تقترح نظرية فيزياء جديدة أن الثقوب السوداء هي مفتاح دورات توسع الكون وانكماشه

الكون يتوسع. لا أحد لديه أي خبرة في علم الفلك أو الفيزياء يختلف مع هذه الحقيقة.

وبالمثل ، لا أحد يختلف حقًا في أنه في مرحلة ما بعد مليارات السنين في المستقبل ، سيتوسع الكون بعيد جدا– ونفد الطاقة لمزيد من التوسع. في هذه المرحلة ، يجب أن يتغير شيء ما. من هنا يبدأ الخلاف.

هناك تجاعيد جديدة في تلك الحجة الكونية ، وهي مشوشة. وفق دراسة جديدة من علماء الكونيات دانييلا بيريز وغوستافو روميرو ، وكلاهما من المعهد الأرجنتيني للأشعة السينية ، كان الكون يتوسع ويتقلص بشكل متكرر ، والثقوب السوداء الكبيرة هي بعض الأشياء الوحيدة التي نجت من هذه الدورات اللامتناهية من الدمار والتجديد. هذه الدورات هي جزء مما يسميه علماء الكونيات “الارتداد الكوني” المحتمل.

النموذج الرياضي للثقب الأسود النظري هو محور دراسة بيريز وروميرو التي راجعها الأقران ، والتي نُشرت الشهر الماضي في المجلة العلمية. مراجعة البدنية د.

وكتبوا “نتيجتنا الرئيسية هي أن الحل يمثل ثقبًا أسود ديناميكيًا موجودًا في جميع فترات النموذج الكوني المرتد”.

بعبارة أخرى ، نجا ثقب بيريز وروميرو الأسود حتى عندما تم القضاء على كل شيء من حوله حيث انهار الكون في طريقه إلى انتعاش نهائي.

إنه اكتشاف مقنع. قال لياندروس بيريفولاروبولوس Leandros Perivolaropoulos ، الفيزيائي في جامعة يوانينا باليونان والذي لم يشارك في الدراسة ، لصحيفة The Daily Beast ، إن مسألة دور الثقب الأسود في الكون المرتد “مثيرة للاهتمام بشكل واضح” ، “وقد يُنظر إلى هذه الورقة على أنها محاولة أولية للتصدي لها “.

لكن احذر: هناك الكثير من الافتراضات التي تم تخمينها في حجة بيريز وروميرو. من المحتمل أنه في اللحظة التي يرتد فيها الكون من الانكماش إلى التمدد ، تخرج جميع القواعد التي توجه فهمنا للفيزياء من النافذة. ربما نحاول أن نفهم ما لا يسبر غوره.

قال بيريفولاروبولوس Perivolaropoulos: “النسبية العامة نفسها تنهار عند كل من تفرد الثقب الأسود وتفرد الارتداد الكوني”. “وبالتالي فإن أي استنتاج مبني عليه لا يمكن أن يؤخذ على محمل الجد.”

بعبارة أخرى ، في اللحظة التي ينهار فيها الكون إلى أصغر حجم له قبل الارتداد مباشرة ، ستتوقف الجاذبية عن العمل بشكل طبيعي. هذا ما نعنيه بالتفرد: استثناء لقوانين الفيزياء. ليس لدينا أي فكرة عن الكيفية التي سيتصرف بها الثقب الأسود عندما لا تكون القواعد سارية.

وأضاف بيريفولاروبولوس أن أساليب بيريز وروميرو “تتمتع بإمكانية كبيرة للتحسين ، بعبارة ملطفة”.

لكي نكون واضحين ، فإن الفكرة الأساسية المتمثلة في أن الكون يتوسع ويتعاقد بشكل متكرر ليست جديدة. الارتداد الكوني هو واحد من عدة نظريات رائدة بين علماء الكونيات الذين يدرسون أصل ومصير الكون.

في الواقع ، يعتقد فريق واحد على الأقل من العلماء أن كوننا البالغ من العمر 13.7 مليار عام هو في نهاية أحدث مرحلة توسع ، و يمكن أن تبدأ في التعاقد مرة أخرى خلال مائة مليون سنة أو نحو ذلك في طريقها إلى قفزة جديدة في غضون بضعة مليارات أو عشرات المليارات من السنين.

تشمل النظريات البديلة للطرق التي قد ينتهي بها الكون تباطؤ الكون وتجمده ، أو الانهيار على نفسه أو الدوران إلى أكوان جيب مجزأة لا حصر لها. وسط كل الخيارات ، من الواضح سبب جذب الارتداد الكوني الكثير من الاهتمام. إنها طريقة أنيقة لشرح بعض الأشياء الغريبة التي نراها من حولنا في الفضاء.

أولاً ، قد يساعد في تفسير سبب وجود هذه الكتل الغريبة والمبعثرة من الأشياء في كون معظمه فارغ بشكل موحد. المجرات. النجوم. الكواكب. الناس. المخالفات في الفضاء هي نتيجة ثانوية للتمدد والانكماش اللانهائي.

قد يكون الارتداد منطقيًا أيضًا بالنسبة لأكبر الثقوب السوداء. على وجه التحديد ، التنوع “الهائل” الذي هو أكبر بمليارات المرات من شمسنا والذي يمارس مثل هذه القوة الجاذبية القوية على الفضاء من حولهم بحيث لا يستطيع حتى الضوء الهروب.

حتى الآن ، اكتشفنا اثنين من هذه الثقوب السوداء الضخمة باستخدام مجموعة عالمية جديدة من التلسكوبات الراديوية تسمى تلسكوب أفق الحدث. لوحظ واحد في مركز مجرتنا درب التبانة. كان الآخر رصدت في قلب Messier 87، مجرة ​​تبعد 54 مليون سنة ضوئية.

