سیاهچالهها در حالت‌های کوانتومی، جرم‌های عجیب و غریبی دارند
بیشتر یک قرن گذشته، فیزیک کوانتومی و نظریه نسبیت عام فقط یک ازدواجی روی کاغذ بودند. یعنی هر کدام به نوبه خود عالی هستند، فقط نمی‌توانستند زیر یک سقف با هم زندگی کنند!
اکنون یک اثبات ریاضی در مورد ماهیت کوانتومی سیاهچالهها ممکن است به ما نشان دهد که چگونه این دو می‌توانند این دو را با هم آشتی داد، حداقل به اندازه‌ای است که یک نظریه بزرگ جدید در مورد نحوه عملکرد کیهان در مقیاس کیهانی ایجاد کنیم.
تیمی از فیزیکدانان به صورت ریاضی یک ابهام عجیب را در مورد اینکه چگونه این اجسام پرچگال انتزاعی ممکن است در حالت برهم‌نهی superposition کوانتومی وجود داشته باشند و به طور همزمان طیفی از ویژگی‌های ممکن را اشغال کنند، نشان داده‌اند.
محاسبات آنها نشان داد که برهم نهی‌های جرم در یک نوع نظری از سیاهچاله به نام سیاهچاله BTZ به طور شگفت‌انگیزی نوار‌های جرم متفاوتی را به طور همزمان اشغال می‌کند.
این تحقیق نشان می‌دهد، برهم‌نهی جرم‌هایی که توسط یک سیاهچاله نگه داشته می‌شوند، برخی از معیار‌ها را بر سایر معیار‌ها ترجیح می‌دهد، در الگویی که می‌تواند برای مدل‌سازی جرم به روش کوانتیزه‌شده مفید باشد. این می‌تواند چارچوب جدیدی را برای بررسی اثرات کوانتومی-گرانشی سیاهچالهها در برهم نهی به ما ارائه دهد تا تنش بین نسبیت عام و نظریه کوانتومی را کاهش دهد.
جاشوا فو، فیزیکدان نظری از دانشگاه کوئینزلند استرالیا، می‌گوید: «تاکنون، ما عمیقاً بررسی نکرده‌ایم که آیا سیاهچالهها برخی از رفتار‌های عجیب و شگفت‌انگیز فیزیک کوانتومی را نشان می‌دهند یا خیر».
یکی از این رفتار‌ها برهم نهی است، که در آن ذرات در مقیاس کوانتومی می‌توانند در چندین حالت به طور همزمان وجود داشته باشند.
اما، برای سیاهچالهها، می‌خواستیم بدانیم که آیا آنها می‌توانند همزمان جرم‌های بسیار متفاوتی داشته باشند یا خیر، و معلوم شد که دارند!
تصور کنید هم چاق و بلندقامت هستید و هم کوتاه قد و لاغر! این وضعیتی است که به طور شهودی گیج‌کننده است زیرا ما با دنیای فیزیک سنتی اخت هستیم. اما این واقعیتی برای سیاهچاله‌های کوانتومی است.
گرانش شدید اطراف سیاهچالهها، آزمایشگاهی عالی برای کاوش گرانش کوانتومی سازد.
مدل‌های مبتنی بر انواع خاصی از سیاهچالهها ممکن است به یک نظریه منجر شود که هم ذرات و گرانش را توضیح دهد. به عنوان مثال، برخی از اثرات مشاهده شده در اطراف سیاهچاله را نمی‌توان در نسبیت عام توصیف کرد. برای این، ما به گرانش کوانتومی نیاز داریم یعنی در نهایت به یک نظریه یکپارچه که هر دو مجموعه قوانین را در بر بگیرد.
بنابراین، فو و همکارانش یک چارچوب ریاضی ایجاد کردند که به طور مؤثر به فیزیکدانان اجازه می‌دهد تا ذره‌ای را که در خارج از سیاهچاله قرار دارد و در حالت برهم نهی کوانتومی قرار دارد، بررسی کنند.
«کیهان به ما نشان می‌دهد که همیشه عجیب‌تر، اسرارآمیزتر و جذاب‌تر از آن چیزی است که بسیاری از ما تصور می‌کردیم. »
این تحقیق در Physical Review Letters منتشر شده.
