کرم‌چاله‌ها می‌توانند پارادوکس مشهور سیاه‌چاله را حل کنند
چه اتفاقی برای اطلاعات پس از عبور از افق رویداد یک سیاه‌چاله رخ می‌دهد؟ براساس برخی فرضیه‌ها هندسه‌ی کرم‌چاله می‌تواند به حل این مسئله کمک کند اما حل آن از نظر ریاضی بسیار دشوار است. تیمی بین‌المللی از فیزیکدان‌ها در مقالهای جدید به راه‌حلی برای درک بهتر این مسئله رسیدند و نشان دادند سیاه‌چاله‌ی درحال فروپاشی چگونه می‌تواند از شکستن قوانین بنیادی فیزیک کوانتوم اجتناب کند. پژوهش فوق کاملاً تئوری است بااین‌حال نشان می‌دهد احتمالاً چیزهایی وجود دارند که در جست‌وجوی راه‌حل نسبیت عام با مکانیک کوانتوم آن‌ها را نادیده گرفته‌ایم. به گفته‌ی کاناتو گوتو، فیزیکدان دانشگاه کرنل و RIKEN در ژاپن:
هندسه‌ی فضازمان جدیدی را با ساختار کرم‌چاله کشف کردیم که در محاسبات معمولی از آن چشم‌پوشی شده است. آنتروپی محاسبه‌شده با این هندسه‌ی جدید نتیجه‌ی کاملاً متفاوتی را ارائه می‌دهد.
پارادوکس اطلاعات سیاه‌چاله یکی از اختلافات حل‌نشده‌ی بین نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین و مکانیک کوانتوم است. براساس نظریه‌ی نسبیت عام، افق رویداد سیاه‌چاله نقطه‌ای بدون بازگشت است. هر چیز که از این نقطه‌ی بحرانی عبور کند به شکلی بی‌رحمانه توسط گرانش سیاه‌چاله مکیده می‌شود و هیچ سرعتی در جهان، حتی نور درحال حرکت در خلأ برای گریز از سیاه‌چاله کافی نیست. هر چیزی که از این افق رد شود برای همیشه از بین رفته و بازگشت‌ناپذیر است.
استیون هاوکینگ در دهه‌ی ۱۹۷۰ نشان داد با در نظر گرفتن مکانیک کوانتوم، سیاه‌چاله‌ها می‌توانند پرتوهایی را از خود منتشر کنند. براساس نظریه، این اتفاق حاصل تداخل سیاه‌چاله با ویژگی‌های موج‌مانند ذرات اطراف است و با افزایش دما و کوچک‌تر شدن سیاه‌چاله درخشش آن بیشتر می‌شود. در نهایت، این درخشش باعث می‌شود سیاه‌چاله به هیچ تبدیل شود. به گفته‌ی گوتو:
به این فرایند تبخیر سیاه‌چاله گفته می‌شود زیرا سیاه‌چاله مانند قطره‌ی آب در حال تبخیر کوچک می‌شود.
ازآنجاکه درخشش به مرور حالت اولیه‌ی خود را از دست می‌دهد درنتیجه می‌توان گفت هر چیزی که وارد سیاه‌چاله می‌شود برای همیشه از بین رفته است. اما براساس مکانیک کوانتوم، اطلاعات به‌راحتی از جهان محو نمی‌شود. به عقیده‌ی بسیاری از فیزیکدان‌ها این اطلاعات به شکل تابش هاوکینگ درمی‌آیند. گوتو و تیم او می‌خواهند از دیدگاه ریاضی و با محاسبه‌ی آنتروپی تابش هاوکینگ در اطراف سیاه‌چاله به بررسی فرضیه‌ی فوق بپردازند. آنتروپی یک مقیاس بی‌نظمی در سامانه است که می‌توان از آن برای تشخیص اتلاف اطلاعاتی در تابش هاوکینگ استفاده کرد.
براساس مقالهای که توسط فیزیکدانی به نام دان پیج در سال ۱۹۹۳ منتشر شد، در صورتی که بی‌نظمی معکوس شود و آنتروپی با محو شدن سیاه‌چاله به صفر نزدیک شود، پارادوکس اتلاف اطلاعات اجتناب‌پذیر است. متأسفانه هیچ چیز در مکانیک کوانتومی وجود ندارد که امکان این روند معکوس را بدهد.
با ورود به کرم‌چاله یا حداقل نسخه‌ی ریاضی آن در مدل‌های خاص جهانی می‌توان به این سؤال پاسخ داد. کرم‌چاله به راه ارتباطی بین دو منطقه از منحنی بسته‌ی فضازمانی گفته می‌شود که بیشتر مانند پلی بین دو دره عمل می‌کند. بدین‌ترتیب می‌توان به روشی متفاوت برای محاسبه‌ی آنتروپی تابش هاوکینگ رسید. به گفته‌ی گوتو: «کرم‌چاله فضای داخلی سیاه‌چاله و تابش خارج از آن را مانند یک پل به یکدیگر وصل می‌کند.»
پژوهشگرها محاسبات خود را با مدل کرم‌چاله انجام دادند؛ نتایج به دست‌آمده منطبق با منحنی آنتروپی پیج بودند. درنتیجه اطلاعات آن سوی افق رویداد سیاه‌چاله برای همیشه از بین نمی‌روند. اما بازهم پرسش‌هایی باقی می‌مانند. تا زمانی که این پرسش‌ها بی‌پاسخ بمانند نمی‌توان پاسخی قطعی را به پارادوکس اطلاعات سیاه‌چاله ارائه داد. گوتو می‌گوید:
هنوز نمی‌دانیم مکانیزم اولیه‌ی انتقال اطلاعات به وسیله‌ی تابش چگونه است. برای حل این معما نیاز به نظریه‌ی گرانش کوانتومی داریم.
این پژوهش در مجله‌ی High Energy Physics منتشر شد.
نظرات