يحتوي الثقب الأسود على أقرب شيء إلى التفرد – استثناء لقواعد الفيزياء المقبولة – يمكننا ملاحظته مباشرة باستخدام تلسكوباتنا. في قلب الثقب الأسود المظلم الكثيف بشكل مستحيل ، ينهار فهمنا للكون. كما قال Perivolaropoulos.

هناك شيء مميز حول شيء بهذه الضخامة والكثافة. وهذا شيء خاص قد يساعد أكبر الثقوب السوداء على البقاء في كل مرة يرتد فيها الكون ويتم ضغط كل شيء آخر في نوع من عجينة ناعمة من المادة والطاقة.

قد يكون بقاءهم هو المفتاح. ربما ، فقط ربما ، ليس من قبيل الصدفة أن الثقوب السوداء تتحمل ، وتحتفظ بغرابتها الفريدة ، عندما يتقلص كل شيء حولها في التجانس. ربما تكون الثقوب السوداء أحد أسباب قدرة الكون على الارتداد الى الخلف بعد انقباضه مرة واحدة كل 30 مليار سنة أو نحو ذلك.

وفقًا لبيريز وروميرو ، هناك أسباب للاعتقاد بأن الثقوب السوداء الكبيرة ، التي لا تزال سليمة بعد الارتداد الكوني ، تساعد الكون على إعادة البناء عن طريق إعادة المواد إلى الفضاء وخلط المادة التي تتوسع حديثًا مع طاقتها.

وكتبوا: “إذا مرت الثقوب السوداء عبر الارتداد ، فيمكنها إحداث اضطرابات من شأنها أن تؤدي إلى تكوين بنية وتشكيل مبكر للمجرة في مرحلة التوسع”. يمكن أن تعمل الثقوب السوداء كمحركات للإنشاء أو إعادة التكوين ، إذا صح التعبير – تساعد في تكوين المجرات والنجوم والكواكب في مجرة ​​مرتدة.

إنها فكرة جذابة. خاصة في ضوء نظرية أخرى اكتسبت مصداقية (بالتوازي مع فكرة الارتداد الكوني) أن هناك ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة في مركز كل مجرة. لم نعثر عليهم جميعًا بعد.

لكي نكون منصفين ، فإن بيريز وروميرو ليسا أول علماء الكونيات لاستكشاف العلاقة بين الكون المرتد والثقوب السوداء الكبيرة. برنارد كار وتيموثي كليفتون من جامعة كوين ماري بلندن ، جنبًا إلى جنب مع آلان كولي من جامعة دالهوزي في كندا ، تم الكتابة عنه نجت الثقوب السوداء من الارتداد الكوني لسنوات حتى الآن. قال كولي لصحيفة ديلي بيست: “إن الرياضيات التي قمنا بها تشير إلى أنه ممكن”.

الفرق هو أنه ، في النموذج من كولي وزملائه ، يتم تضمين الثقوب السوداء في البنية المحيطة للكون المتقلص بدلاً من احتواؤها بداخله. هذا من شأنه أن يسهل على الثقوب السوداء تحملها حتى عندما تنهار الأشياء الموجودة داخل بنية الكون على نفسها.

في تفكير بيريز وروميرو ، الثقوب السوداء هي كذلك داخل الهيكل. قال كولي: “إنهم ينظرون إلى نموذج مختلف قليلاً”. في هذا المفهوم للكون المرتد ، تكون الثقوب السوداء أكثر صرامة مما كان يتخيله أي شخص من قبل – وربما تكون أكثر أهمية للتوسع الجديد للكون.

إذا كان هناك خطر في ركن علم الكونيات الذي يشاركه بيريز وروميرو مع كولي وزملائه في التأليف ، فإن البيانات الصعبة حول الأكوان المرتدة وتحمل الثقوب السوداء الهائلة هي ضعيفة جدًا. مسابير الفضاء لدينا قليلة ومتباعدة. يمكننا أن نرى فقط حتى الآن مع التلسكوبات القديمة.

للحصول على معالجة أفضل للارتداد الكوني المحتمل بمساعدة الثقب الأسود ، نحتاج إلى إيجاد المزيد من الثقوب السوداء. خصوصا الكبيرة منها في مراكز المجرات. نحتاج أيضًا إلى قياسات أفضل لإشعاع الخلفية للكون. قد تشير القراءة الدقيقة للإشعاع إلى دورات تمدد وانكماش.

النبأ السار هو أن هذه الملاحظات قد تكون ممكنة قريبًا. الجديد صفيف BICEP، مجموعة من أربعة تلسكوبات راديوية قيد الإنشاء في القطب الجنوبي ، يمكن أن تعطينا قراءات إشعاع جيدة تبدأ في السنوات القليلة المقبلة. ويمكننا توقع المزيد من الصور (وحتى بعض الأفلام) للثقوب السوداء الكبيرة من Event Horizon Telescope.

إذا بدأ علماء الكونيات مثل بيريز وروميرو وكولي في العثور على الثقوب السوداء في كل مكان ، وكذلك سجلوا أنماط الإشعاع المنبهة للكون المرتد ، فقد نحتاج إلى البدء في تحقيق السلام مع فكرة أن كل ما يمكننا رؤيته وتخيله أقل بكثير فريد مما كنا نعتقد في السابق.

في الواقع ، ربما نعيش في النسخة الثالثة أو المائة أو الألف من الكون بعد الارتداد المتكرر ، كل واحدة تغذيها جزئيًا ثقوب سوداء أكبر من أي وقت مضى.