Bouncing Dust Collapse and Black-to-White Hole Transition on the Brane

تُعد الجاذبية، في تجربتنا اليومية، قوة سحب لا تقاوم. فعندما ينفد الوقود من نجم هائل، فإنه ينهار تحت وطأة وزنه، وينكمش حتى يصبح كثيفاً لدرجة أن الضوء نفسه لا يستطيع الهروب منه، مكوناً ثقباً أسوداً. ولعقود من الزمن، كان الرأي السائد في الفيزياء هو أن هذا الانهيار يستمر حتى يُسحق النجم في نقطة واحدة ذات كثافة لانهائية، وهي "التفرد" (singularity) حيث تنهار قوانين الفيزياء. هذه النتيجة ليست مجرد فضول نظري؛ بل هي النهاية المتوقعة لأي جسم ضخم بما يكفي ينهار، وهو استنتاج مستمد من المعادلات الأساسية للنسبية العامة. ومع ذلك، يشك العديد من الفيزيائيين في أن هذه النقطة اللانهائية هي علامة على أن فهمنا الحالي غير مكتمل، وأن نظرية أكثر اكتمالاً للجاذبية قد تكشف عن مصير مختلف، رب_ما مصير يتوقف فيه الانهيار ثم ينعكس.

تستكشف دراسة جديدة أجراها باحثون في المعهد الهندي للتكنولوجيا في كانبور والمركز الجامعي لعلوم الفلك والفيزياء الفلكية هذا الاحتمال تحديداً. فقد بحثوا فيما يحدث لسحابة غبار منهارة إذا لم يكن كوننا مجرد فضاء ثلاثي الأبعاد، بل غشاءً (membrane) يطفو في واقع ذي أبعاد أعلى. وتحديداً، نظروا في نموذج يكون فيه هذا البعد الإضافي ليس اتجاهاً مكانياً مثل الأعلى أو الأسفل، بل اتجاهاً زمنياً. في هذا الإطار غير المعتاد، تتغير قواعد الجاذبية بطريقة تمنع تشكل التفرد. فبدلاً من أن تُسحق إلى العدم، ترتد السحابة وتتوسع مرة أخرى في منطقة جديدة من الفضاء. ويشير هذا العمل إلى أن النهاية العنيفة لنجم منهار قد تكون في الواقع انتقالاً إلى ثقب أبيض، وهو جسم كوني يقذف المادة إلى الخارج، مما يقلب الثقب الأسود رأساً على عقب فعلياً.

لفهم كيفية حدوث ذلك، يجب أولاً استيعاب مفهوم "عالم الغشاء" (braneworld). تخيل كوننا بأكم له كغشاء رقيق، أو "غشاء" (brane)، موجود ضمن فضاء أكبر خماسي الأبعاد. في بعض نسخ هذه الفكرة، يكون البعد الإضافي مكانياً، ويمكن للجاذبية أن تتسرب إليه، مما يغير كيفية تجاذب الأجسام مع بعضها البعض. أما في النموذج الذي استخدمه هؤلاء الباحثون، فإن البعد الإضافي هو بدلاً من ذلك اتجاه زمني. هذا الاختلاف الطفيف يقلب إشارة حد تصحيحي معين في المعادلات التي تحكم توسع الكون أو انكماشه. في الفيزياء القياسية، الجاذبية دائماً جاذبة، تسحب المادة معاً. وفي سيناريو عالم الغشاء هذا تحديداً، عندما تصبح المادة كثيفة للغاية، تنشأ قوة طاردة. وتنمو هذه القوة كلما زادت الك كثافة، لتعمل مثل "زنبرك كوني" يدفع بقوة ضد وزن الجاذبية الساحق.

قام الباحثون بنمذجة سحابة كروية من الغبار، وهي مجموعة بسيطة ومنتظمة من المادة بلا ضغط داخلي، تنهار تحت تأثير جاذبيتها الخاصة. في الرؤية القياسية، ستنكمش هذه السحابة إلى نقطة. ولكن في نموذجهم، لا تنكمش السحابة إلا حتى تصل إلى حجم محدد ونهائي. عند هذه النقطة، تصبح القوة الطاردة قوية بما يكفي لإيقاف الانهيار تماماً. ثم ترتد السحابة، وتتوسع مجدداً تماماً كما انكمشت. والأهم من ذلك، أن هذا الارتداد لا يحدث عند نقطة ذات كثافة لانهائية أو انحناء لانهائي. فقد حسب الباحثون أن الكثافة وانحناء الزمكان يظلان محدودين ومرتبطين بحدود طوال العملية بأكملها. لا تصل السحابة أبداً إلى حالة التفرد؛ بل تتذبذب، تنكمش وتنمو في دورة تتجنب النهاية التدميرية التي تتنبأ بها الجاذبية الكلاسيكية.

