Hawking's black hole paradox explained - Fabio Pacucci

Translator: ‌Behdad Khazaeli Reviewer: Masood Mousavi

Scientists work on the boundaries of the unknown,

دانشمندان بر روی مرزهایِ ناشناخته کار می‌کنند،

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

جایی که هر بخش از دانش، گذرگاهی در فضای خالی از عدم قطعیت ایجاد می‌کند.

And nothing is more uncertain–

و هیچ‌چیزی نامشخص‌تر –

or potentially enlightening– than a paradox.

یا ذاتاً روشنگرانه‌تر – از یک تناقض نیست.

Throughout history,

در طول تاریخ،

paradoxes have threatened to undermine everything we know,

تناقض‌ها درستیِ هرچه می‌دانیم را به خطر انداخته‌اند،

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

و اغلب هم همان‌قدر، درک ما از جهان را دوباره شکل داده‌اند.

Today, one of the biggest paradoxes in the universe

امروزه، یکی از بزرگ‌ترین تناقض‌های جهان

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

حوزه‌هایی مانند نسبیت عام و مکانیک کوانتوم را به خطر انداخته است:

the black hole information paradox.

تناقض اطلاعات سیاهچاله‌ها.

To understand this paradox,

برای فهمیدن این تناقض،

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

ابتدا باید معنی «اطلاعات» را تعریف کنیم.

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

معمولاً، اطلاعاتی که عنوان می‌کنیم برای چشم غیر مسلح دیدنی است.

For example,

مثلاً،

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

این نوع از اطلاعات می‌گوید که یک سیب قرمز، گرد و براق است.

But physicists are more concerned with quantum information.

اما فیزیکدانان، بیشتر به اطلاعات کوانتومی علاقه‌مند هستند.

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

که به معنای خواص کوانتومیِ همه ذرات سازنده آن سیب است،

such as their position, velocity and spin.

مثل موقعیت، سرعت و چرخش آن‌ها.

Every object in the universe is composed

هر شیء در جهان از

of particles with unique quantum properties.

ذراتی با خواص کوانتومی یکتا تشکیل شده است.

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

این نظریه برگرفته از اصول حیاتی فیزیکی است:

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

کل مجموع اطلاعاتِ کوانتومی جهان ثابت است.

Even if you destroy an object beyond recognition,

حتی اگر یک شیء را به شکلی از میان ببری که تشخیص داده نشود،

its quantum information is never permanently deleted.

اطلاعات کوانتومی آن هیچ‌گاه کاملاً از میان نمی‌رود.

And theoretically, knowledge of that information

و از لحاظ نظری، آگاهی ناشی از آن اطلاعات

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

به ما اجازه می‌دهد تا همان شیء را از ذرات سازنده‌اش دوباره بسازیم.

Conservation of information isn’t just an arbitrary rule,

اصل بقای اطلاعات یک قانون دلبخواهی نیست،

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

بلکه یک باید ریاضی است، که بسیاری از دانش امروزی بر پایه‌ آن ساخته شده است.

But around black holes, those foundations get shaken.

اما در اطراف سیاهچاله‌ها، این پایه‌ها به لرزه افتاده‌اند.

When an apple enters a black hole,

وقتی‌که یک سیب وارد سیاهچاله می‌شود،

it seems as though it leaves the universe,

به نظر می‌رسد که جهان را ترک می‌کند،

and all its quantum information becomes irretrievably lost.

و تمامی اطلاعات کوانتومی آن به شکلی غیر قابل‌ بازگشتی از میان می‌روند.

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

گرچه، این موضوع، بلافاصله قوانین فیزیکی را نقض نمی‌کند.

The information is out of sight,

اطلاعات قابل مشاهده نیستند،

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

اما ممکن است هنوز داخلِ فضای مرموز سیاهچاله موجود باشند.

Alternatively, some theories suggest

در کنار این، نظریه‌های دیگر پیشنهاد می‌کنند که

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

اطلاعات اصلاً حتی وارد سیاهچاله هم نشده‌اند.

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

از دید بیرون، مثل این است که اطلاعات کوانتومی سیب

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

روی لایه‌های سطحی سیاهچاله رمزنگاری می‌شوند، که افق رویداد نام دارد.

As the black hole’s mass increases,

همان‌طور که جرم سیاهچاله افزایش می‌یابد،

the surface of the event horizon increases as well.

سطح افق رویداد هم گسترش می‌یابد.

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

پس ممکن است که وقتی سیاهچاله چیزی را می‌خورد،

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

آن‌قدر بزرگ می‌شود که اطلاعات کوانتومی آن شیء را ذخیره کند.

