قد تخضع الثقوب السوداء لقوانين الفيزياء بعد كل شيء، وفقًا لنظرية جديدة

طوّر فريق من العلماء وصفةً للثقوب السوداء تُلغي أحد أكثر جوانب الفيزياء إثارةً للقلق: التفرد المركزي، النقطة التي تتحطم عندها جميع نظرياتنا وقوانيننا ونماذجنا. إذا كنت ستصمم جسمًا يُبقي على الغموض ويُثير قلقنا في الوقت نفسه، فلن تجد أفضل من ثقب أسود. أولًا، الحد الخارجي لهذه الجحافل الكونية العملاقة هو سطحٌ أحادي الاتجاه يُحبس الضوء، ويُسمى أفق الحدث، وهي النقطة التي تكون فيها جاذبية الثقب الأسود قويةً جدًا لدرجة أن الضوء نفسه لا يستطيع الإفلات منها. هذا يعني أنه لا يمكن لأي معلومات أن تفلت من داخل الثقب الأسود، لذا لا يُمكننا أبدًا رصد أو قياس ما يكمن في قلبه مباشرةً.

مُتَفَرِّدون: هدف الفيزيائيين واحد

تنص نظرية النسبية العامة لأينشتاين على أن الأجسام ذات الكتلة تُنحِن نسيج الزمكان (أبعاد المكان الثلاثة مُتحدةً مع بُعد الزمن الوحيد)، وأن الجاذبية تنشأ من هذا الانحناء. كلما زادت الكتلة، ازداد انحناء الزمكان تطرفًا، وزاد تأثير الجاذبية. يُحسب كل هذا باستخدام المعادلات التي تُشكل أساس النسبية العامة: معادلات مجال أينشتاين. يقول بابلو أنطونيو كانو مولينا-نينيرولا، عضو الفريق، من معهد علوم الكون بجامعة برشلونة (ICCUB) في إسبانيا: "تُحدَّد انحناءات الزمكان من خلال معادلات مجال أينشتاين، التي تُمثل حجر الأساس في النسبية العامة". نشأت الثقوب السوداء - وهي مناطق من الزمكان ذات انحناء شديد - لأول مرة كمفهوم من حلول معادلات أينشتاين للمجال التي اقترحها الفيزيائي والفلكي الألماني كارل شوارتزشيلد أثناء خدمته في الخطوط الأمامية خلال الحرب العالمية الأولى عام ١٩١٥. تصل هذه الحلول إلى اللانهاية في مركز تلك المنطقة. لا يُحبذ الفيزيائيون اللانهاية، لأنها تُشير إلى انهيار نماذجهم أو عدم اكتمالها، أو تُشير إلى شيء غير فيزيائي تمامًا. هذا يعني شيئًا مُقلقًا للغاية وغير مرغوب فيه للفيزيائيين. قال مولينا-نينيرولا: "في النسبية العامة، يُشبه الجزء الداخلي من الثقب الأسود كونًا مُتقلصًا، حيث تُمثل المتفردة اللحظة التي ينهار فيها الفضاء نفسه". أضاف مولينا-نينيرولا أن العديد من الفيزيائيين يعتقدون أنه عندما تصبح الجاذبية قوية بشكل استثنائي ويتشوه الزمكان بشدة، يجب استبدال النسبية العامة بنظرية أكثر جوهرية. وقد افتُرض أن تكون هذه نظرية للجاذبية الكمومية تؤدي إلى "نظرية كل شيء" توحد نظريات النسبية العامة وفيزياء الكم المتضاربة حتى الآن. ويعني هذا أن الفريق عدّل معادلات مجال أينشتاين بحيث تتصرف الجاذبية بشكل مختلف عندما يكون الزمكان شديد الانحناء. وفي نهاية المطاف، يؤدي هذا إلى إزالة التفردات المركزية للثقوب السوداء.

