! زیرا تابشی که از سیاهچاله گسیل می‌شود کاملاً تصادفی است؛ هیچ فرقی ندارد که سیاهچاله یک کیلوگرم سنگ را بلعیده باشد یا یک کیلوگرم تراشه کامپیوتری را، نتیجه کاملاً یکسان است. حتی اگر سیاهچاله‌ای را تا زمان نابودی‌اش رصد کنیم، باز هم هیچ راهی وجود ندارد که بفهمیم چه چیزهایی به داخلش افتاده.

پروفسور “Leonard Susskind” (لئونارد سِسکایند) به این نتیجه رسید که ذرات پرتو هاوکینگ با یکدیگر درهم‌تنیدگی کوانتومی دارند. یعنی هر ذره‌ای که گسیل می‌شود، با ذره‌ای که قبل از خودش گسیل شده درهم‌تنیده است. وقتی تعدادی ذره با هم درهم‌تنیده باشند، یک "سامانه کوانتومی" را تشکیل می‌دهند. در تعریف سامانه کوانتومی گفته می‌شود که اجزاء سامانه (ذرات) فاقد هر گونه ویژگی‌ هستند و در عوض کل سامانه دارای تعدادی ویژگی است. به عبارت دیگر به جای اینکه مانند حالت عادی، هر ذره را با یک تابع موج توصیف کنیم، در حالتی که یک سامانه کوانتومی درهم‌تنیده داریم، ذرات دارای هیچ تابع موجی نیستند و در عوض کل سامانه با یک تابع موج توصیف می‌شود. در نتیجه، بازیابی اطلاعات مربوط به اجسامی که داخل سیاهچاله افتاده‌اند از روی اندازه گیری حالت کوانتومی پرتویی که از سیاهچاله تابش می‌شود (به کمک تابع موج سامانه کل)، امکان پذیر است.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

تصویر شماره 1

Δt: طول عمر ذرات مجازی
ħ: ثابت دیراک
ΔE: انرژی ذرات مجازی

@Cosmos_language

تصویر شماره 2

T: دما
ħ: ثابت دیراک
c: سرعت نور
k: ثابت بولتزمن
G: ثابت گرانش نیوتن
M: جرم سیاهچاله

@Cosmos_language

محاسبات “Joseph Polchinski” (جوزف پولچینسکی) و دو تن از دانشجویانش، “Ahmed Almheiri” (احمد المری) و “James Sully” (جیمز سالی)، و با همکاری یک نظریه پرداز دیگر در شاخه ریسمان به نام “Donald Marolf” (دونالید مارولف) از دانشگاه کالیفرنیا، نشان داد که هر ذره‌ای که از سیاهچاله گسیل می‌شود، با جفت خودش که داخل سیاهچاله می‌افتد هم درهم‌تنیده است؛ و با توجه به یافته‌های پروفسور سِسکایند مبنی بر اینکه هر ذره از پرتو‌ هاوکینگ با تمام ذراتی که قبل از خودش گسیل شده‌اند درهم‌تنیده است، به یک پارادوکس بر می‌خوریم! این موضوع که ذره‌ای که گسیل می‌شود، هم با ذرات قبلی درهم‌تنیده باشد و هم با جفتش که به درون سیاهچاله افتاده، اصل "تک جفت بودن درهم‌تنیدگی" را زیر سؤال می‌برد. این اصل بیان می‌کند که یکی از اجزاء یک سامانه کوانتومی نمی‌تواند به طور هم زمان با دو سامانه مستقل درهم‌تنیدگی کامل داشته باشد. پروفسور پولشینسکی فهمید یکی از این دو درهم‌تنیدگی، باید شکسته شود.
اگر درهم‌تنیدگی بین ذره گسیل شده و ذرات دیگر پرتو هاوکینگ از بین رود، دیگر نمی‌توان اطلاعات را بازیابی نمود و این گم شدن اطلاعات خلاف قوانین مکانیک کوانتوم است. اگر درهم‌تنیدگی میان ذره گسیل شده و جفتش که داخل سیاهچاله افتاده است از بین رود، انرژی‌ زیادی آزاد می‌شود؛ زیرا درهم‌تنیدگی کوانتومی یک پیوند بسیار قوی می‌باشد. و چون این اتفاق در دور تا دور افق رویداد رخ می‌دهد، یک "Fire wall" (دیوار آتش) به دور افق رویداد شکل می‌گیرد. پس افق رویداد سیاهچاله، به معنای واقعی حلقه‌ای از آتش است که هر چیزی را به محض ورود می‌سوزاند. وجود این دیوار آتش، اصل هم ارزی را نقض می‌کند و نسبیت عام هم بر اساس اصل هم ارزی تعریف شده است. طبق اصل هم ارزی، ناظری که در حال سقوط آزاد در یک میدان گرانشی است، نباید تفاوتی با ناظری که در فضای خالی غوطه‌ور است داشته باشد و چیز متفاوتی را احساس کند. پروفسور پولشینسکی، یافته‌های خود را در مقاله‌ای منتشر کرد و در آخر اینطور نتیجه گرفت:
«یک گزینه پذیرش وجود دیوار آتش است که در این صورت نسبیت عام نقض می‌شود زیرا اصل هم ارزی دیگر برقرار نیست.
گزینه دیگر اینکه دیوار آتشی وجود ندارد و اطلاعات کوانتومی در سیاهچاله گم می‌شوند که در این صورت مکانیک کوانتوم در هم فرو خواهد ریخت.»