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

اما چه اطلاعات داخل سیاهچاله ذخیره شود یا روی سطحش،

the laws of physics remain intact–

قوانین فیزیک دست‌نخورده می‌مانند -

until you account for Hawking Radiation.

تا وقتی‌که تشعشع هاوکینگ را حساب کنید.

Discovered by Stephen Hawking in 1974,

که توسط استفان هاوکینگ در ۱۹۷۴ کشف شد،

this phenomenon shows that black holes are gradually evaporating.

این پدیده نشان می‌دهد که سیاهچاله‌ها به‌تدریج بخار می‌شوند.

Over incredibly long periods of time

در مدت‌هایی بسیار طولانی

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

سیاهچاله‌ها جرمشان را از دست می‌دهند، زیرا ذرات از افق رویدادشان بیرون می‌ریزد.

Critically, it seems as though the evaporating particles

به نظر خیلی سخت و عجیب می‌رسید ذراتی که تبخیر می‌شوند

are unrelated to the information the black hole encodes–

ربطی به اطلاعاتی که سیاهچاله کدگذاری می‌کند نداشته باشد –

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

یعنی سیاهچاله و کل اطلاعاتی که داخل آن موجود است

could be completely erased.

می‌تواند کاملاً از میان برود.

Does that quantum information truly disappear?

آیا واقعاً آن اطلاعاتِ کوانتومی از بین می‌روند؟

If not, where does it go?

اگر نه، پس کجا می‌روند؟

While the evaporation process would take an incredibly long time,

اگرچه فرآیند تبخیر خیلی طولانی‌مدت است،

the questions it raises for physics are far more urgent.

اما سؤالاتی که برای فیزیک ایجاد می‌کند بسیار اضطراری‌ است.

The destruction of information

از میان رفتن اطلاعات

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

ما را مجبور می‌کند تا برخی از اساسی‌ترین پارادایم‌های علمی خود را بازنویسی کنیم.

But fortunately, in science,

اما خوشبختانه، در علوم،

every paradox is an opportunity for new discoveries.

هر تناقض، موقعیتی برای کشف‌هایی جدید است.

Researchers are investigating a broad range of possible solutions

پژوهشگران مجموعه‌ای از راهکار‌های ممکن

to the Information Paradox.

برای تناقض اطلاعات را بررسی می‌کنند.

Some have theorized

بعضی نظریه‌هایی دارند که

that information actually is encoded in the escaping radiation,

اطلاعات در واقع در تشعشعات تابشی رمزگذاری شده،

in some way we can’t yet understand.

به شکلی که هنوز نمی‌دانیم.

Others have suggested the paradox is just a misunderstanding

مابقی پیشنهاد می‌دهند که این تناقض تنها یک سوءتفاهم در

of how general relativity and quantum field theory interact.

تعامل نسبیت عام و نظریه میدان‌های کوانتومی است.

Respectively,

به همین ترتیب،

these two theories describe the largest and smallest physical phenomena,

این دو نظریه بزرگ‌ترین و کوچک‌ترین پدیده‌های فیزیکی را شرح می‌دهند،

and they’re notoriously difficult to combine.

که بدبختانه ترکیبشان خیلی سخت است.

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

برخی از محققان فکر می‌کنند که راه حل این و خیلی از تناقض‌های دیگر

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

در آمدن «نظریه وحدت همه چیز» خواهد بود.

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

اما شاید شگفت‌انگیزترین نظریه برای بررسی این تناقض

is the holographic principle.

از اصل هولوگرافیک می‌آید.

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

که بر این پایه است که سطح دو بعدی افق رویداد

can store quantum information,

می‌تواند اطلاعات کوانتومی را ذخیره کند،

this principle suggests that the very boundary of the observable universe

بر پایه این اصل، مرز جهان قابل دیدن

is also a 2D surface encoded with information

یک سطح دو بعدی از اطلاعات رمزنگاری شده

about real, 3D objects.

از اشیاء واقعی سه بعدی است.

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

که اگر واقعیت داشته باشد، ممکن است واقعیتی که می‌شناسیم

is just a holographic projection of that information.

تنها یک نمایش هولوگرافیک از آن اطلاعات باشد.

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

هرکدام از این نظریه‌ها اگر ثابت شوند، سؤالات جدیدی را برای پاسخ به وجود می‌آورند

while still preserving our current models of the universe.

اگرچه الگوهای موجود از جهان را، حفظ می‌کنند.

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

اما ممکن است که این مدل‌ها غلط باشند!

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

درهرصورت، این تناقض حالا هم باعث شده تا قدمی دیگر

into the unknown.

به‌سوی ناشناخته‌ها برداریم.