الجاذبية الكمية ومسائل أخرى

تشير هذه النظرية المُعدّلة حديثًا إلى عدم وجود مُفردة في قلب الثقب الأسود. فما الذي يوجد إذًا في هذا العالم المُتطرف والغريب؟ قال مولينا-نينيرولا: "في نموذجنا، يتوقف انهيار الزمكان، وتُستبدل المُفردة بمنطقة ساكنة شديدة الانحناء تقع في قلب الثقب الأسود. هذه المنطقة ساكنة لأنها لا تنكمش. هذا يعني أنه يُمكن للراصد، نظريًا، البقاء هناك، بافتراض أنه قادر على تحمّل قوى الجاذبية الهائلة، ولكن المحدودة، في هذه المنطقة." بصرف النظر عن انحناء الزمكان، ما الذي يوجد أيضًا في قلب الثقوب السوداء، إذا كانت هذه النظرية صحيحة؟ وفقًا لهينيجار، بالمعنى الدقيق للكلمة، لا شيء. وأضاف الباحث من جامعة دورهام: "هذه الثقوب السوداء هي فراغ محض في كل مكان؛ لا حاجة لوجود المادة، ولكن يُمكن للمرء بسهولة تضمينها إذا رغب في ذلك". قد يبدو وجود ثقب أسود في غياب المادة أمرًا غريبًا، لكن الأمر نفسه يمكن أن يحدث حتى في النسبية العامة. حتى لو تم التحقق من صحة مفهوم الثقب الأسود الذي طرحه الفريق، فمن المرجح ألا يوقف ذلك البحث عن نموذج صحيح للجاذبية الكمية ونظرية كل شيء. "بمعنى ما، هذه مشكلة لا مفر منها. النجوم تنهار باستمرار في كوننا؛ إنها عملية فيزيائية لا مفر منها. لكن هذا الحدث المألوف يدفعنا إلى تجاوز كل ما نعرفه"، تابع هينيغار. "في المراحل الأخيرة من الانهيار، وقبل الوصول إلى التفرد مباشرة، ستكون كل من الجاذبية والتأثيرات الكمية مهمة. "لذا، نحن نعلم بالفعل أن الاستنتاجات التي يمكن استخلاصها من النسبية العامة وحدها غير كافية لوصف مكان/لحظة متطرفة كهذه."

هل يعني فقدان التفرد فقدان اللغز؟ ليس تمامًا...

إذا كان هذا البحث صحيحًا، فقد يكون قد كشف بعض الغموض عن الثقوب السوداء، لكنه يطرح أسئلةً كثيرةً لا تزال بحاجة إلى إجابة. قال مولينا-نينيرولا: "يُقدّم عملنا إجاباتٍ لبعض الألغاز، ولكنه يكشف ألغازًا أخرى". على سبيل المثال، وفقًا لنموذجنا - ومقترحات أخرى في الأدبيات العلمية - فإن المادة التي تسقط داخل ثقب أسود عادي ستخرج منه في النهاية عبر ثقب أبيض يقع في كون مختلف أو في منطقة منفصلة من الكون نفسه. "يبدو هذا غريبًا جدًا، ولكنه الاحتمال الوحيد في حال عدم وجود المتفردات: فكل ما يدخل الثقب الأسود لا بد أن يخرج منه في النهاية." وأضاف الباحث أن هذه العملية تنطوي على مشاكل خاصة بها، والتي يجب دراستها أيضًا لتقييم مدى صحة فكرة الفريق. السؤال الأهم هو ما إذا كان بإمكان العلماء إيجاد دليل على هذه النظرية من خلال عمليات الرصد الفعلية للثقوب السوداء؛ ففي النهاية، نعلم أنه لا يمكننا ببساطة النظر إلى باطنها. أوضح مولينا-نينيرولا. أن رصد التموجات في الزمكان، والتي تُسمى موجات الجاذبية، يُمكّن علماء الفلك من رصد مجالات جاذبية أقوى بكثير من أي وقت مضى. وهذا يُتيح للعلماء فرصة فريدة لمحاولة رصد تأثيرات تتجاوز النسبية العامة، بما في ذلك تلك التي قد تُؤدي إلى حل مشكلة التفرد. بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت نظرية الفريق صحيحة، فيجب أن تكون هناك بصمة دالة في الكون المبكر جدًا، خلال حقبة التضخم الكوني التي أعقبت الانفجار العظيم مباشرةً.