Najsłynniejszy żyjący fizyk zaproponował nowy sposób rozwiązania jednej z najbardziej kłopotliwych zagadek we współczesnej fizyce: czy czarna dziura może usunąć informacje z wszechświata? Według Stephena Hawkinga i jego współpracowników odpowiedź może być przecząca - jeśli dasz czarnym dziurom bujną głowę.
powiązana zawartość
- Escape From the Black Hole's Abyss!
- Czy astronauci przetrwaliby podróż międzygwiezdną przez tunel czasoprzestrzenny?
„To, czy jest to ostateczna odpowiedź, jest dla nas całkowicie niejasne” - mówi współautor Malcolm Perry, fizyk teoretyczny z University of Cambridge. „Mówimy, że to krok w dalszą drogę”.
Najbardziej podstawowy opis czarnej dziury mówi, że to, co wchodzi, nigdy nie wychodzi. Oparta na ogólnej teorii względności Einsteina, która opisuje wpływ grawitacji na kosmos, czarna dziura jest tak masywna, że wszystko, co przekracza jej krawędź lub horyzont zdarzeń, zostaje wciągnięte i utracone na zawsze, nawet światło.
W latach 70. Hawking odkrył, że same czarne dziury mogą zniknąć. Dzięki prognozom mechaniki kwantowej fizycy uważają, że przestrzeń nie jest próżnią, lecz jest wypełniona tak zwanymi wirtualnymi cząsteczkami, które mrugają i znikają. Cząstki te pojawiają się w parach, które są skazane na anihilację, gdy tylko zetkną się ze sobą. Ale jeśli para pojawi się po obu stronach horyzontu zdarzeń czarnej dziury, jedna zostanie połknięta, a druga promieniuje w przestrzeń.
Uciekające promieniowanie kradnie energię z czarnej dziury podczas jej odejścia, dzięki czemu czarna dziura traci z czasem masę. W końcu wyparowuje z istnienia. Według obliczeń Hawkinga, utrzymujące się promieniowanie - jedyny ślad znikającej czarnej dziury - nie zawiera żadnych użytecznych informacji o tym, jak powstała czarna dziura i co zjadła.
Jest to problem dla fizyków, którzy chcą połączyć teorię względności z mechaniką kwantową, co zdaniem większości ekspertów zabrania utraty informacji. Zniszcz encyklopedię, spal ją lub zgub do zadziwiająco silnej grawitacji czarnej dziury, a jej pozostałości zawsze muszą zawierać wskazówki, które teoretycznie pozwalają na przewinięcie taśmy i poznanie jej oryginalnej zawartości.
W poszukiwaniu tej odwracalności Hawking powrócił do swoich pierwotnych obliczeń. Kiedy proponował promieniowanie czarnej dziury, twierdzenia matematyczne malowały czarne dziury jako dość pozbawione cech bytu, patrząc z zewnątrz. Wszystko, co można było zmierzyć, to łączna masa i ładunek czarnej dziury, a także szybkość jej wirowania.
Nowa praca, opublikowana online w tym tygodniu na stronie przedrukowej arxiv.org, zapewnia kosmicznemu potworowi dodatkowe wyróżniające cechy znane jako „włosy”, w tym przypadku drobne zmiany próżni poza horyzontem wydarzeń.
„Pokazujemy, że jeśli rzucisz coś w czarną dziurę we właściwy sposób, możesz wszczepić włosy”, mówi fizyk teoretyczny Andrew Strominger z Harvard University. On i jego koledzy ilustrują to naładowanymi cząsteczkami.
Podobnie jak energia, ładunku elektrycznego nie można wytworzyć ani zniszczyć. Ponieważ ładunek musi być zachowany we wszechświecie, Hawking i jego współautorzy sugerują, że naładowane cząstki przekraczające horyzont zdarzeń mogą pozostawić same ślady w przestrzeni w postaci dziwnych cząstek światła, zwanych miękkimi fotonami, które nie mają energii. Te dziwne fotony zmieniają próżnię czasoprzestrzeni i pozwalają jej zachować informacje o oryginalnych cząsteczkach.
Hawking i jego koledzy sugerują, że zmieniona próżnia może przechowywać informacje o trójwymiarowych obiektach na powierzchni czarnej dziury, w taki sam sposób, w jaki hologram działa jak trójwymiarowa reprezentacja płaskiego obrazu.
„To, czy pozwala na to matematyka ogólnej teorii względności, jest dość subtelne” - mówi Lee Smolin, fizyk teoretyczny z Perimeter Institute for Theoretical Physics. Smolin zamiast tego preferuje wyjaśnienia kwantowe czarnych dziur w oparciu o ich centra zamiast krawędzi, dodając, że będzie szukał innych ekspertów, aby sprawdzić matematykę na nowym papierze.
Nikt jeszcze nie zgłosił błędu w obliczeniach, ale zaczęły pojawiać się obawy, że teoria jest co najwyżej niekompletna. Sabine Hossenfelder z Nordyckiego Instytutu Fizyki Teoretycznej zastanawia się, ile informacji może zaproponować proponowane miękkie włosy. Zwraca także uwagę, że w artykule nie wyjaśniono, w jaki sposób włosy, które zniknęłyby wraz z czarną dziurą po wyparowaniu, przekazywałyby swoje informacje na pozostałe promieniowanie.
„Wcale nie jestem przekonany, że nowy pomysł zaproponowany przez Hawkinga, Perry i Stromingera rozwiązuje problem utraty informacji”, pisze na blogu Backreaction. „Ale wydaje się, że jest to interesująca droga, którą warto zbadać. I jestem pewien, że zobaczymy dalsze badania. ”
