Karatasi ya Stephen Hawking ya 1974: Jinsi Makala Fupi Ilivyobadilisha Fizikia ya Black Holes

Marekani - Shirika la Habari la Ekhbary

Karatasi ya Stephen Hawking ya 1974: Jinsi Makala Fupi Ilivyobadilisha Fizikia ya Black Holes

Mnamo tarehe 1 Machi, 1974, mwanafizikia mwenye umri wa miaka 32 aitwaye Stephen Hawking, alitoa kwa jarida la kifahari la 'Nature' makala fupi sana, yenye kurasa chini ya mbili. Chapisho hili, lenye jina "Milipuko ya Black Hole?" (Black hole explosions?), halikuwa tu mchango mwingine wa kisayansi; lilikuwa ni tukio la tetemeko ambalo lilibadilisha kwa kimsingi uelewa wetu wa anga, hasa kuhusu vyombo vyake vya ajabu zaidi: black holes. Makala haya yangekuwa moja ya urithi wa kudumu zaidi wa Hawking, ikipinga dhana zilizodumu kwa muda mrefu na kufungua njia mpya za uchunguzi katika fizikia ya kinadharia na kosmologia.

Kabla ya kazi muhimu ya Hawking, mtazamo uliokuwepo kuhusu black holes ulielezwa na nadharia ya uhusiano mkuu wa Albert Einstein. Kulingana na mfumo huu, black holes zilionekana kama maeneo ya nafasi-wakati yenye mvuto mkuu sana kiasi kwamba hakuna kitu, hata mwanga, kingeweza kutoroka kutoka kwenye mtego wao. Hii ilimaanisha kwamba black holes zilikuwa kwa hakika vifaa vya utupu vya angani, vilivyokusudiwa kukua tu kwa muda kwa kukusanya vitu vinavyozunguka au kuungana na black holes nyingine, hatimaye kufikia viwango vya juu sana.

Hata hivyo, Hawking, akitumia uwanja unaoibuka wa mechanics ya quantum – seti ya ajabu ya sheria zinazoongoza ulimwengu wa chini ya atomi – alianza kuchunguza jinsi athari hizi za quantum zingeweza kuathiri black holes. Alichanganya kwa ustadi kanuni za uhusiano mkuu na sheria za thermodynamics na fizikia ya quantum ambayo ni rahisi kiasi. Akijenga juu ya kazi ya awali ya mwanafizikia wa kinadharia Jacob Bekenstein, ambaye alikuwa amependekeza kuwa black holes zina entropy, Hawking alifikia hitimisho la kushangaza: black holes haziko kabisa nyeusi. Badala yake, hutoa mionzi dhaifu ya joto.

Katika kitabu chake maarufu sana cha 1988, "Historia Fupi ya Wakati" (A Brief History of Time), Hawking alielezea zaidi jambo hili. Alieleza kama matokeo ya mabadiliko ya quantum katika utupu wa anga, ambapo jozi za chembe-antichembe huonekana na kutoweka mara kwa mara. Wakati mwingine, chembe moja ya jozi inaweza kuanguka kwenye black hole mara tu inapoundwa karibu na upeo wa matukio, wakati mwenzi wake hukimbilia angani. Chembe inayokimbia hubeba kiasi kidogo cha nishati kutoka kwa black hole; mchakato huu, baada ya karne nyingi, husababisha black hole kupungua hatua kwa hatua na hatimaye kuyeyuka. Upotevu huu wa nishati ya wingi uliitwa 'mionzi ya Hawking'.

Hesabu za Hawking zilionyesha kuwa kwa black holes za wingi wa nyota au kubwa zaidi, mchakato huu wa uvukizi ungechukua muda mrefu zaidi kuliko umri wa sasa wa ulimwengu. Hata hivyo, alizingatia pia uwezekano wa kuvutia wa black holes za asili – black holes ndogo sana ambazo huenda ziliundwa katika vipindi vya machafuko vya Big Bang. Hizi black holes za nadharia, ndogo sana, zinazowezekana kuwa na uzito chini ya trilioni moja ya kilogramu, zingekuwa tayari zimeyeyuka kabisa, labda kwa milipuko ya kuvutia. Hawking alibainisha kwa utani katika makala yake kwamba mlipuko kama huo, ingawa ni mdogo kwa viwango vya angani, ungekuwa sawa na "takriban milioni 1 ya mabomu ya hidrojeni ya megaton 1".

Wakati mionzi ya Hawking ilipokuwa msingi wa fizikia ya kinadharia, wakati huo huo ilianzisha tatizo kubwa: tatizo la taarifa za black hole. Ikiwa black holes zinayeyuka na kutoweka, nini kinatokea kwa taarifa zilizomo ndani yao? Mechanics ya quantum kimsingi inasema kuwa taarifa haiwezi kuumbwa au kuharibiwa. Upotevu wa taarifa unaoonekana wakati vitu vinaanguka kwenye black hole na black hole baadaye inayeyuka, ulionekana kukiuka kanuni hii ya msingi. Tatizo hili likawa lengo kuu la utafiti wa Hawking kwa muda uliobaki wa taaluma yake, likimshughulisha hadi kifo chake mwaka 2018.

Katika hotuba ya umma iliyotolewa nchini Sweden mwaka 2015, Hawking alithibitisha tena imani yake kwamba taarifa hazipotei kamwe. Alipendekeza kwamba taarifa inaweza kutoroka kutoka kwa black hole, labda kwa kupitia shimo la minyoo. "Black holes si nyeusi kama zinavyochorwa," alisema kwa umaarufu. "Wao si magereza ya milele kama ilivyodhania hapo awali. Vitu vinaweza kutoka kwenye black hole, kutoka nje na uwezekano wa kutoka kwenda ulimwengu mwingine."

Baada ya kifo chake, baadhi ya washirika wake walichapisha makala zinazopendekeza suluhisho la tatizo hilo, wakidhania kuwa taarifa inaweza kuandikwa katika mionzi ya Hawking yenyewe au kwa namna fulani 'kutapikwa' wakati black hole inayeyuka. Hivi karibuni zaidi, mwaka 2024, wanafizikia walipendekeza utaratibu mpya: taarifa iliyomezwa na black hole inaweza kuacha athari za hila, au mawimbi madogo, katika muundo wa nafasi-wakati unaoizunguka. Wanadhani kuwa mabadiliko haya ya nafasi-wakati yanaweza kuonekana kama mawimbi ya mvuto, ambayo yanaweza kugunduliwa na vifaa vya uchunguzi vya sasa na vya baadaye.

Ushahidi wa moja kwa moja wa uchunguzi wa milipuko ya black hole au uwepo wa black holes za asili bado haujapatikana. Hata hivyo, uchunguzi wa hivi karibuni, kama ugunduzi wa galaksi ya kale na James Webb Space Telescope, umechochea tena nia katika dhana ya black holes za asili kama maelezo yanayowezekana. Kazi ya Stephen Hawking ya 1974, iliyozaliwa kutoka kwa seti fupi ya milinganyo, inaendelea kuhamasisha uchunguzi wa kisayansi, ikitukumbusha kwamba hata siri za kina zaidi za ulimwengu zinaweza kufunuliwa kwa hatua za ujasiri za kinadharia na udadisi wa kiakili usiochoka.

Shirika la Habari la Ekhbary