بریده‌هایی از کتاب پاسخ‌های کوتاه به پرسش‌های بزرگ

این دو طول جغرافیایی بر استوا عمودند، یعنی زاویهٔ ۹۰ درجه می‌سازند. در ضمن با همدیگر هم در قطب شمال تلاقی دارند و آن‌جا هم زاویهٔ قائمه تشکیل می‌دهند؛ ۹۰ درجه. یعنی مثلثی داریم با سه زاویهٔ قائمه. مجموع زوایای این مثلث ۲۷۰ درجه است که به‌وضوح بیشتر از ۱۸۰ درجهٔ مثلثی روی سطح صاف است. اگر یک مثلث روی سطحی زینی‌شکل رسم کنید، می‌بینید که مجموع زوایا کمتر از ۱۸۰ درجه است. سطح زمین چیزی است که به آن فضای دو بُعدی می‌گوییم. یعنی روی سطح زمین می‌توان در دو جهت عمود بر هم حرکت کرد: شمال‌جنوب یا شرق‌غرب. ولی البته جهت سومی هم عمود بر اینها هست که بالا یا پایین است. به عبارت دیگر، سطح زمین در فضای سه بُعدی وجود دارد. فضای سه بعدی مسطح است. یعنی تابع هندسهٔ اقلیدسی است. مجموع زوایای مثلث در آن ۱۸۰ درجه است. ولی می‌توان نژادی از موجودات دو بُعدی تصور کرد که می‌توانند روی سطح زمین حرکت کنند ولی نمی‌توانند جهت بالا یا پایین را تجربه کنند. آنها چیزی از فضای سه بعدیِ مسطحی که سطح زمین در آن قرار دارد نمی‌دانند. برای آنها فضا منحنی است و غیر اقلیدسی.

۶. آیا سفر در زمان ممکن است؟ در روایت‌های علمی تخیلی، اعوجاج‌های فضا و زمان رایج است. از آنها برای سفر سریع در کهکشان یا برای سفر در زمان استفاده می‌کنند. ولی آنچه امروز علمی تخیلی است، اغلب واقعیت علمی فرداست. پس سفر در زمان چقدر احتمال دارد؟ اینکه فضا و زمان را می‌توان خم کرد یا در آن اعوجاج ایجاد کرد عقیدهٔ نسبتاً جدیدی است. بیش از دو هزار سال اصول هندسی اقلیدسی را بدیهی می‌دانستند. همان‌طور که کسانی که در مدرسه مجبور بودند هندسه بخوانند به یاد دارند، یکی از نتایج این اصول این است که مجموع زوایای مثلث ۱۸۰ درجه است. اما در قرن گذشته دیده شد که اَشکال دیگری از هندسه هم ممکن است که در آنها مجموع زوایای مثلث الزاماً ۱۸۰ درجه نیست. مثلاً سطح زمین را در نظر بگیرید. روی سطح زمین، شبیه‌ترین چیز به خط مستقیم، دایرهٔ عظیمه است. اینها نزدیک‌ترین مسیر بین دو نقطه هستند و به همین دلیل هواپیماها از این مسیرها استفاده می‌کنند. حال مثلثی روی زمین فرض کنید که اضلاعش استوا، خط طول جغرافیاییِ صفر که از لندن می‌گذرد و خط طول جغرافیاییِ نودِ شرقی که از بنگلادش عبور می‌کند باشد.

آیا افتادن فضانورد به داخل سیاهچاله برایش اتفاق بدی است؟ صد در صد. اگر سیاهچالهٔ ناشی از ستاره باشد، قبل از رسیدن به افق به اسپاگتی تبدیل می‌شوید. ولی از دیدی دیگر، اگر سیاهچاله‌ای بسیار پُر جِرم باشد به‌راحتی از افق رد می‌شوید، ولی وقتی به تکینگی برسید چنان لِه می‌شوید که اثری از آثارتان نمی‌ماند.

