محققانی از کانادا و ایران  نشانه هایی از وجود فیزیکی فراتر از پیش بینی های نسبیت عام کلاسیک در داده های امواج گرانشی دو سیاهچاله ادغام شده که توسط پروژه LIGO  مشاهده شده است پیدا کرده اند.

جاهد عابدی از دانشکده فیزیک دانشگاه شریف، پژوهشکده ذرات پژوهشگاه دانش های بنیادی و موسسه پریمیتر کانادا همراه همکارانش هاناه دیکار از دانشگاه مک گیل و واترلو کانادا و نیایش افشردی اخترفیزیکدان موسسه فیزیک نظری پریمیتر و دانشکده فیزیک و نجوم واترلو در مقاله ای جدیدی که در وبگاه arXiv  قرار داده اند ادعا کرده اند که نشانه ای هایی از فیزیک جایگزین  نسبیت عام کلاسیک که برای توصیف سیاهچاله ها استفاده می شود پیدا کرده اند. مشاهدات آن ها شاید نشانه های از دیوار آتشین   firewall  یا  fuzzball باشد.

اما داستان چیست؟ یکی از پیش بینی های نسبیت عام  وجود ساهچاله ها است. این سیاهچاله های با سطحی به نام افق هویت پیدا می کنند. سطحی که هر موجودی از آن عبور کند، ارتباطش با بقیه فضا و زمان قطع می شود. البته نسبیت عام کلاسیک  می گوید ناظری که در حال سقوط در سیاهچاله است  هیچ تجربه خاص یا به قول نویسندگان این مقاله هیچ احساس دراماتیکی را در زمان عبور از افق نخواهد داشت.

البته داستان به این جا ختم نمی شود. شاهدهای نظری وجود دارد که سیاهچاله های کوانتومی رفتار متفاوتی از سیاهچاله های کلاسیک خواهند داشت. به طور مثال  پولچینسکی و همکارانش در سال 2012 در مقاله ای به صورت نظری نشان دادند که رفتار این سیاهچاله های کوانتومی در افق متفاوت خواهد بود و به ساختاری به فاصله طول پلانک از افق وجود خواهد داشت که شبیه دیواره آتشینی عمل خواهد کرد که  تصویر رد شدن  بدون دردسر از افق سیاهچاله را عوض خواهد کرد.

اما چرا سیاهچاله های کوانتومی جالبند. برای این پرسش شاید مطالعات قبلی جاهد و نیایش نمونه های از آن باشند.  شاید سیاهچاله های کوانتومی راهی را برای خلاصی از تکینگی های نسبیت عامی  نشان دهند ( مطالعه جاهد عابدی و حسام الدین ارفعی از دانشکده فیزیک شریف )یا حتی منجر به حل مسئله ثابت کیهان شناسی (مطالعه نیایش و همکارانش در موسسه پریمیتر ) باشند . در هر صورت به نظر می رسد که مطالعه سیاهچاله های کوانتومی نوری بر مسئله گرانش کوانتومی خواهد تاباند.

اما ادامه داستان: ایده درخشان عابدی، دیکار و افشردی این بوده است که اثر این ساختارهای کوانتومی نزدیک افق را در سیگنال دریافتی از امواج گرانشی سیاهچاله های برخوردی در داده ای رصد خانه امواج گرانشی لایگو  Laser Interferometer Gravitational-Wave Observator بیابند. اگر این ساختارهای کوانتومی وجود داشته باشند برای قسمتی از امواج گرانشی حاصل از برخودر این سیاهچاله مانند آینه عمل می کند و انعکاس  اولی از این امواج را علاوه بر سیگنال اولیه ایجاد خواهند کرد. جالب این که سیاهچاله ها سطحی دیگری به نام سد تکانه زاویه ای بیشینه دارند که در فاصله دورتری از افق قرار دارد و نشان می دهد که مدار حرکت ذرات و یا امواج در اطراف سیاهچاله از چه فاصله ای ناپایدار است. این سد جدید که در فاصله دورتری از دیوار کوانتومی قرار دارد مجدد مانند آینه عمل کرده و قسمتی از امواج گرانشی منعکس شده را به سمت سیاهچاله بر می گرداند و این داستان ادامه پیدا می کنند. در نتیجه شما از مغاک سیاهچاله انعکاس های اول، دوم، سوم و ... را خواهید شنید. (شکل زیر تصویری شماتیک برگفته از مقاله جاهدی و همکاران این داستان را نشان می دهد)

شکل واره ای از تصویر انعکاس از سیاهچاله

در آنالیز آماری انجام شده توسط این گروه ادعا شده است که نشانه ای از این انعکاس ها با درجه اطمینان 2.9 سیگما مشاهده شده است. این درجه اطمینان بدین معنا است که امکان خطای آماری بودن این سیگنال 1 در 270 است.

این مطالعه هیجان جدی و جدیدی را میان فیزیکدانانی که در مرز مکانیک کوانتومی و نسبیت عام کار می کنند ایجاد کرده است. مجله معتبر نیچر گزارش مبسوطی از این کار را آماده کرده است. در این گزارش نیایش (نقل به مضمون) می گوید: " ممکن است که این سیگنال ها خطای آماری باشد ولی خبر خوب این است که در دو سال آینده با دقت فزاینده آشکارسازهای امواج گرانشی قادر خواهیم بود که این مشاهده را رد کنیم یا نمونه ای دیگری از آن را ببینیم."

در هرحال به نظر می رسد که مطالعه جدید جاهد، هاناه و نیایش تکانه جدیدی را به جامعه فیزیکدانان نظری وارد خواهد کرد.

نویسنده خبر: شانت باغرام