جنجالی‌ترین معمای استیون هاوکینگ در مورد کیهان همچنان بی‌پاسخ مانده است!

مهم‌ترین معمای استیون هاوکینگ مسئله‌ای است که این دانشمند بخش بزرگی از زندگی‌اش را تا یک سال پیش از مرگ صرف روشن‌تر کردن و رفع ابهام آن کرد؛ با این حال هنوز جوابی برای این سوال ارائه نشده است.

یکی از بزرگ‌ترین محققان عصر حاضر و نابغه‌ی دنیای فیزیک تئوری، استیون هاوکینگ (Stephen Hawking)، در 14 مارس گذشته از دنیا رفت و بیش از 50 سال تجربه و دستاورد علمی پژوهشی را از خود به جا گذاشت. هاوکینگ که علاوه بر فعالیت گسترده در حوزه اخترفیزیک و کیهان شناسی، به عنوان یک شخصیت معروف و مردمی هم شناخته می‌شد، تا سال آخر زندگی‌اش در تلاش بود تا پاسخی برای یکی از سوالات بنیادی و اساسی در مورد حوزه فیزیک کوانتوم و به طور کلی،‌ کیهان ارائه کند.

سوال جنجالی استیون هاوکینگ که در ادامه بیشتر در مورد آن توضیح خواهیم داد و سعی می‌کنیم تا ابهامات آن را برطرف کنیم، این بود که آیا اطلاعات در کیهان از بین می‌رود؟ جالب است بدانیم که حتی پس از مرگ این دانشمند فقید هنوز جواب قانع‌کننده‌ای برای پرسش ارائه نشده است.

جالب‌ترین معمای استیون هاوکینگ

در ابتدا می‌توان گفت که اولین تلاش هاوکینگ برای روشن کردن ابهام مطرح‌شده با انتشار معروف‌ترین مقاله او در سال 1974 صورت گرفت؛ این مقاله که به نام «انفجارهای سیاه چاله؟» (?Black Hole Explosions)‌ شناخته می‌شود،‌ 44 سال پیش باورهای قبلی فیزیکدانان در مورد پدیده مرموز و شگفت‌انگیز سیاه چاله‌ها را به چالش کشید.

رابرت مکنیس (Robert McNees)، فیزیکدانی از دانشگاهی در شیکاگوی آمریکا در این رابطه می‌گوید که در دهه 70 دانشمندان معتقد بودند که سیاه چاله‌ها به واسطه گرانش فوق‌العاده قوی خود هیچ نوع انرژی ساطع نمی‌کنند و به همین دلیل، جرم آن‌ها کم نمی‌شود؛ با همین استدلال اعلام شده بود که این اجرام آسمانی تا ابد وجود خواهند داشت و عمری جاودانه دارند.

با این وجود هاوکینگ در مقاله خود، با استناد به قواعد مکانیک کوانتوم اثبات کرد که سیاه چاله‌ها رفتاری مانند اشیا حرارتی دارند و از آن‌ها گرما نشت می‌شود؛ دانشمندان تا به امروز از ‌این پدیده به نام تابش هاوکینگ (Hawking radiation) یاد می‌کنند.

به این ترتیب نتیجه‌گیری این بود که با ساطع شدن انرژی از سیاه چاله‌ها، جرم آن‌ها رفته‌رفته کم شده و به علاوه،‌ با کوچک شدن این اجرام آسمانی میزان انتشار حرارت آن‌ها هم بیشتر می‌شود.

به نظر می‌رسد که در مراحل بعدی سیاه چاله‌ها یا به طور کامل محو می‌شوند و یا به اجرامی فوق‌العاده کوچک مبدل خواهند شد؛ با این وجود مشکل اصلی که مکنیس هم به آن اشاره کرده این است که بر اساس محاسبات هاوکینگ، انتشار انرژ‌ی سیاه چاله کاملا حرارتی و دمایی است به همین دلیل،‌ اطلاعاتی در مورد مواد تشکیل‌دهنده سیاه چاله، از طریق ذرات ساطع‌شده به بیرون درز نمیکند.