این مقاله جامعه فیزیک را به لرزه افکند!
پروفسور سِسکایند بعد از خواندن مقاله پروفسور پولشینسکی گفت: «نخستین واکنش من این بود که آنان در اشتباه هستند.» سپس با خنده ادامه داد: «دومین واکنشم این بود که نتایجی که آن‌ها به دست آورده‌اند درست است. برای بار سوم پنداشتم که آن‌ها در اشتباهند. اما بار چهارم دریافتم که حق با آن‌هاست.»
اکنون تکلیف چیست؟ باید به قوانین مکانیک کوانتوم پایبند باشیم یا به نسبیت عام؟ برای حل این معما، کدام نظریه را ملاک عمل قرار دهیم؟

کسی پاسخ این سؤالات را نمی‌دانست. اما در همان سال با کشف “Juan Maldacena” (خوان مالداسِنا)، این بن‌بست شکسته شد. وی فیزیک‌دانی بود که پس از آن به دانشگاه هاروارد در کمبریج رفت. دیدگاه مالداسنا بر پایه یک اصل تأیید شده قدیمی‌تر به نام “Holographic principle” (اصل هولوگرافی) بنا شده بود که بیان می‌کرد هر ناحیه سه بعدی (3D) از جهان ما را می‌توان به کمک داده‌هایی که بر روی مرز دوبعدی (2D) آن رمزنگاری شده است، توصیف کرد، درست به همان ترتیبی که به کمکِ پرتوی لیزر می‌توان یک تصویرِ سه‌بعدی را بر روی یک هولوگرامِ دوبعدی رمزنگاری کرد. لئونارد سسکیند نظریه‌پردازِ ریسمان از دانشگاهِ استنفورد در کالیفرنیا و یکی از کسانی است که این فرضیه را مطرح کرده است. او می‌گوید: «ما واژه‌ی “هولوگرام” را به عنوانِ یک استعاره به کار بردیم. اما پس از پیش‌بردِ محاسباتِ ریاضی، چنین به نظر می‌رسید که این فرضیه یک معنای لغوی هم دربر دارد و آن عبارت است از اینکه کیهان، برافکنشی (تصویری) از اطلاعات بر روی یک مرز است».
آنچه که مالداسنا پیشنهاد کرد یک فرمول‌بندیِ ریاضیِ ملموس از ایده‌ی هولوگرام بود که از دیدگاه‌های نظریه‌ی ابرریسمان بهره می‌گرفت، نظریه‌ای که این فرض را به عنوان مبنا قرار می‌دهد که ذرات بنیادی از ترکیب حلقه‌های بسیار کوچک و مرتعش انرژی ساخته شده‌اند. مدل او جهانی سه‌بعدی را در نظر می‌آورد که ریسمان‌ها و سیاهچاله‌ها را در بر گرفته است. این ریسمان‌ها و سیاهچاله‌ها که تنها گرانش بر آن‌ها فرمان می‌راند در سطحی دو بعدی مقید شده‌اند. در این سطح دو بعدی ذرات بنیادی و میدان‌ها از قوانین رایج مکانیک کوانتومی، بدون در نظر گرفتن گرانش، پیروی می‌کنند. ساکنان فرضی این فضای سه بعدی هرگز این مرز دوبعدی را نخواهند دید چراکه این مرز از آن‌ها بی‌نهایت دور است.

