Hawking's black hole paradox explained - Fabio Pacucci

المترجم: Ayman Hosny المدقّق: Hussain Laghabi

Scientists work on the boundaries of the unknown,

يعمل العلماء عند تُخوم المجهول،

where every new piece of knowledge forms a path into a void of uncertainty.

حيث يشكّل كل جزء من المعرفة مَعبرًا محاطًا بالشك والريبة.

And nothing is more uncertain–

ولا يوجد ما يثير الريبة والشك...

or potentially enlightening– than a paradox.

أو يوسع المدارك...أكثر من المفارقات.

Throughout history,

عبر التاريخ،

paradoxes have threatened to undermine everything we know,

أنذرت المفارقات بتقويض كل شيء نعرفه،

and just as often, they’ve reshaped our understanding of the world.

وفي الغالب، فقد أعادت تشكيل فهمنا عن العالم.

Today, one of the biggest paradoxes in the universe

في هذه الآونة، تبرز واحدة من أكبر المفارقات في الكون

threatens to unravel the fields of general relativity and quantum mechanics:

وتنذر بفضّ الاشتباك بين مجالات النسبية العامة وميكانيكا الكمّ:

the black hole information paradox.

إنها مفارقة معلومات الثقوب السوداء.

To understand this paradox,

لفهم هذه المفارقة اللغز،

we first need to define what we mean by "information."

سنكون بحاجة إلى تحديد مدلول مصطلح "المعلومات" في المقام الأول.

Typically, the information we talk about is visible to the naked eye.

عادةً، فإن العلومات التي نتناولها تُدرك بالعين المجردة.

For example,

على سبيل المثال،

this kind of information tells us that an apple is red, round, and shiny.

ذلك النوع من العلومات الذي يفيد بأن ثمة تفاحة حمراء اللون، ودائرية الشكل، ولامعة.

But physicists are more concerned with quantum information.

لكن الذي يلفت اهتمام الفيزيائيين هو المُخرجات الكَمية للتفاحة.

This refers to the quantum properties of all the particles that make up that apple,

وهي تلك الخصائص الكميّة لجزيئاتها

such as their position, velocity and spin.

مثل الموضع، والسرعة، ومعدل الدوران الذاتي.

Every object in the universe is composed

إن أي جسيم في الكون يتكون

of particles with unique quantum properties.

من جزيئات ذات ميزات فريدة.

This idea is evoked most significantly in a vital law of physics:

وقد أثير هذا الطرح في إحدى أهم القوانين الفيزيائية:

the total amount of quantum information in the Universe must be conserved.

وهو أنه من المؤكد أن إجمالي حجم المعلومات الكميّة في الكون محفوظٌ.

Even if you destroy an object beyond recognition,

وحتى لو أن جسيمًا قد تحلل لدرجة لم نعد نستطيع معها التعرف عليه،

its quantum information is never permanently deleted.

فإن معلوماته الكميّة لا تنمحي من الوجود أبدًا.

And theoretically, knowledge of that information

ونظريًا، فإن الإحاطة علمًا بهذه المعلومات

would allow us to recreate the object from its particle components.

من شأنه أن يتيح لنا إعادة تكوين الجسيم مِن مكوناته الأولية.

Conservation of information isn’t just an arbitrary rule,

إن عملية حفظ المعلومات لا تجري وفق قاعدة اعتباطية،

but a mathematical necessity, upon which much of modern science is built.

ولكن تجري وفق حتمية رياضية، بُنيَت عليها الكثير من العلوم الحديثة.

But around black holes, those foundations get shaken.

ولكن حول الثقوب السوداء، تهتز تلك الحقائق هزًا عنيفًا.

When an apple enters a black hole,

حين تهوي تفاحة في ثقب أسود

it seems as though it leaves the universe,

فإنها تبدو كما لو أنها خرجت من الكون،

and all its quantum information becomes irretrievably lost.

ونفقد دون رجعة كل معلوماتها الكميّة.

However, this doesn’t immediately break the laws of physics.

ورغم ذلك، لا يشكل هذا خرقًا فوريًا لقوانين الفيزياء.

The information is out of sight,

فقد تنزوي المعلومات خارج المشهد،

but it might still exist within the black hole’s mysterious void.

ولكنها تظل كامنة في الفراغ الملغز للثقب الأسود.

Alternatively, some theories suggest

بدلًا من ذلك، فإن بعض النظريات ترجّح

that information doesn’t even make it inside the black hole at all.

أن المعلومات على أية حال لا تنزوي في الثقب الأسود.

Seen from outside, it’s as if the apple’s quantum information

بالنظر من الخارج، يبدو الأمر كما لو أن المعلومات الكميّة للتفاحة

is encoded on the surface layer of the black hole, called the event horizon.

جرى ترميزها على الطبقة السطحية للثقب الأسود، فيما يُسمى بأفق الحدث.

As the black hole’s mass increases,

بينما تزداد كتلة الثقب الأسود،

the surface of the event horizon increases as well.

فإن سطح أفق الحدث بالتالي يتمدد.

So it’s possible that as a black hole swallows an object,

وبالتالي فمن المحتمل أنه ومع ابتلاع الثقب الأسود لمادة ما،

it also grows large enough to conserve the object’s quantum information.

فهو أيضًا ينمو بما يكفي لحفظ المعلومات الكمية لهذه المادة.