مثلاً از طریق بارهای ابردَوَرانیِ مشترک با تقارن‌هایِ مرتبط و پایسته به نام ابردوران که هنوز نتوانسته‌ایم به‌خوبی درک کنیم. اگر این حرف درست باشد و همهٔ اطلاعات مربوط به سیاهچاله را بتوان از طریق " موهایش" شناخت، شاید اصلاً گم شدنِ اطلاعات در بین نباشد. اخیراً این عقاید با جدیدترین محاسباتمان تأیید شده است. استرومینگر و پِری و من همراه با دانشجویی به نام ساشا هَکو کشف کرده‌ایم که این بارهای ابَردَوَرانی ممکن است نشان‌دهندهٔ همهٔ آنتروپی هر سیاهچاله‌ای باشند. مکانیک کوانتوم هنوز صحت دارد و اطلاعات در افق، سطح سیاهچاله، ذخیره شده است. هنوز هم مشخصهٔ سیاهچاله‌ها جِرم کلّی و بار الکتریکی و چرخش آنهاست که خارج از افق رویدادند، ولی خودِ افق رویداد حاوی اطلاعاتی است که برای اینکه بفهمیم چه چیزی به داخل سیاهچاله افتاده، لازم داریم و این بسیار فراتر از سه خاصیت سیاهچاله است. افرادی هنوز در این موارد پژوهش می‌کنند و در نتیجه معمای اطلاعات هنوز حل نشده است. اما من خوش‌بین هستم که داریم به جواب نزدیک می‌شویم.

نکتهٔ مهمِ کشف اَبَرتقارن این است که تعداد بی‌نهایتی از کمیت‌های پایسته در فاصله‌های بسیار دور از سیاهچاله وجود دارد. قوانینِ پایستگی هستند که باعث روشن‌بینیِ خارق‌العاده و غیرمنتظره‌ای در مورد فرآیند در فیزیک گرانشی شده‌اند. من در سال ۲۰۱۶ همراه با همکارانم مالکوم پِری و اَندی استرومینگِر سعی می‌کردم با استفاده از این نتایجِ جدید و کمیت‌های پایستهٔ مرتبطِ با آنها، راه‌حلی برای معمای اطلاعات پیدا کنم. می‌دانیم که سه خاصیتِ مشاهده‌شدنیِ سیاهچاله‌ها جرم و بار و اندازه حرکت زاویه‌ای آنهاست. اینها بارهای کلاسیکی است که خیلی وقت است درک کرده‌ایم. اما سیاهچاله‌ها بار ابرتقارنی هم دارند. پس شاید خیلی چیزها در مورد سیاهچاله‌ها در میان باشد، خیلی بیشتر از آن چیزی که اول فکر می‌کردیم. طاس نیستند یا فقط سه تار مو ندارند، بلکه در واقع مقدار خیلی زیادی موی ابرتقارنی دارند. با رمزگشایی این موی ابرتقارنی شاید بتوان برخی از اطلاعات را در مورد محتویات سیاهچاله به دست آورد. دور از ذهن نیست که این بارهای ابرتقارنی همهٔ اطلاعات را در خود نداشته باشند ولی شاید بتوان بقیه را از طریق نوعی کمیت‌های پایستهٔ اضافی فهمید؛

سیاهچاله ناحیه‌ای از فضازمان است که در آن گرانش قوی است و فضازمان به‌شدت اعوجاج یافته و به همین دلیل انتظار می‌رود که تقارن‌های آن نابود شوند. ولی وقتی از سیاهچاله دور بشویم، انحنای فضازمان کمتر و کمتر می‌شود. در فاصلهٔ زیاد از سیاهچاله، فضازمان خیلی شبیه فضازمانِ مسطح می‌شود. در دههٔ ۱۹۶۰ هرمَن بوندی و کِنِت مِتزنِر و وَن دِر بورگ و راینر سَکز کشف خارق‌العاده‌ای کردند و فهمیدند که فضازمانِ دور از هرگونه ماده، مجموعهٔ بی‌نهایتی از تقارن دارد که اَبَرانتقال نامیده می‌شود. هر یک از این تقارن‌ها با کمیتی پایسته مرتبط است که بارِ ابرانتقال نام دارد. هر کمیتِ پایسته، کمیتی است که با تکاملِ سامانه تغییر نمی‌کند. اینها تعمیمِ کمیت‌های پایستهٔ آشناترند. مثلاً اگر فضازمان با گذشت زمان عوض نشود، انرژی می‌پاید. اگر فضازمان در نقاط مختلف فضا مشابه باشد، پس اندازهٔ حرکت پایسته است.

اخیراً علاقه به راه‌حل‌هایِ ممکنِ معمای اطلاعات دوباره زیاد شده چون کشف‌های جدیدی در مورد وحدت گرانش و مکانیک کوانتوم رخ داده است. محورِ اینها درک تقارن‌های فضازمان بوده است. فرض کنید گرانش وجود نداشت و فضازمان کاملاً مسطح بود. این چیزی مثل یک بیابان است که هیچ عوارضی ندارد. همچو جایی دو نوع تقارن دارد. اولی تقارن انتقالی نام دارد؛ اگر از یک نقطهٔ بیابان به نقطهٔ دیگر بروید هیچ تفاوتی حس نمی‌کنید. تقارن دوم تقارن دَوَرانی است؛ اگر جایی در بیابان بایستید و دور خود بگردید، بازهم تفاوتی در مشاهدات خود نمی‌بینید. این تقارن‌ها در فضازمانِ " مسطح" هم دیده می‌شود؛ یعنی در فضازمانی که در فقدان هرگونه ماده دیده می‌شود. اگر چیزی را در این بیابان قرار بدهیم، این تقارن‌ها از میان می‌روند. فرض کنید در بیابان کوهی و واحه‌ای و چند کاکتوس باشد. پس در جاهای مختلف و جهت‌های مختلف چیزهای مختلفی می‌دیدید. این در فضازمان هم صادق است. اگر اجسامی را در فضازمان قرار بدهیم، تقارن‌های انتقالی و دورانی از بین می‌روند. قرار دادن جسمﹾ درونِ فضازمان است که باعث ایجاد گرانش می‌شود.

پس اینکه بفهمیم آیا اطلاعات واقعاً در سیاهچاله‌ها گم می‌شود یا در اصل می‌توان آن را بازیافت خیلی مهم بود. بسیاری از دانشمندان فکر می‌کردند اطلاعات نباید گم شود ولی سال‌های بسیار کسی نمی‌توانست ساز و کاری برای حفظ آن ارائه کند. این گم شدنِ ظاهری اطلاعات که معمای اطلاعات نام دارد ذهنِ دانشمندان را در چهل سال اخیر مشغول کرده است و هنوز یکی از بزرگ‌ترین معماهای حل‌نشدهٔ فیزیک نظری است.

اگر واقعاً اطلاعات در سیاهچاله‌ها گم شود نمی‌توانیم آینده را پیش‌بینی کنیم چون سیاهچاله ممکن است هر ترکیبی از ذرات را ساطع کند. شاید یک تلویزیون سالم ساطع کند یا یک مجموعهٔ کامل از آثار شکسپیر با جلد چرمی، البته احتمال همچو خروجی‌های کمیابی بسیار کم است. بیشتر احتمال دارد تشعشعِ حرارتی ساطع کند، مثل تابش فلز گداخته. به نظر می‌رسد اهمیتی هم نداشته باشد که نتوانیم پیش‌بینی کنیم چه چیزی ساطع خواهد کرد. در نزدیکیِ ما سیاهچاله‌ای نیست. ولی بحث سر اصول است. اگر جبریت، یعنی پیش‌بینی‌پذیر بودنِ عالم در جوارِ سیاهچاله‌ها از کار بیفتد شاید این اتفاق در شرایط دیگری هم ممکن باشد. شاید سیاهچاله‌هایی مَجازی وجود داشته باشد شبیه نوساناتی که از خلأ بیرون می‌آیند. یک سری ذره را جذب می‌کنند و سری دیگری را ساطع می‌کنند و بعد درون خلأ ناپدید می‌شوند. حتی بدتر از این، اگر جبریت از کار بیفتد از گذشته‌مان هم نمی‌توانیم مطمئن باشیم. کتاب‌های تاریخ و حافظهٔ ما ممکن است صرفاً توهم باشند. گذشته است که به ما می‌گوید کیستیم. بدون آن هویت خود را از دست می‌دهیم.

با گریز ذرات از سیاهچاله، جرم چاله کم و چاله کوچک می‌شود. این اتفاق سرعتِ ساطع شدنِ ذرات را افزایش خواهد داد. در نهایت همهٔ جرمش را از دست خواهد داد و ناپدید خواهد شد. خُب، بر سر تمامیِ ذرات و فضانوردانِ بدشانسی که داخل آن افتادند چه خواهد آمد؟ نمی‌توانند همین‌طور به‌راحتی موقعِ ناپدید شدنِ سیاهچاله در بیایند. ذراتی که از سیاهچاله خارج می‌شوند به‌نظر کاملاً اتفاقی هستند و ربطی به چیزی که به داخلش افتاده ندارند. به‌نظر می‌رسد که اطلاعاتِ دربارهٔ چیزی که به داخلش افتاده گم می‌شود، مگر مجموعِ مقدار جرم و مقدار دَوَران. اما اگر اطلاعات گم شود، مشکلی جدّی پیش می‌آید؛ مشکلی که قلب درک ما از علم را نشانه گرفته. بیش از دویست سال است که به جبریت علمی باور داشته‌ایم؛ یعنی باور داریم که قوانین علم بر تکاملِ عالم حاکم است.