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

اما این مسئله مهم نیست چون هر آنچه در این جهان سه بعدی رخ دهد را می‌توان به طور هم‌ارز به کمک معادلات حاکم بر مرز دو بعدی توصیف کرد و برعکس. مالداسنا چنین توضیح می‌دهد: «من دریافتم که می‌توان واژه‌نامه‌ای ریاضی یافت و به کمک آن زبان‌های این دو جهان را به یکدیگر ترجمه کرد».
این به این معنا بود که حتی تبخیر سیاهچاله‌ها که پدیده‌ای در جهان سه بعدی‌ست را می‌توان در جهان دو بعدی توصیف کرد، یعنی جایی که گرانشی در آن تعریف نمی‌شود، قوانین مکانیک کوانتومی حاکم بی چون و چراست و اطلاعات هرگز نابود نمی‌شود. اگر اطلاعات در چنین جایی پایسته می‌ماند باید در جهان سه بعدی نیز چنین باشد، یعنی اطلاعات باید به گونه‌ای از سیاهچاله به بیرون بگریزد.
پس از گذشت چند سال، مارولف نشان داد که هر مدلی که برای گرانش کوانتومی نوشته شود از قوانین یکسانی پیروی خواهد کرد، مستقل از آن‌که این مدل بر پایه‌ی نظریه‌ی ریسمان ساخته شده باشد یا خیر . “Ted Jacobson” (تِد جکوبسون) فیزیکدانی در شاخه‌ی مکانیک کوانتومی در دانشگاه مریلند در کالج‌پارک که برای مدت‌ها هوادار نظریه‌ی نابودی اطلاعات بود چنین می‌گوید: «ترکیبی از کارهای پژوهشی مالداسنا و مارولف بود که سبب شد دیدگاه من (به سود مخالفان نابودی اطلاعات) تغییر کند». در سال 2004 هاوکینگ در حضور همگان پذیرفت که دیدگاهش نادرست بوده و برای به‌جا آوردن شرطی که با پرسکیل بسته بود یک دانش‌نامه‌ی بیس‌بال به وی هدیه داد.

وقتی خوان مالداسنا دیدگاه خود را مطرح کرد، نظر بیشتر فیزیکدانان به نفع دیوار آتش شد.
پروفسور جکوبسون میگوید: «این موضوع که دست کشیدن از اصل هم ارزی انیشتین بهترین گزینه است، به راستی تکان دهنده بود.»
از زمان انتشار مقاله‌ی پروفسور پولشینسکی تا امروز، بیش از 40 مقاله در این باره در arXiv به ثبت رسیده است اما هیچ کس نتوانسته خدشه و نقطه ‌ضعفی در منطق و شیوه‌ی استدلال اعضای این گروه پژوهشی بیابد.
پروفسور دان پِیج می‌گوید: «این واقعاً بحثی زیباست که ثابت می‌کند جایی در شیوه اندیشه ما در مورد سیاهچاله‌ها، ناسازگاری وجود دارد.»
پروفسور گیدینگز بر این باور است که پارادوکس دیوار آتشین برای حل ‌شدن نیاز به راه حلی انقلابی دارد. او محاسبه‌ای انجام داده که بر اساس آن، اگر درهم‌تنیدگی میان ذره‌ای که به عنوان تابش هاوکینگ به بیرون از سیاهچاله می‌گریزد و ذره‌ی جفتش که به درون سیاهچاله می‌افتد، از بین نرود تا هنگامی که ذره‌ی گریخته از سیاهچاله اندکی از افق رو‌یداد دور شود، آن ‌گاه انرژی که از شکستن درهم‌تنیدگی آن‌ها آزاد می‌شود بسیار کم‌تر خواهد بود، چنان ‌که دیگر هیچ دیوار آتشینی تشکیل نخواهد شد. این نتیجه اصل هم‌ارزی را محترم می‌شمارد اما فقط برای سیاهچاله‌هایی که افق رویداد بزرگی دارند صدق می‌کند و دیوار آتش به دور سیاهچاله‌هایی با افق رویداد کوچک هنوز هم وجود دارد. یعنی نمی‌توان ایده پروفسور گیندینگز را در مورد سیاهچاله‌های کوچک اثبات کرد.

