الثقوب السوداء، التي ولدت في العش المعقد لنظرية النسبية العامة لأينشتاين، تم التعرف عليها ذات يوم على أنها أجسام سماوية حقيقية مثل النجوم والأقمار والمجرات.
ولكن لا يوجد خطأ. أما آلات عالم الفيزياء النظرية الألماني كارل شوارزشيلد فهي أكثر غموضا. لعبت لأول مرة مع معادلات أينشتاين الميدانية وخلص إلى أنه يمكن دفع المكان والزمان إلى حفر لا رجعة فيها.
عاد عالما الفيزياء دانييل جامبولسكي ولوتشيانو ريزولا من جامعة جوته في فرانكفورت إلى الوراء في محاولة لفهم المعادلات التي تصف الثقوب السوداء بشكل أفضل.
في حين أن الصور التقليدية للثقوب السوداء تحتوي على فوضى من الفيزياء المتناقضة في جوهرها، فقد توصل زامبولسكي وريسولا إلى تطور فريد حول مادة “الفقاعة” المقيدة بالجاذبية، والتي تتضمن سلسلة كاملة من الفقاعات.
“بعد مرور أكثر من 100 عام على اقتراح شوارزشيلد حله الأول لمعادلات أينشتاين للمجال من النسبية العامة، لا يزال من الممكن إيجاد حلول جديدة.” هو يقول ريسولا.
“إنه مثل العثور على عملة ذهبية على طريق اكتشفه الكثيرون من قبل.”
تخفي الثقوب السوداء سرًا قذرًا في الفيزياء. انقل عددًا كافيًا من الكائنات إلى مساحة تُعرف باسم أ نصف قطر شوارزشيلدفإن الجاذبية سوف تتغلب على جميع القوى الأخرى وتسحب تلك الكتلة إلى مكان صغير جدًا. هكذا تقول معادلات المجال النسبية العامة.
ومع ذلك، لا تستطيع المعادلات معرفة ما يحدث عند الطرف الآخر من هذا الضغط الكبير. وبينما نقترب من مسافات أصغر من أي وقت مضى، تصبح فيزياء الكم أكثر أهمية. ومع عدم وجود طريقة سهلة للربط بين النظريتين الشاملتين لكل شيء (تقريبًا)، فإننا نواجه علامة استفهام كبيرة حول ما يحدث عندما تسحقها الجاذبية إلى ما بعد نقطة معينة.
إذا لم يكن ذلك تحديًا كافيًا، فإن وجود المادة التي يمكنها إرسال معلومات في رحلة ذهابًا وإيابًا إلى السجن الكوني وتتبخر في وهج ثابت من الحرارة يسمى إشعاع هوكينج يمثل مفارقة مدمرة للفيزياء. ينص القانون على أن المعلومات لا تختفي ببساطة.
في عام 2001تعاون عالم فيزياء الكم بافيل مازور وعالم الفيزياء الفلكية إميل موتولا لفك المعادلات لمعرفة ما إذا كان بإمكانهما تجنب هذه الطرق المسدودة.
ما اكتشفوه كان نجمًا مكثفًا للجاذبية. يُشار إلى هذا الهيكل الافتراضي بشكل مذهل باسم جرافاستار، وهو يصف طبقة رقيقة من مادة مضغوطة بشكل مستحيل، مدعومة من الداخل بمساعدة سخية من الطاقة المظلمة.
تبدو هذه البالونات النجمية غريبة، فهي لا تزال تبدو مثل الثقوب السوداء من الخارج، بينما تقضي بشكل ملائم على تنافر المعلومات وتتجنب الحاجة إلى وخز كثيف لا نهاية له من العبثية الكمومية في قلبها.
وجد زامبولسكي وريسولا أنه من الممكن موازنة جاذب ثانٍ داخل جاذب بغشاء أكثر سمكًا قليلًا. وبالمثل، يمكن أن يكون الجاذب المتداخل الثاني حاملًا بمادة مضغوطة بشدة بواسطة قشرته الجذابة، مما يخلق ما يسمونه نيستور.
“نيستار مثل دمية ماتريوشكا”، هو يقول توصل زامبولسكي إلى الحل تحت إشراف ريسولا.
قد يبدو من الغريب اكتشاف وحوش كونية من الظلال التي تلقيها النظرية البحتة، ولكن هذه هي الطريقة التي تم بها التعرف على الثقوب السوداء لأول مرة. ومن الأهمية بمكان أن العثور على الحدود التي يمكن أن ترسمها النظرية يمكن أن يؤدي إلى ملاحظات تحل الألغاز الأكثر إرباكًا للثقب الأسود.
“لسوء الحظ، ما زلنا لا نعرف كيف يمكن إنشاء مثل هذا الجرافاستار.” هو يقول ريسولا.
“ولكن حتى بدون وجود أعشاش، فإن استكشاف الخصائص الرياضية لهذه الحلول سيساعدنا في النهاية على فهم الثقوب السوداء بشكل أفضل”.
تم نشر هذه الدراسة الجاذبية الكلاسيكية والكمية.
