علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
To Understand Gravity, Toss a Hard Drive into a Black Hole
(بقلم: إميلي ف.دريسكول وجاريد كابلان)
ربما نعتقد أننا نعرف الجاذبية معرفة جيدةً. رغم ذلك، لدينا خبرة واعية بهذه القوة الأساسية أكثر من أي من القوى الأخرى (الكهرومغناطيسية والقوى النووية الضعيفة والقوية). لكن على الرغم من أن علماء الفيزياء كانوا يحققون في الجاذبية منذ مئات السنين ، إلا أنها لا تزال مصدر غموض.
في الفيديو الخاص بنا لماذا الجاذبية مختلفة؟ نستكشف لماذا هذه القوة محيرة للغاية ولماذا لا زال من الصعوبة بمكان فهم كيف تتوافق نظرية النسبية العامة لأينشتاين (التي تغطي الجاذبية) مع ميكانيكا الكم (الكمومية):
الجاذبية قوة ضعيفة بشكل غير عادي وتكاد أن تكون دراستها بشكل مباشر مستحيلة على المستوى الكمومي. لا يمكننا استقصاؤها باستخدام مسرعات الجسيمات مثلما نستطيع فعله مع القوى الأخرى ، لذلك نحن بحاجة إلى طرق أخرى لإدراك حقيقة الجاذبية الكمومية.
ادخل الثقوب السوداء. في ورقة بحثية في أوائل سبعينيات القرن الماضي ، قام الفيزيائي الراحل جاكوب بيكينستاين (Jacob Bekenstein) بدراسة مسألة ماذا يحدث للإنتروبيا / القصور الحراري (1) – وهي مقياس مقدار العشوائية، في نظام ما (معلومات عن الأنتروبيا في 2) – عندما تخضع المادة لسحب الجاذبية الهائل للثقب الأسود وتسقط عبر أفق حدث الثقب الأسود (لتعريف حدث الثقب الأسود، راجع 3).
لاحظ بيكنستاين أن إنتروبيا المادة تبدو وكأنها تختفي داخل الثقب الأسود. بل من شأنها أن تنتهك القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، الذي ينص على شيئين: المعلومات لا تفنى ، والإنتروبيا لا يمكن إلاّ أن تزيد. وبالتالي على إنتروبيا الثقب الأسود أن تعوض الخسارة. يجادل بيكنشتاين بأن إنتروبيا الثقب الأسود هذه يجب ألا تكون متناسبة مع حجم الثقب الأسود ، ولكن مع مساحة أفق الحدث.
لو أننا نصف محتويات الثقوب السوداء من حيث مساحتها لا من حيث حجمها ، فيجب أن نأخذ في الإعتبار قوانين الفيزياء من حيث المساحة أيضًا. هذا يعني أن نظرية كل شيء (بما في ذلك الجاذبية) يجب أن تكون قادرة أن تأخذ أثرها في أقل من ثلاثة أبعاد زمكانية.
الآن دعنا نتخيل المعلومات التي تصف حالة الكون بأكمله — وكلها مخزنة على قرص صلب واحد (hard drive). ثم ارمِ بهذا القرص الصلب في ثقب أسود. المعلومات المخزنة لا يمكن أن تُفقد ، لذلك يجب أن تكون محتواه في مساحة سطح الثقب الأسود (وإن كانت مبعثرة / مشوشة scrambled).
يؤدي هذا السيناريو إلى طريقة جديدة دراماتيكية من التفكير حيث يمكن للكون أن يكون هالوغرامًا (hologram) [وهي صور ذات ثلاث بعاد متولدة من بعدين، ارجع إلى الڤيديو أعلاه] بشكل فعال ، ما يبدو أنه جسم ثلاثي الأبعاد هو في الواقع مجرد بروز من سطح ثنائي الأبعاد. شعورنا الثلاثي الأبعاد المزعوم للعالم سيصبح إذن وهمًا ، تولد بلا شك من حقيقة ذات أبعاد أقل (معلومات عن اختزال الأبعاد في 4 وفي الڤيديو المرفق أعلاه ). ربما نحن جميعًا مجرد قصاصات ورق رقيقة في مهب رياح الجاذبية الكونية.
مصادر من داخل وخارج النص:
1-https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.7.2333
2-https://ar.wikipedia.org/wiki/إنتروبيا
3-ألق الحدث: “في نظرية النسبية العامة، يستعمل مصطلح أفق الحدث باعتباره حد موجود في الزمكان، كمنطقة تحيط بالثقب الأسود أو الثقب الدودي، ضمنه لا تؤثر الحوادث بالملاحظ الخارجي. السبب ببساطة أن الضوء المنبعث من داخل أفق الحدث لا يمكن له أن يتجاوز هذا الحد للوصول إلى الراصد الخارجي (الجهة الأخرى لأفق الحدث) بسبب الثقالة والجاذبية القوية للثقب الأسود” اقتبسناه من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/أفق_الحدث
4-https://plus.maths.org/content/lower-dimension.