گزینه‌ی دیگری نیز همچنان وجود دارد که اصل هم ‌ارزی را از خطر بی‌اعتباری نجات می‌دهد، اما این گزینه چنان بحث بر‌انگیز است که کم‌تر کسی شهامت پشتیبانی از آن را دارد. شاید در همه‌ی این سال‌ها، حق با هاوکینگ بوده و اطلاعات درون سیاهچاله‌ها به راستی گم می‌شود! این واقعاً طعنه‌آمیز است که پروفسور پرسکیل، کسی که بر خلاف ادعای هاوکینگ با وی شرط ‌بندی کرده و خود او یکی از کسانی بود که ایده‌ی دیوارهای آتشین را مطرح ساخت، در دانشگاه استنفورد چنین می‌گوید: «شگفت‌آور است که فیزیکدانان به طور جدی درباره‌ی احتمال گم شدن اطلاعات درون سیاهچاله نمی‌اندیشند چون به نظر نمی‌رسد هیچ ایده‌ای به اندازه‌ی ایده‌ی دیوارهای آتشین جنون‌آمیز باشد». البته او می‌افزاید که اعتقادش همچنان بر آن است که اطلاعات از دام سیاهچاله جان سالم به در می‌برند.
تنها دیدگاه مشترکی که تاکنون به دست آمده آن است که این مسئله به این زودی‌ها برطرف نخواهد شد.

پولچینسکی در طول گفت‌وگوی خود، همه‌ی ترفند‌های ارائه ‌شده برای کم‌تر کردن مشکل دیوار آتشین را به میان آورد و با دقت تمام، کاستی‌ها و نقاط ضعف هر یک را شرح داد و در پایان چنین نتیجه‌گیری کرد: «متأسفم که هنوز هیچ ‌کس از دست مسئله‌ی دیوار آتش رهایی نیافته است، اما خواهش من این است که همگی همچنان به تلاش خود ادامه دهیم».

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

منابع:

• Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski and James Sully arXiv:1207.3123v4 (2013)
• Hawking, S. W. Nature 248, 30–31 (1974)
• Bekenstein, J. D. Phys. Rev. D 7, 2333–2346 (1973)
• Susskind, L. J. Math. Phys. 36, 6377 (1995)
• Stephens, C. R., ’t Hooft, G. & Whiting, B. F. Class. Quant. Grav. 11, 621–647 (1994)
• Maldacena, J. M. Adv. Theor. Math. Phys. 2, 231–252 (1998)
• Marolf, D. Phys. Rev. D 79, 044010 (2009)
• Susskind, L. Preprint arXiv:1207.4090v3 (2012)
• Harlow, D. & Hayden, P. Preprint arXiv:1301.4504v4 (2013)
• Giddings, S. B. Preprint arXiv:1302.2613v3 (2016)

@Cosmos_language
https://telegram.me/Cosmos_language

جنگ هاوکینگ و سسکایند بر سر پارادوکس اطلاعات.

@Cosmos_language

پارادوکس اطلاعات و اصل هولوگرافیک.

@Cosmos_language