التراكب الكمي ليس مجرد خاصية للجسيمات دون الذرية ولكن أيضًا لأضخم الأجسام في الكون. هذا هو الاستنتاج الذي توصل إليه أربعة علماء في الفيزياء النظرية في أستراليا وكندا قاموا بحساب الاستجابة الافتراضية لكاشف الجسيمات على مسافة من الثقب الأسود. يقول الباحثون أن الكاشف سيرى علامات جديدة على الفضاء-الأوقات المتراكبة ، مما يعني أن الثقب الأسود قد يكون له كتلتان مختلفتان في وقت واحد.
تتشكل الثقوب السوداء عندما تنهار أجسام ضخمة للغاية مثل النجوم لتتفرّد - نقطة كثافة لانهائية. إن مجال الجاذبية للثقب الأسود كبير جدًا لدرجة أنه لا يمكن لأي شيء الهروب من براثنه ، ولا حتى الضوء. هذا يخلق منطقة كروية من الفضاء حول التفرد مقطوعة تمامًا عن بقية الكون ويحدها ما يعرف بأفق الحدث.
تسعى منطقة بحثية نشطة في فيزياء الثقوب السوداء إلى تطوير نظرية متسقة للجاذبية الكمومية. هذا هدف مهم للفيزياء النظرية من شأنه التوفيق بين ميكانيكا الكم ونظرية أينشتاين العامة للنسبية. على وجه الخصوص ، من خلال النظر في الثقوب السوداء في التراكب الكمومي ، يأمل الفيزيائيون في اكتساب نظرة ثاقبة على الطبيعة الكمومية للزمكان-الزمان.
كاشف Unruh – deWitt
في مجلة آخر عمل، ذكرت في استعراض للحروف البدنية, جوشوا فو و ماجدالينا زيخ من جامعة كوينزلاند مع جميل عرباجي و روبرت مان في جامعة واترلو يحددون ما يصفونه بإطار عمل تشغيلي جديد لدراسة تراكبات الزمان والمكان. بدلاً من استخدام نهج "أعلى لأسفل" لتحديد النسبية العامة ، فهم بدلاً من ذلك يأخذون في الاعتبار تأثيرات الحالة الكمومية للثقب الأسود على سلوك جهاز مادي معين يسمى كاشف Unruh-deWitt.
هذا جهاز افتراضي يشتمل على نظام ثنائي الحالة ، مثل جسيم في صندوق ، مقترنًا بمجال كمي. عندما يكون في حالة الطاقة المنخفضة ويتعرض للإشعاع الكهرومغناطيسي بالتردد الصحيح فقط ، يقفز النظام إلى حالته الأعلى ويسجل "نقرة".
يمكن استخدام هذا النوع من الكاشفات من الناحية النظرية للقياس إشعاع أونروه، وهو حمام حراري من الجسيمات يُتوقع ظهوره من الفراغ الكمومي لمراقب يتسارع عبر الفضاء. في السيناريو الذي تم وضعه في البحث الجديد ، سيتم التقاطه بدلاً من ذلك إشعاع هوكينج. هذا هو الإشعاع الذي يُتوقع حدوثه عندما يتم تمزيق أزواج الجسيمات - الجسيمات المضادة داخل الفراغ الكمومي عند أفق حدث الثقب الأسود - ثم يختفي الجسيم المضاد في الفراغ وينبعث الجسيم في الفضاء المحيط.
في تجربتهم الفكرية ، تصور الرباعي كاشف Unruh-deWitt يقع في نقطة معينة خارج أفق الحدث للثقب الأسود ، مع تمكين الموضع الثابت للكاشف من خلال تسارع بعيدًا عن الثقب الأسود الذي ينتج عنه إشعاع هوكينغ. اعتبر الباحثون تأثير تراكب كتلة الثقب الأسود على ناتج هذا الكاشف.
تراكب المسافات
كما يشرحان ، تنتج الكتلتان حلولاً مختلفة لمعادلات مجال النسبية العامة ، وبالتالي تميّز الزمان والمكان. يؤدي التراكب الناتج من الفضاء - الأوقات بدوره إلى ترك الكاشف في تراكب للمسافات من أفق الحدث ، مما يخلق ما هو في الواقع مقياس تداخل ترتبط أذرعه بإحدى كتل الثقب الأسود. يعتمد احتمال نقر الكاشف على الكتل الموجودة في التراكب.
من خلال إجراء حسابات لثقب أسود بسيط نسبيًا موصوفًا في بعدين مكانيين بواسطة صيغة Banados-Teitelboim-Zanelli ، حصل الفيزيائيون على نتيجة مذهلة. لقد رسموا احتمال اكتشاف جسيم ينبعث من الثقب الأسود كدالة للجذر التربيعي لنسب كتلة التراكب ووجدوا قممًا حادة عندما كانت هذه القيم تساوي 1 /n، مع n كونها عددًا صحيحًا.
إشعاع هوكينغ المتشابك رصد في ثقب أسود تماثلي
يعزو الباحثون هذا السلوك إلى التداخل البناء بين الإشعاع في أذرع مقياس التداخل الذي يتوافق مع كتل الثقب الأسود التي تنبأ بها الفيزيائي الأمريكي الإسرائيلي جاكوب بيكينشتاين في السبعينيات. أظهر أن مساحة سطح أفق الحدث للثقب الأسود - وبالتالي كتلته - هي ثابتة ثابتة. هذه خاصية فيزيائية تظل ثابتة عند التصرف عليها ببطء وتؤدي إلى تكميم الكتلة.
كتب الباحثون: "توفر هذه النتيجة دعمًا مستقلاً لتخمين بيكينشتاين" استعراض للحروف البدنية، "يوضح كيف يمكن لاحتمال إثارة الكاشف أن يكشف عن خاصية الجاذبية الكمومية الحقيقية للثقب الأسود الكمومي".
يؤكد الفيزيائيون الأربعة أن النتيجة ظهرت من حساباتهم دون افتراض أن كتلة الثقب الأسود يجب أن تقع ضمن نطاقات منفصلة تنبأ بها تخمين بيكنشتاين. ويضيفون أن أسلوبهم يمكن أن يمتد إلى أوصاف أكثر تعقيدًا للثقوب السوداء في ثلاثة أبعاد مكانية ، والتي يقولون إنها ستوفر رؤى إضافية فيما يتعلق بتأثيرات الجاذبية الكمية في كوننا.