But whether information is conserved inside the black hole or on its surface,

ولكن سيان حُفِظت المعلومات داخل الثقب الأسود أو على سطحه،

the laws of physics remain intact–

فالقوانين الفيزيائية تبقى ثابتة

until you account for Hawking Radiation.

حتى تأخذ في الحسبان "إشعاع هوكنغ".

Discovered by Stephen Hawking in 1974,

بعد أن اكتشفها ستيفين هوكنغ في 1974،

this phenomenon shows that black holes are gradually evaporating.

تكشف هذه الظاهرة أن الثقوب السوداء تأخذ تدريجيًا في التبخُر.

Over incredibly long periods of time

عبر حقبٍ هائلة من الزمن

black holes lose mass as they shed particles away from their event horizons.

تفقد الثقوب السوداء كتلتها بينما تزيح الجزيئات بعيدًا عن أفق الحدث.

Critically, it seems as though the evaporating particles

من وجهة نظر أكثر تفحصًا، تبدو الجزيئات المتبخرة

are unrelated to the information the black hole encodes–

وكأنها لا تنتمي للمعلومات التي يعمل الثقب الأسود على ترميزها...

suggesting that a black hole and all the quantum information it contains

على نحوٍ يُرجح معه أن ثقبًا أسود ومعه كل المعلومات التي يحتويها

could be completely erased.

قد مُحيَت جميعها بالكامل.

Does that quantum information truly disappear?

هل اختفت بالفعل هذه المعلومات الكميّة؟

If not, where does it go?

لو كانت الإجابة بالنفي، أين ذهبت إذن هذه المعلومات؟

While the evaporation process would take an incredibly long time,

بينما تأخذ عملية التبخر زمنًا طويلًا جدًا لا يمكن تخيله،

the questions it raises for physics are far more urgent.

فإن الأسئلة التي تثيرها للفيزياء هي أسئلة ذات إلحاح بالغ.

The destruction of information

إن انهيار المعلومات

would force us to rewrite some of our most fundamental scientific paradigms.

سوف يدفعنا لإعادة صياغة جانب من أكثر المعادلات العلمية التأسيسية.

But fortunately, in science,

لكن لحسن الحظ، وَوَفق المنهج العلمي،

every paradox is an opportunity for new discoveries.

فإن كل مفارقة هي فرصة لاكتشافات جديدة.

Researchers are investigating a broad range of possible solutions

بينما يُمحِّص الباحثون نطاقًا واسعًا مِن الحلول المحتملة

to the Information Paradox.

لمفارقة المعلومات.

Some have theorized

يتبنى البعض نظرية

that information actually is encoded in the escaping radiation,

مفادها أن المعلومات مشفّرة في الأشعة المنبعثة،

in some way we can’t yet understand.

على نحوٍ لا نفهمه حتى الآن.

Others have suggested the paradox is just a misunderstanding

في حين يرجح الآخرونَ أنّ هذه المفارقة ما هي إلا مجرد فهم خاطئ

of how general relativity and quantum field theory interact.

لكيفية تفاعل نظرية النسبية العامة مع نظرية المجال الكمّي.

Respectively,

على التوالي،

these two theories describe the largest and smallest physical phenomena,

تعمل هاتان النظريتان على تفسير أكبر وأصغر الظواهر الفيزيائية،

and they’re notoriously difficult to combine.

وهما من الصعوبة بمكان أنْ يندمِجا معًا.

Some researchers argue that a solution to this and many other paradoxes

فيما يتجادل بعض الباحثين على أن ثمة مقاربة لهذه المفارقة ولغيرها

will come naturally with a “unified theory of everything.”

ستأتي من تلقاء نفسها متى صيغَت "نظرية موحدة لكل شيء".

But perhaps the most mind-bending theory to come from exploring this paradox

ولعل النظرية الأكثر إلحاحًا التي تأتي من اكتشاف هذه المفارقة

is the holographic principle.

هي نظرية المبدأ الهولوغرافي. (التجلّي ثلاثي الأبعاد للأشياء)

Expanding on the idea that the 2D surface of an event horizon

بالبناء على فكرة أنّ الأسطح ثنائية الأبعاد لأفق حدثٍ ما

can store quantum information,

بمقدورها تخزين المعلومات الكمية،

this principle suggests that the very boundary of the observable universe

فإن هذا المبدأ يرجح أن الحجم الضخم جدًا للكون المرئي

is also a 2D surface encoded with information

هو أيضًا سطح ذو صيغ مشفّرة ثنائية الأبعاد من معلومات

about real, 3D objects.

عن واقع ثلاثي الأبعاد.

If this is true, it’s possible that reality as we know it

لو أن هذا حقيقي، فمن المحتمل أنّ الواقع كما نعاينه

is just a holographic projection of that information.

هو مجرد إسقاط ثلاثي الأبعاد لتلك المعلومات.

If proven, any of these theories would open up new questions to explore,

في حال إثبات ذلك، فإن أيًا من هذه النظريات ستطلق العنان لأسئلة جديدة تخضع للبحث،

while still preserving our current models of the universe.

بينما تبقى نظراتنا الحالية للكون كما هي.

But it’s also possible that those models are wrong!

ولكن من المحتمل أيضًا أنّ تلك النظرات ليست صحيحة!

Either way, this paradox has already helped us take another step

على أية حال، فإن هذه المفارقة قدّمت لنا بالفعل يد العون في الانتقال خطوة

into the unknown.

في غياهِب المجهول.