داگلاس استنفورد جوان فیزیکدان نظری دانشگاه استنفورد در اعماق بی‌نظم ترین سیستم طبیعت یعنی سیاه چاله ها بدنبال ناساگاری‌های موجود در فیزیک می‌گردد، این کاوش ممکن است او و همراهانش را به نظریه‌گرانش جدیدی هدایت کند که مسیر علم را تغییر می‌دهد. بیایید در دیپ لوک با آنها همراه شویم…
داگلاس استنفورد علاقه به سیاه چاله ها را در کودکی خود و مکانی غیرمعمول ریشه‌یابی می‌کند: یک قایق; داگلاس در سن ۱۰ سالگی همراه خانواده و دو خواهرش به مدت ۵ سال دور دنیا سفر کرد. او معتقد است قایق‌ها شبیه آزمایشگاه‌های فیزیک هستند: هدایت قایق در مسیر درست نیازمند ایجاد تعادل بین نیرو‌های آب و باد است. در قایق شما می‌توانید قوانین ساده فیزیک و تاثیرات آنها را مشاهده کنید. امروز داگلاس ۳۱ ساله آماده است تا دانش فیزیک خود را برای کشف مفاهیم انتزاعی بیشتری به کار برد، مفاهیمی چون سیاه چاله ها آشوب و مکانیک کوانتومی.
کار او برای یک فیزیکدان نظری در موسسه مطالعات پیشرفته پرینستون بینش جدیدی را ارائه داده که از جمله نتایج آن می‌توان به این موضوع اشاره کرد که سیاه‌چاله‌ها در نوک قله آشوب ایستاده‌اند و هیچ چیز نمی‌تواند در میزان بی‌نظمی با آنها رقابت کند. این مکاشفه باعث می‌شود اقرار کنیم سیاه‌چاله‌ها یکی از عجیب‌ترین مفاهیم موجود در طبیعت‌اند و مهم‌تر از آن ممکن است این کشف به جستجوی یک نظریه گرانشی جدید منتهی شود.
در سیستم‌های آشوبناک، پرتاب یک ذره کوچک به درون سیاه‌چاله ممکن است اثرات آبشاری داشته باشد که باعث تشدید در نتیجه می‌شود. معروف‌ترین مثال در این زمینه یک سناریو فرضی است که اذعان می‌دارد یک بار بال‌زدن پروانه در نقطه‌ای خاص و ایجاد یک تغییر کوچک در جریان هوا باعث بوجود آمدن طوفان در نقطه دیگری از کره زمین می‌شود. استنفورد و فیزیکدان نظری دیگری به نام استیون شنکر (Stephen Shenker) از طریق محاسبات نشان دادند که سیاه چاله ها در سطح کوانتومی نیز رفتاری مشابه رفتار سیستم‌های آشوبناک از خود نشان می دهند (تغییرات به ظاهر ناچیزی که دارای اثرات بالنی هستند). رفتار سیاه چاله ها به قدری حساس است که کوچک‌ترین تغییرات همانند افتادن یک ذره از لبه پرتگاه به دره می‌تواند رفتار یک سیاه چاله را به کلی تغییر دهد.
کلید اساسی درک این بی‌نظمی این است که بر خلاف تصورات عامیانه، سیاه‌چاله‌ها کاملا سیاه نیستند. این غول‌های کیهانی، غباری از ذرات را پراکنده می‌کنند که حاصل جفت ذره های کوانتومی است که در عرصه هستی به طور مداوم بین هستی و نیستی، در حال تناوب هستند، هنگامی که این اتفاق در لبه سیاه چاله ها می‌افتد، برخی از ذرات می‌توانند بگریزند، این فرار منجر به تولید تابشی می‌شود که به تابش هاوکینگ معروف است. تحقیق و کاوش استنفورد و شنکر در زمینه تابش هاوکینگ، منجر به شناخت طبیعت آشوبی سیاه‌چاله‌ها شد. این پژوهش در سال ۲۰۱۴ در مجله فیزیک انرژی‌های بالا منتشر شد.
تصور کنید یک تک الکترون را به‌درون یک سیاه چاله پرتاب می‌کنید، این تغییری کوچک برای تاثیری بزرگ است (ذره‌ای بسیار کوچک در مقابل سیاه‌چاله‌ای بسیار بزرگ)، اما این تغییرات کوچک باعث دگرگونی و پراکنده شدن تابش هاوکینگ سیاه چاله می‌شود. درست مثل اینکه پروانه‌ای بال بزند و قایقی بادبانی را در دوردست‌ها هدایت کند.
اضافه کردن یک ذره به سیاه چاله باعث می‌شود عمق آن افزایش پیدا کرده از طرفی افق رویداد گسترش یابد. افق رویداد به مرز داخلی سیاه چاله گفته می‌شود که هیچ چیز توانایی گریز از آن را ندارد. اگر تابش هاوکینگ در صورتی غیر از حالت ذکر شده منتشر شود در داخل سیاه چاله گسترش می‌یابد و از آن خارج نمی‌شود. استنفورد این ایده را یک گام دیگر به جلو برد و در سال ۲۰۱۶ در مجله فیزیک انرژی‌های بالا به همراه شنکر و خوان مارتین مالداسنا (Juan Martín Maldacena) از مرکز مطالعات پیشرفته بوسیله محاسبات و بصورت نظری نشان داد که می‌توان پیامد‌های پرتاب یک ذره کوچک درون یک سیاه چاله را بصورت فیزیکی نشان داد: این پرتاب باعث می شود سیاه چاله به بی‌نظم ترین سیستمی بدل شود که قوانین طبیعت اجازه می‌دهند وجود داشته باشد.
رافائل بوسو فیزیکدان نظری دانشگاه کالیفرنیا که خود یکی از بزرگترین دانشمندان در زمینه تابش های کوانتمی و نظریه ریسمان است، درباره‌ی استنفورد می‌گوید:
او یک متفکر ژرف‌اندیش و یک محاسبه‌گر تواناست؛ ترکیبی که تنها در بهترین فیزیکدان‌ها یافت می‌شود. استنفورد با وجود سن کم خود توانسته است کرسی استادی دانشگاه استنفورد را بدست آورد. داگلاس باعث شده من دوباره احساس دانشجو بودن داشته باشم، او اشتباهات مرا تصحیح کرده و به من ایده‌های بسیار خوبی می‌دهد.
استنفورد و همکارانش امیدوارند با درک ارتباط بین ذرات کوچک و سیاه چاله های غول‌پیکر، با یک تناقض پیچیده بین دو نظریه مهم فیزیک مواجه شوند: هدف نهایی این است که نظریه‌‌ی گرانش کوانتومی با تعامل بین دو نظریه مکانیک کوانتومی و نسبیت عام ارائه شود، ناسازگاری‌های این بین ناشی از وجود اشتباهی بزرگ در قلب فیزیک است. ایده‌های جدید استنفورد در مورد سیاه چاله ها می‌تواند برای یافتن راه‌حل مناسب به دانشمندان کمک شایانی کند. شنکر در این باره می‌گوید:
ممکن است استنفورد یکی از معدود افرادی باشد که واقعا مسیر علم را تغییر خواهد داد، حال باید منتظر ماند و دید آیا حق با اوست یا خیر.
