كان ستيفن هوكينج مخطئًا، فالثقوب السوداء القصوى ممكنة

الآن أثبت اثنان من علماء الرياضيات خطأ هوكينج وزملائه. يوضح العمل الجديد – الوارد في ورقتين بحثيتين حديثتين لكريستوف كيهلي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وريان أنجر من جامعة ستانفورد وجامعة كاليفورنيا في بيركلي – أنه لا يوجد شيء في قوانين الفيزياء المعروفة لدينا يمنع حدوث ذلك. تشكيل ثقب أسود متطرف.

وقال ميهاليس دافيرموس، عالم الرياضيات في جامعة برينستون (ومستشار الدكتوراه لكيلي وأونغر)، إن برهانهم الرياضي «جميل، ومبتكر تقنيًا، ومثير للدهشة جسديًا». وأضاف أنه يلمح إلى كون محتمل أكثر ثراءً وتنوعًا حيث يمكن أن توجد “ثقوب سوداء متطرفة من الناحية الفيزيائية الفلكية”.

وهذا لا يعني أنهم كذلك. وقال خانا: “إن وجود حل رياضي له خصائص جميلة لا يعني بالضرورة أن الطبيعة ستستفيد منه”. “ولكن إذا وجدنا واحدة بطريقة أو بأخرى، فسيكون ذلك حقا.” [make] إننا نفكر فيما نفتقده”. وأشار إلى أن مثل هذا الاكتشاف يحمل في طياته القدرة على إثارة “بعض أنواع الأسئلة المتطرفة”.

قانون الاستحالة

قبل إثبات كيهل وأونغر، كان هناك سبب وجيه للاعتقاد بأن الثقوب السوداء المتطرفة لا يمكن أن توجد.

في عام 1973، قدم باردين وكارتر وهوكينج أربعة قوانين حول سلوك الثقوب السوداء. لقد كانت تشبه القوانين الأربعة الراسخة للديناميكا الحرارية – وهي مجموعة من المبادئ المقدسة التي تنص، على سبيل المثال، على أن الكون يصبح أكثر فوضى مع مرور الوقت، وأن الطاقة لا يمكن خلقها أو تدميرها.

أثبت الفيزيائيون في بحثهم قوانينهم الثلاثة الأولى للديناميكا الحرارية للثقب الأسود: الصفر، والأول، والثاني. وبالتالي، فقد افترضوا أن القانون الثالث (مثل نظيره القياسي في الديناميكا الحرارية) سيكون صحيحًا أيضًا، على الرغم من أنهم لم يتمكنوا بعد من إثباته.

وينص هذا القانون على أن الجاذبية السطحية للثقب الأسود لا يمكن أن تنخفض إلى الصفر في فترة زمنية محدودة، وبعبارة أخرى، لا توجد طريقة لإنشاء ثقب أسود متطرف. ولدعم ادعائهم، جادل الثلاثي بأن أي عملية من شأنها أن تسمح لشحنة أو دوران الثقب الأسود بالوصول إلى الحد الأقصى يمكن أن تؤدي أيضًا إلى اختفاء أفق الحدث تمامًا. من المعتقد على نطاق واسع أن الثقوب السوداء بدون أفق الحدث، والتي تسمى بالتفردات العارية، لا يمكن أن توجد. علاوة على ذلك، نظرًا لأنه من المعروف أن درجة حرارة الثقب الأسود تتناسب مع جاذبيته السطحية، فإن الثقب الأسود الذي لا يمتلك جاذبية سطحية لن يكون له درجة حرارة أيضًا. مثل هذا الثقب الأسود لن ينبعث منه إشعاع حراري، وهو الأمر الذي اقترح هوكينج لاحقًا أن الثقوب السوداء يجب أن تفعله.

في عام 1986، بدا أن عالم فيزياء يُدعى فيرنر إسرائيل قد وضع حدًا للمسألة عندما نشر دليلاً على القانون الثالث. لنفترض أنك تريد إنشاء ثقب أسود متطرف من ثقب عادي. يمكنك محاولة القيام بذلك عن طريق جعله يدور بشكل أسرع أو عن طريق إضافة المزيد من الجزيئات المشحونة. ويبدو أن الأدلة التي قدمتها إسرائيل تثبت أن القيام بذلك لا يمكن أن يجبر الجاذبية السطحية للثقب الأسود على الانخفاض إلى الصفر في فترة زمنية محدودة.

وكما اكتشف كيهلي وأونغر في نهاية المطاف، فإن حجة إسرائيل كانت تخفي خللاً ما.

موت القانون الثالث

لم يشرع كيهلي وأونغر في العثور على ثقوب سوداء متطرفة. لقد تعثروا عليهم تماما عن طريق الصدفة.

كانوا يدرسون تشكيل الثقوب السوداء المشحونة كهربائيا. وقال كيهلي: “لقد أدركنا أنه يمكننا القيام بذلك – صنع ثقب أسود – “بجميع نسب الشحنة إلى الكتلة”. وشمل ذلك الحالة التي تكون فيها الشحنة بأعلى مستوى ممكن، وهي السمة المميزة للثقب الأسود المتطرف.

بعد إثبات أن الثقوب السوداء المتطرفة المشحونة للغاية ممكنة من الناحية الرياضية، يحاول رايان أنغر من جامعة ستانفورد الآن إثبات أن الثقوب السوداء السريعة الدوران ممكنة أيضًا. لكنها مشكلة أصعب بكثير.

تصوير: ديميتريس فيتسيوس

أدرك دافيرموس أن طلابه السابقين قد اكتشفوا مثالًا مضادًا للقانون الثالث لباردين وكارتر وهوكينج: لقد أظهروا أنهم يستطيعون بالفعل تغيير ثقب أسود نموذجي إلى ثقب أسود متطرف خلال فترة زمنية محدودة.

بدأ كيهلي وأونغر بثقب أسود لا يدور وليس له شحنة، ووضعا نموذجًا لما يمكن أن يحدث إذا تم وضعه في بيئة مبسطة تسمى المجال العددي، والذي يفترض خلفية من الجسيمات المشحونة بشكل موحد. ثم قاموا بضرب الثقب الأسود بنبضات من المجال لإضافة شحنة إليه.