مطالب علمی

یک بازیگر مرکزی در این پیشرفتها سیاهچاله است. سیاهچاله ها یک نتیجه از نسبیت عام اینشتین(نظریۀ هندسی گرانش در سال 1915) می باشند. در این نظریه گرانش ناشی از خمیدگی فضا زمان می باشد که باعث می شود اشیا مثل زمانیکه توسط یک نیرو کشیده می شوند حرکت کنند. به طور معکوس انحنا به دلیل وجود ماده و انرژی به وجود می آید. بر اساس معادله های اینشتین یک تمرکز به اندازۀ کافی چگال از ماده یا انرژی فضا زمان را آنقدر زیاد خمیده می کند که فضازمان سوراخ شده و یک سیاهچاله به وجود می آید. قانونهای نسبیت هر چیزی را که وارد یک سیاهچاله می شود از بیرون آمدن دوباره منع می کند حداقل در تعریف کلاسیک(غیر کوانتومی) فیزیک. نکتۀ عدم برگشت که به آن افق رویداد سیاهچاله می گویند، اهمیت زیادی دارد. در ساده ترین حالت افق یک کره است که مساحت سطحی آن برای سیاهچاله های پرجرمتر بزرگتر است.

این غیر ممکن است که مشخص کنیم چه چیزی داخل سیاهچاله است. هیچ اطلاعات جزیی ای نمی تواند از افق خارج شده و به جهان خارجی فرار کند. به هر حال ناپدید شدن یک تکه از ماده برای همیشه در یک سیاهچاله تعدادی رد بجا می گذارد. انرژی آن  به طور همیشگی به صورت یک افزایش در جرم سیاهچاله نمود پیدا می کند. (ما هر نوع جرمی را طبق رابطۀ  اینشتین به صورت انرژی به حساب می آوریم)

من فکر می کنم که وقتی ماده داخل سیاه چاله می افتد افزایش میزان آنتروپی سیاه چاله به خاطر آنتروپی از دست رفته ماده همیشه خنثی می شود. کلی تر بخواهیم بگوییم، مجموع آنتروپی سیاه چاله و آنتروپی طبیعی خارج از سیاه چاله نمی تواند کاهش بیابد. این قانون دوم تعمیم یافته GSL به طور خلاصه است.

 از نظر تئوری GSL از آزمایش های دقیقی عبور کرده است. زمانی که یک ستاره فرو می پاشد تا یک سیاه چاله به وجود آید، آنتروپی سیاه چاله از آنتروپی ستاره بسیار بیشتر می شود. در سال 1974 هاوکینگ شرح داد که یک سیاه چاله همزمان تابش های گرمایی ساطع می کند که امروزه به عنوان تابش هاوکینگ توسط یک پروسه کوانتومی شناخته می شود.برهان کریستودولو- هاوکینگ در رویارویی با این پدیده شکست می خورد (جرم و درنتیجه ناحیه افق آن کاهش می یابد.) ولی GSL می تواند با این پدیده مقابله کند. آنتروپی تابش های بیرون آینده بیشتر از میزان خنثی شدن آنتروپی های کاهش یافته در سیاه چاله است. در سال 1986 رافائل دی سورکین از دانشگاه سیراکیوز از روابط بیرون سیاه چاله برای نشان دادن اطلاعات داخل آن استفاده کرد تا نشان دهد که GSL( یا چیزی خیلی شبیه به آن) بایستی برای پروسه های امکان پذیری که در سیاه چاله ها رخ می دهد قابل قبول باشد. بحث داغ وی این مسئله را روشن می سازد که آنتروپی وارد شده به GSL همانیست که تا سطح X که هر سطحی می تواند باشد محاسبه شده است.

پروسه تابش هاوکینگ به او این اجازه را داد که تا حدی ثابت بین آنتروپی سیاه چاله و محدوده افق را مشخص کند:آنتروپی سیاه چاله دقیقاً یک چهارم محدوده افقی است که در منطقه پلانک اندازه گرفته شده است. ( طول پلانک، که در حدود  سانتیمتر است.طول پایه ایست که به گرانش و مکانیک کوانتومی مربوط می شود. محدوده پلانک مربع همین عدد است.) حتی در عبارات ترمودینامیکی این میزان آنتروپی بسیار زیادیست. آنتروپی یک سیاه چاله به شعاع یک سانتیمتر می تواند برابر با  بیت باشد که تا حدی برابر با آنتروپی ترمودینامیک یک مکعب آب با ضلع 10 میلیارد کیلومتر است.

