GryNowości

Paradoks informacji o czarnej dziurze dobiega końca

W serii spośród przełomowych prac fizycy teoretyczni byli kusząco blisko rozwiązania paradoksu informacji o czarnej dziurze, który fascynował ich i nękał przez prawie 50 lat. Informacje, jak teraz mówią z przekonaniem, wymykają się czarnej dziurze. Jeśli wskoczysz do jednego, nie znikniesz na dobre. Cząsteczka po cząsteczce, informacje potrzebne do odtworzenia twojego ciała będą się pojawiać. Większość fizyków od dawna zakładała, że ​​tak się stanie; taki był rezultat teorii strun, ich głównego kandydata na jednolitą teorię przyrody. Ale nowe obliczenia, choć zainspirowane teorią strun, są niezależne od siebie i nie widać żadnej struny. Informacja wydostaje się dzięki działaniu samej grawitacji – po prostu zwykłej grawitacji z pojedynczą warstwą efektów kwantowych.

Oryginalna historia przedrukowana za zgodą Quanta Magazine, niezależna od redakcji publikacja Fundacji Simonsa, której misją jest zwiększanie zrozumienia nauki przez społeczeństwo poprzez omawianie postępów badawczych i trendów w matematyce oraz naukach fizycznych i przyrodniczych.

Jest to szczególna zmiana roli grawitacji. Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina grawitacja czarnej dziury jest tak intensywna, że ​​nic nie może jej uciec. Bardziej wyrafinowane rozumienie czarnych dziur opracowane przez Stephena Hawkinga i jego współpracowników w latach siedemdziesiątych XX wieku nie kwestionowało tej zasady. Hawking i inni starali się opisać materię w czarnych dziurach i wokół nich za pomocą teorii kwantowej, ale nadal opisywali grawitację za pomocą klasycznej teorii Einsteina – podejścia hybrydowego, które fizycy nazywają „półklasycznym”. Chociaż podejście przewidywało nowe efekty na obwodzie otworu, wnętrze pozostało ściśle uszczelnione. Fizycy doszli do wniosku, że Hawking przybrał półklasyczne obliczenia. Każdy dalszy postęp musiałby również traktować grawitację jako kwantową.

O tym spierają się autorzy nowych badań. Odkryli dodatkowe efekty półklasyczne – nowe konfiguracje grawitacyjne, na które zezwala teoria Einsteina, ale których Hawking nie uwzględnił. Początkowo wyciszone, efekty te dominują, gdy czarna dziura staje się bardzo stara. Dziura przekształca się z pustelniczego królestwa w energicznie otwarty system. Nie tylko informacje się rozlewają, ale wszystko, co się pojawi, jest zwracane niemal natychmiast. Zrewidowana teoria półklasyczna nie wyjaśniła jeszcze, w jaki sposób dokładnie wydostają się informacje, ale w ciągu ostatnich dwóch lat odkrywano w takim tempie, że teoretycy mają już wskazówki dotyczące mechanizmu ucieczki.

„Myślę, że to najbardziej ekscytująca rzecz, jaka wydarzyła się w tym temacie od czasu Hawkinga” – powiedział jeden ze współautorów, Donald Marolf z UC Santa Barbara.

„To przełomowe obliczenia” – powiedziała Eva Silverstein z Uniwersytetu Stanforda, czołowa fizyk teoretyczna, która nie była bezpośrednio zaangażowana.

Można by oczekiwać, że autorzy będą świętować, ale mówią, że również czują się zawiedzeni. Gdyby obliczenia obejmowały raczej głębokie cechy grawitacji kwantowej, a nie lekkie pylenie, mogłoby to być jeszcze trudniejsze do wykonania, ale kiedy to zostało wykonane, oświetliłby te głębiny. Martwią się więc, że mogli rozwiązać ten jeden problem bez osiągnięcia szerszego rozwiązania, którego szukali. „Nadzieja była taka, że ​​gdybyśmy mogli odpowiedzieć na to pytanie – gdybyśmy mogli zobaczyć wypływające informacje – aby to zrobić, musielibyśmy poznać teorię mikroskopii” – powiedział Geoff Penington z UC Berkeley, nawiązując do w pełni kwantowej teoria grawitacji.

To wszystko oznacza, że ​​jest przedmiotem intensywnej debaty podczas rozmów i webinarów Zoom. Praca jest wysoce matematyczna i ma cechy Rube Goldberga, łącząc jedną sztuczkę obliczeniową za drugą w sposób trudny do zinterpretowania. Tunele czasoprzestrzenne, zasada holograficzna, wyłaniająca się czasoprzestrzeń, splątanie kwantowe, komputery kwantowe: prawie każda koncepcja fizyki fundamentalnej pojawia się w dzisiejszych czasach, czyniąc temat zarówno urzekającym, jak i zagmatwanym.

I nie wszyscy są przekonani. Niektórzy nadal uważają, że Hawking miał rację i że teoria strun lub inna nowatorska fizyka musi wejść w grę, jeśli informacja ma uciec. „Jestem bardzo odporny na ludzi, którzy przychodzą i mówią:„ Mam rozwiązanie tylko w dziedzinie mechaniki kwantowej i grawitacji ”- powiedział Nick Warner z University of Southern California. „Ponieważ wcześniej kręciło nas to w kółko”.

Ale wydaje się, że prawie wszyscy zgadzają się co do jednego. W taki czy inny sposób sama czasoprzestrzeń wydaje się rozpadać w czarnej dziurze, co sugeruje, że czasoprzestrzeń nie jest podstawowym poziomem rzeczywistości, ale wyłaniającą się strukturą z czegoś głębszego. Chociaż Einstein pojmował grawitację jako geometrię czasoprzestrzeni, jego teoria pociąga za sobą również rozpuszczenie czasoprzestrzeni, co ostatecznie jest powodem, dla którego informacja może uciec z jej grawitacyjnego więzienia.

Krzywa staje się kluczem

W 1992 roku Don Page i jego rodzina spędzili wakacje w domu w Pasadenie, ciesząc się basenem i oglądając Paradę Róż. Page, fizyk z University of Alberta w Kanadzie, również wykorzystał tę przerwę, aby pomyśleć o tym, jak naprawdę paradoksalne są czarne dziury. Jego pierwsze badania nad czarnymi dziurami, kiedy był absolwentem w latach 70., były kluczem do zrozumienia przez jego doradcę Stephena Hawkinga, że ​​czarne dziury emitują promieniowanie – wynik losowych procesów kwantowych na krawędzi dziury. Mówiąc prościej, czarna dziura gnije od zewnątrz do środka.

Don Page na University of Alberta w 2017 roku.: John Ulan / University of Alberta

Wydaje się, że cząsteczki, które wydziela, nie zawierają żadnych informacji o zawartości wnętrza. Jeśli do środka wpadnie 100-kilogramowy astronauta, dziura powiększa się o 100 kilogramów. Jednak kiedy dziura emituje równowartość 100 kilogramów promieniowania, promieniowanie to jest całkowicie nieustrukturyzowane. Nic w tym promieniowaniu nie ujawnia, czy pochodziło od astronauty, czy kawałka ołowiu.

Zostaw komentarz

Maciek Luboński
Z wykształcenia jestem kucharzem , ale to nie przeszkadza mi pisać dla Was tekstów z wielu ciekawych dziedzin , których sam jestem fanem.Piszę dużo i często nie na tak jak trzeba , ale co z tego skoro tak naprawdę liczy się pasja.

Najlepsze recenzje

Video

gallery

Facebook