تصوری از یک سیاه چاله

معمای استیون هاوکینگ در جایی خودنمایی می‌کند که بر اساس قواعد بنیادی فیزیک کوانتوم، مشخص کردن وضعیت گذشته و آینده هر ذره، از طریق زنجیره‌ای از وقایع مختلف باید امکان‌پذیر باشد و به این ترتیب اگر انرژی دهی سیاه چاله‌ها تنها گرمایی است،‌ آیا می‌توان گفت که این اطلاعات ذرات در کیهان نابود می‌شوند؟ یعنی ممکن است که قاعده اساسی فیزیک کوانتوم نقض شود؟

این موضوع که با نام پارادوکس اطلاعات سیاه چاله (Black hole information paradox) شناخته می‌شود،‌ از زمان مطرح شدن توسط استیون هاوکینگ تاکنون تقریبا تمامی تلاش‌های حوزه گرانش کوانتومی را متوجه خود کرده است و همانطور که اشاره شد، هنوز جوابی منطقی برای آن در دست نیست.

تلاش‌های هاوکینگ برای حل پارادوکس سیاه چاله‌ها

استیون هاوکینگ از سال 1947 به عنوان یک فیزیکدان موفق شناخته می‌شد و گفته شده که مهم‌ترین دستاوردهای علمی این نابغه بزرگ تابش هاوکینگ و انتشار کتاب جذاب و معروف نام «تاریخچه مختصر زمان» (A Brief History of Time) در سال 1988، بوده است.

با این وجود، معمای استیون هاوکینگ تا یک سال پیش از درگذشت او، از زاویه‌های مختلفی توسط این دانشمند موردبررسی قرار گرفت و هاوکینگ سعی کرد که در قالب مقاله‌های جنجالی گوناگون، به گونه‌ای پارادوکس مطرح‌شده را حل کند.

در سال 2014 پژوهشی به اسم پروفسور هاوکینگ چاپ شد که در آن وجود سیاه چاله‌ها در حالت کلاسیک و بررسی‌شده توسط دانشمندان زیر سوال رفت.

در این مقاله علاوه بر طرح سوالاتی در مورد مفهوم دیوار آتشین موجود در این اجرام فوق بزرگ که هر بیننده‌ای را از نقطه‌ای به بعد نابود می‌کند،‌ هاوکینگ اظهار کرد که افق رویداد سیاه چاله‌ها به عنوان جزوی حیاتی از این پدیده کیهانی وجود ندارد؛ افق رویداد به بخشی از سیاه چاله گفته می‌شود که از آن منطقه به بعد جاذبه شدید موجود اجازه عبور ذراتی به ناچیزی ذرات نور را هم نمی‌دهد.

همچنین، مقاله دیگری در سال 2016، در رابطه با توجیه معمای استیون هاوکینگ به چاپ رسیده که این دانشمند به همراه دو فیزیکدان برجسته از دانشگاه‌های کمبریج و هاروارد، در آن اظهار کرد که سیاه چاله‌ها با ذراتی لطیف و بدون انرژی محاصره شده‌اند که اطلاعات نشت شده با ساطع شدن حرارت از این اجرام را در خود ذخیره می‌کنند.

به اعتقاد هاوکینگ و همکارانش این ماهیت عجیب که نام «مو» برای آن انتخاب شد، اطلاعات موردنظر را در صفحات هولوگرافیک ذخیره می‌کند و نمی‌گذارد که قاعده بنیادی فیزیک کوانتوم نقض شود. البته در مقاله ذکر شده که جزئیات صفحات موردنظر و همچنین پاسخ پارادوکس استیون هاوکینگ همچنان یکی از مسائل باز علمی به شمار می‌رود، اما ابزار پژوهش بیشتر در این رابطه، با معرفی ماهیت مو، در اختیار دانشمندان قرار گرفته است.

همانطور که می‌بینیم،‌استیون هاوکینگ تا آخرین سال‌های زندگی‌اش از تلاش برای گسترش مرزهای علم و دانش دست برنداشت و دائما نظریه‌ها و مقاله‌های مختلفی را ارائه کرد که جوامع علمی نتایج آن‌ها را رد یا تایید کردند.

خود مکنیس معتقد است که مقاله سال 2014 موردقبول جریان غالب علمی جهان قرار نگرفت، اما اطلاعات ارائه‌شده در پژوهش سال 2016 تا به امروز توسط بسیاری از دانشمندان حوزه گرانش کوانتوم موردبررسی قرار گرفته‌اند و محققان زیادی در حال توسعه بیشتر مفاهیم معرفی‌شده در این مقاله هستند.

در انتها مکنیس می‌گوید که پارادوکس اطلاعات سیاه چاله از چهار دهه پیش تاکنون، همچنان به عنوان یکی از داغ‌ترین مباحث توجیه نشده و باز عملی شناخته می‌شود و به جرات می‌توان گفت که این معما جالب‌توجه‌ترین سوالی بود که استیون هاوکینگ در طول زندگی پربار خود بشر را متوجه آن کرد.