جهان به عنوان یک هولوگرام:

GSL این اجازه را به ما می دهد که بر میزان ظرفیت اطلاعات هر نظام فیزیکی ایزوله ای مرزی بگذاریم. مرزهایی که می تواند به اطلاعات همه سطوح ساختاری تا سطح X اشاره می کند. در سال 1980 من شروع به مطالعه اولیه چنین مرزهایی کردم که به اسمشان مرزهای آنتروپی کیهانی بود که کارشان محدود کردن میزان آنتروپی است که می تواند در یک اندازه مشخص توسط یک جرم مشخص حمل شود( به عکس دو صفحه بعد مراجعه کنید). مرز هولوگرافیک ، یک نظریه مرتبط در سال 1995 توسط لئونارد ساسکیند از دانشگاه استنفورد ارائه شد. این نظریه می تواند میزان آنتروپی که در ماده و انرژی موجود در میزان مشخصی از فضا را محدود کند.

در فعالیت وی در مرز هولوگرافیک، ساسکیند هر گونه جرم کروی که به خودی خود سیاه چاله نیست و می تواند در یک محیط سطح بسته جا بگیرد راA  در نظر گرفت. اگر جرم بتواند به یک سیاه چاله فرو پاشد. آن حفره افق محدوده ای کمتر از A حواهد داشت، بنابراین آنتروپی سیاه چاله کمتر از A/4 است. بر اساس GSL آنتروپی سیستم نمی تواند کم شود، بنابراین آنتروپی اصلی جرم نمی تواند بیشتر از A/4 باشد. اگر جرم خود به خود فرو نپاشد چه؟ در سال 2000 من نشان دادم که یک سیاه چاله کوچک می تواند سیستم را به یک سیاه چاله که آنقدر با آنی که در مبحث ساسکیند بود فرق ندارد تبدیل کند. بنابراین مرز از نظام ساختاری سیستم و یا طبیعت سطح X مستقل است. فقط وابسته به GSL  است.

ما اکنون می توانیم به برخی از سوالات ابهام بر انگیز در مورد مرزهای واپسین ذخیره اطلاعات پاسخ دهیم. دستگاهی که یک سانتیمتر می تواند به طور کلیتا   بیت، مقداری که در ذهن نمی گنجد را نگه دارد. جهان مرئی می تواند حد اقل بیت آنتروپی را در خود نگه دارد که به طور کلی می تواند در یک کره به قطر یک دهم سال نوری جا شود. تخمین زدن آنتروپی کیهان یک مشکل اساسی است، با این حال، ارقام بزرگتر که نیازمند کره ای به اندازه خود کیهان هستند کاملاً باورنکردنی اند.ولی این یک جنبه دیگر از مرز هولوگرافیک است که از نظر اسمی بسیار شگفت انگیز است چرا که بیشینه آنتروپیممکن بیشتر به مناطق مرزی وابسته است تا به ظرفیت آن. تصور کنید که قطعات حافظه کامپیوتر را در یک تل بزرگ جمع کنیم. تعداد ترانزیستورها- کل ظرفیت ذخیره اطلاعات- با افزایش حجم تل افزایش می یابد. پس برای تمامی ترمودینامیک آنتروپی های قطعات نیز همینطور است. با این حال قابل به ذکر است که ظرفیت کامل اطلاعات نظری به طور نظری فضای اشغال شده توسط تل به همراه منطقه سطحی افزایش می یابد. از آنجایی که حجم سریع تر از منطقه سطحی افزایش می یابد در برخی نقاط، آنتروپی تمامی قطعات از مرز های هولوگرافیک فراتر خواهند رفت. به نظر می رسد که یا GSL و یا تصوراتمان از آنتروپی و ظرفیت اطلاعات ناگریز مرو می ریزد. در واقع، آنچه فرو می ریزد، خود تل است: به خاطر گرانش خود فرو ریخته و سیاه چاله ای را قبل از اینکه به این وضعیت بغرنج دچار شود به وجود می آورد. بنابراین، هر کدام از قطعات حافظه می توانند جرم و منطقه سطحی سیاه چاله را به طوری افزایش می دهند که GSL را حفظ کنند.  

---