كما بحثت الدراسة فيما سيراه مراقب خارجي خلال هذه العملية. فعندما تنهار سحابة الغبار، تكون محاطة بمنطقة من الفضاء تتصرف مثل ثقب أسود، تحبس الضوء والمادة. ووجد الباحثون أنه إذا كانت السحابة ضخمة بما يكفي، فإن هذه المنطقة المحاصرة تتشكل حولها. ومع ذلك، فإن الارتداد لا يزال يحدث بأمان داخل هذه المنطقة، قبل أن تصل السحابة إلى أي تفرد. وبينما تبدأ السحابة في إعادة التوسع، فإنها لا تعود ببساطة في مسارها إلى نفس الفضاء الذي جاءت منه. بدلاً من ذلك، يقوم هندسية الزمكان بتوجيه السحابة المتوسعة عبر منطقة ثقب أبيض —وهي نسخة معكوسة زمنياً للثقب الأسود— إلى منطقة ثانية منفصلة من الكون. بالنسبة لمراقب بعيد في المنطقة الأولى، تختفي السحابة خلف أفق ثقب أسود. وبالنسبة لمراقب في المنطقة الثانية، تظهر نفس السحابة فجأة من ثقب أبيض، بعد أن مرت عبر داخل الثقب الأسود.

هذا الانتقال ليس مجرد تخمين نظري، بل هو حل رياضي مشتق من معادلات نموذج عالم الغشاء المحدد هذا. لقد حل الباحثون المعادلات بدقة، مظهرين أن مسار السحابة سلس ومستمر، دون أي انقطاعات أو لانهايات. كما أثبتوا أن شروط الطاقة المطلوبة لحدوث ذلك قد تم استيفاؤها، مما يعني أن الفيزياء تظل متسقة مع القوانين المعروفة للطاقة والمادة، رغم أن النتيجة غريبة. كتلة السحابة، كما تُرى من الخارج، تتغير خلال هذه العملية، حيث تزدة أثناء انضغاط السحابة وتنقص أثناء توسعها، لكن توازن الطاقة الإجمالي يظل محفوظاً. وتؤكد الدراسة أنه في هذا الإطار النظري المحدد، تُستبدل النهاية الكارثية لنجم منهار بارتداد سلس، وهو ارتداد كوني يربط بين جزأين مختلفين من الكون.

للنتائج تداعيات كبيرة على كيفية تفكيرنا في المصير النهائي للكون وطبيعة الثقوب السوداء. وبينما يعتمد هذا النموذج على وجود بعد إضافي زمني، وهو مفهوم لا يزال نظرياً ولم يثبت بعد، فإنه يقدم مثالاً ملموساً لكيفية قيام فيزياء الأبعاد الأعلى بحل مشكلة التفردات. فهو يوضح أن "نهاية" الثقب الأسود قد لا تكون طريقاً مسدوداً، بل بوابة. ويؤكد الباحثون أن عملهم هو عرض رياضي ضمن نموذج محدد، وأنهم لم يتطرقوا بعد إلى ما إذا كان الكون يحتوي بالفعل على مثل هذه الأبعاد الإضافية أو ما إذا كان هذا النوع المحدد من الارتداد يحدث في الطبيعة. ومع ذلك، فإن النتيجة توفر بديلاً واضحاً وغير متفرد للرؤية التقليدية للانهيار الجاذبي، مما يشير إلى أن الكون قد يمتلك وسيلة لترميم الجروح التي تسببها الجاذبية لنفسها.

في النهاية، ترسم هذه الورقة صورة لكون ليست فيه الأحداث الأكثر عنفاً هي أحداث نهائية. فالنجم المنهار لا يتلاشى في نقطة من العدم؛ بل يتحول. إنه يمر بمرحلة يكون فيها مخفياً عن الأنظار، محاصراً خلف أفق، ليعود للظهور مرة أخرى في شكل جديد، وفي مكان جديد. تُظهر رياضيات نموذج عالم الغماء هذا أن الكون يمكن أن يكون مرناً، قادراً على الارتداد من حافة الدمار. وبينما يظل واقع الأبعاد الزمنية الإضافية بحاجة إلى تأكيد، فإن احتمال أن كوننا يعمل بمثل هذه الميكانيكيات الخفية يقدم رؤية مقنعة لكون أكثر ديناميكية وترابطاً مما تخيلناه طويلاً في صورتنا الساكنة والمتفردة.