كتب – باسل يوسف:
اقترح علماء الفيزياء النظرية حلاً محتملاً لواحدة من أكثر المشاكل المحيرة في الفيزياء الحديثة: مفارقة تفرد الثقب الأسود. يقترح الباحثون في دراسة جديدة أنه من خلال تعديل نظرية أينشتاين للنسبية العامة، يمكن استبدال مركز الثقب الأسود ذي الانحناء اللانهائي بمنطقة منحنية للغاية ولكنها منتظمة من الزمكان.
وقال روبي هينيجار، أحد المشاركين في الدراسة والباحث بجامعة دورهام في المملكة المتحدة: “التفردات هي مناطق من الكون تسحق المكان والزمان والمادة وتمتد إلى حد العدم.. هذه مشكلة خطيرة للغاية، فلو كانت التفردات موجودة بالفعل في كوننا، لكان ذلك كارثيًا بالنسبة للعلم”.
وشرح “لم يعد بوسعنا استخدام معادلات الفيزياء للتنبؤ بالمستقبل من الماضي والحاضر، ولهذه الأسباب، يتوقع معظم العلماء الممارسين أن التفردات ليست مادية، لكنهم يخبروننا بأن النسبية العامة يجب أن تحل محلها نظرية أكثر اكتمالاً لوصف الكون بالقرب من التفردات”.
تصحيح أينشتاين
منذ تقديمها في عام 1915، حققت النسبية العامة نجاحًا ملحوظًا في تفسير الظواهر الفيزيائية الفلكية والكونية، بما في ذلك تكوين الثقوب السوداء، وبنية النجوم النيوترونية، والبنية واسعة النطاق وتطور الكون.
ومع ذلك، فإن النظرية لها قيود أساسية. فهي غير متوافقة مع ميكانيكا الكم، التي تحكم سلوك الجسيمات على أصغر المقاييس، وتتنبأ بالتفردات – نقاط الكثافة اللانهائية – في مراكز الثقوب السوداء والانفجار العظيم.
ولمعالجة هذه المشكلة، استخدم الباحثون مفهومًا يُعرف باسم الجاذبية الكمومية، الذي يُطبق عادةً في محاولات توحيد النسبية العامة لأينشتاين مع ميكانيكا الكم، وتتنبأ بخلق الجسيمات المستمر والفناء في الفضاء الفارغ، جنبًا إلى جنب مع التقلبات الدائمة في جميع المجالات، بما في ذلك الجاذبية. تشير دراستهم، التي نُشرت في مجلة Physics Letters B، إلى أنه عند الطاقات العالية للغاية أو المسافات الصغيرة بشكل لا يصدق، يجب تعديل النسبية العامة بسلسلة لا نهائية من المصطلحات الإضافية في معادلاتها.
قال هينيجار: “في الجاذبية الكمومية، نأخذ في الاعتبار جميع التصحيحات للمعادلات التي تربط طاقة وزخم النظام بانحناء الزمكان والتي تتوافق مع المبادئ الفيزيائية المعروفة.. ستضع الأساليب المختلفة للجاذبية الكمومية أهمية مختلفة لمصطلحات مختلفة في المعادلات، لكنها جميعًا تشير إلى أن معادلات أينشتاين بحاجة إلى تحسين”.
من خلال دمج هذه التعديلات في حساباتهم، فحص الباحثون كيف ستتصرف الثقوب السوداء في ظل هذا الإطار المنقح. وأظهرت نتائجهم أنه عند تضمين عدد لا نهائي من المصطلحات الجديدة، يختفي التفرد. وبدلاً من نقطة كثيفة بلا حدود، يصبح قلب الثقب الأسود منطقة منحنية للغاية ولكنها منتظمة من الزمكان.
اختبار النظرية
على الرغم من أن النموذج الجديد يحل مشكلة التفرد رياضيًا، فإنه يجب في النهاية اختبار النظريات العلمية من خلال الملاحظة. أقر الباحثون بأن تأكيد فكرتهم بشكل مباشر يمثل تحديًا كبيرًا.
قال بابلو كانو، الباحث في جامعة برشلونة والمؤلف المشارك في الدراسة: “من الصعب اختبار غياب التفردات في حد ذاته تجريبياً، لأنه سيحدث داخل ثقب أسود، أو في بداية الكون.. ومع ذلك، يمكننا البحث عن توقيعات النظريات التي تؤدي إلى حل التفرد”.
أضاف كانو: “تعديلات النسبية العامة التي نأخذها في الاعتبار تصبح أكبر في المجالات الجاذبية الأقوى، ولكنها صغيرة جدًا بخلاف ذلك. وهذا يعني، على سبيل المثال، أن الموجات الثقالية القادمة من تصادمات الثقوب السوداء – حيث تكون المجالات الثقالية أقوى بكثير من تلك الموجودة في النظام الشمسي – توفر طريقة للبحث عن هذه التأثيرات”.
وهناك طريق واعد آخر وهو دراسة الكون المبكر. إذا أثرت تأثيرات نظرية الجاذبية المعدلة هذه على التضخم الكوني – التوسع السريع الذي أعقب الانفجار العظيم – فقد يطبع دليل على هذه التغييرات في الموجات الثقالية البدائية. يمكن أن تساعد التجارب المستقبلية التي تستهدف هذه الإشارات في اختبار صحة النظرية.
بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من العمل النظري لتحديد ما إذا كانت الثقوب السوداء الخالية من التفردات يمكن أن تتشكل بشكل طبيعي من خلال الانهيار الجاذبي وما إذا كان نهج الفريق يمكن أن يعالج أنواعًا أخرى من التفردات، مثل تلك المرتبطة بالانفجار العظيم.
قال بابلو بوينو، زميل بحثي في جامعة برشلونة ومؤلف مشارك في الدراسة: “أظهرنا مؤخرًا أن انهيار نوع معين من المادة يؤدي، في هذا الإطار، إلى تكوين هذه الثقوب السوداء المنتظمة. نريد اختبار هذا تحت افتراضات أكثر عمومية. قد يؤدي هذا إلى ظهور سمات مثيرة للاهتمام في مجالات أخرى، مثل النماذج الصريحة لعلم الكونيات المرتد حيث يتم استبدال سيناريو الانفجار العظيم المعتاد بسلسلة لا تنتهي من المراحل التوسعية والانكماشية”.
المصدر: livescience
اقرأ أيضا:
