Teoretiske fysikere Stephen Hawking, Malcolm Perry og Andrew Strominger har foreslått en løsning på paradokset om tap av informasjon i sorte hull. Dette problemet blir av mange forskere ansett for å være et av de viktigste i fysikken, siden det er assosiert med verdens determinisme - hvordan fortid, nåtid og fremtid påvirker hverandre. "Lenta.ru" forteller detaljene i studien.
Essensen av problemet med informasjonsparadokset med sorte hull er som følger. I følge den enkleste versjonen av teoremet uten hår, er ikke-ladede og ikke-roterende sorte hull beskrevet i Schwarzschild romtid preget av bare en parameter - masse. Ordet "hår" i dette tilfellet brukes som metafor for andre parametere og ble foreslått av fysikeren John Wheeler.
Paradokset betyr at det ikke er noen måte å fortelle sorte hull med like masser bortsett fra hverandre. Materiale som kommer inn i det sorte hullet fordamper deretter på grunn av Hawking-stråling, og det er uklart hva som skjer med informasjonen den tidligere hadde. Grovt sett kan dette bety, som Strominger påpekte i et intervju med redaktør Seth Fletcher for Scientific American, verden er ubestemmelig: nåtiden definerer ikke fremtiden og kan ikke brukes til å rekonstruere fortiden fullstendig.
Hawking kunngjorde først det nye funnet 25. august 2015, og holdt tale på en konferanse på Royal Institute of Technology i Stockholm. Så fascinerte han det vitenskapelige samfunnet med en kommende artikkel viet til å løse black hole-paradokset. "Informasjon lagres ikke inne, som man kunne forvente, men i hendelseshorisonten til et svart hull," sa forskeren den gangen. Han nevnte også supersendingene som ble brukt av forfatterne i arbeidet (mer om dem nedenfor), forskningen som Strominger inspirerte Hawking til å skrive artikkelen. "Ideen er at supersendinger er et hologram av fallende partikler," sa Hawking. "De inneholder all informasjon som ellers kan ha gått tapt." Forskeren snakket også om utsiktene for å bruke informasjon fra sorte hull. "For alle praktiske formål går informasjon tapt," sa Hawking. I følge han,sorte hull returnerer informasjon i en "kaotisk og ubrukelig form."
I sitt foredrag en dag tidligere, 24. august, snakket Hawking om sorte hull som tunneler til andre universer. “Hvis et svart hull er stort nok og roterer, kan det være en bro til et annet univers. Men etter å ha gått gjennom den, vil du ikke komme tilbake til vår,”sa fysikeren. Hawking presenterte ideene sine på konferansen 3. september i et fortrykk på nettstedet arXiv.org. Hawkings verk selv, medforfatter av Perry og Strominger, ble utgitt der 5. januar 2016.
Malcolm Perry, Andrew Strominger og Stephen Hawking (venstre til høyre)
Foto: Anna N. Zytkow / scientameramerican.com
Tidligere (siden midten av 1970-tallet) mente Hawking at informasjon ikke lagres i sorte hull. I denne saken, i 1997, inngikk han og Kip Thorne et spill med den amerikanske teoretiske fysikeren John Preskill. Hawkings syn på informasjonsparadokset om svart hull har endret seg med fremskritt innen strengteori.
Salgsfremmende video:
I 1996, innenfor rammen av strengteori, demonstrerte Strominger og Kumrun Wafa avledningen av et uttrykk for entropien av svarte hull, først oppnådd termodynamisk av den israelske fysikeren Jacob Bekenstein i 1973. Konklusjonen deres indikerer at fordampning av sorte hull bevarer kvantemekanikkens unitaritet (forbundet med en jevn tolkning av sannsynlighet), som Hawking tidligere stilte spørsmål ved.
I et arbeid publisert i 2005 prøvde den britiske forskeren å kvalitativt forklare bevaring av informasjon i et svart hull ved å bruke den funksjonelle integrerte teknikken overtatt et rom med en triviell topologi. De samme resultatene fulgte av ideen om AdS / CFT-korrespondansen som ble foreslått i 1998 av Juan Maldacena innenfor rammen av strengteori. Det er på sin side basert på det holografiske prinsippet som ble foreslått i 1993 av den nederlandske teoretiske fysikeren Gerard t'Hooft (denne forskeren publiserte en forhåndsutskrift 5. september 2015 med en alternativ måte å lagre informasjon ved et svart hull).
I det nye arbeidet bygger forskerne på forskning fra 1960-tallet. Da foreslo fysikere Steven Weinberg og andre konseptet superoversettelser (de skulle ikke forveksles med begrepet med samme navn som ble brukt i supermatematikk). I tillegg brukte forfatterne resultatene fra Strominger og medforfattere, hvorfra det fulgte at det sorte hullet har såkalt mykt hår. Strominger brukte myke fotoner kjent fra kvanteelektrodynamikk - kvanta av elektromagnetisk stråling med lange bølgelengder som ble brukt i renormaliseringer (prosedyrer for å eliminere avvik i kvantefeltteorien). Slike partikler har lav energi og fører, når de beskriver vakuumtilstanden (med den laveste energien), til utseendet til en ny kvantetilstand preget av vinkelmomentum (siden fotonet har en).
Strominger ble interessert i spørsmålet om systemets opprinnelige kvantetilstand ville være annerledes enn den neste hvis vi satte fotonbølgelengden til å være uendelig (det vil si å telle energien som null). Beregninger har vist at kvantetilstanden til systemet vil endre seg i dette tilfellet. Myke gravitoner og fotoner i grensen for uendelig bølgelengde eksisterer ved grensene for rom-tid. Brukt på sorte hull viser det seg at myke partikler er lokalisert i hendelseshorisonten - et tredimensjonalt hologram av et firedimensjonalt rom-tidshull.
Når de snakker om supersendinger, mener forskere transformasjoner av identiske lysstråler som finnes i det svarte hullets begivenhetshorisont. På 1960-tallet ble superoversettelser brukt for å beskrive lysstråler ved uendelig i romtiden, snarere enn begivenhetshorisonten til sorte hull. Strominger forklarte ideen om superkringkasting ved å bruke eksemplet på en samling uendelig lange og identiske sugerør. Hvis en av dem blir flyttet opp eller ned i forhold til de andre, kan en slik bevegelse betraktes som ekte? Forskere fra forskere har gitt et positivt svar på dette spørsmålet.
Gerard t'Hooft og Stephen Hawking
Foto: Håkan Lindgren / kth.se
“Hvis du sammenligner to sorte hull som bare skiller seg i tillegg til et mykt foton som ikke skifter energi, får du forskjellige sorte hull. Og så lar du dem fordampe. I dette tilfellet må de fordampe til noe annet fra hverandre. Vi gir den nøyaktige formelen, som er et av hovedresultatene i vårt arbeid, og beskriver forskjellene i kvantetilstanden til et svart hull, som et mykt foton ble til eller ikke ble lagt til,”sa Strominger til Scientific American.
Fysikeren bemerket at han i løpet av forskningen var i stand til å formulere 35 lovende problemer, hvor løsningen av hver av dem kan ta opptil flere måneder. "Hvis vi har alle ingrediensene for å forstå kvantedynamikken i svarte hull, gjør det det mulig å telle antall holografiske piksler," sa han. I fremtiden skal Strominger og medforfattere studere ikke superoversettelser, men superrotasjoner. Ved å bruke analogien med identiske uendelig lange stråer, kan vi si at i dette tilfellet bytter sistnevnte steder med hverandre (det ene strået roterer rundt det andre).
"De (superrotasjoner) er en annen type symmetri i uendelig, der du ikke bare beveger lysstrålene opp og ned, men du lar dem bevege seg i forhold til hverandre," sa Strominger. Forskere begynte å studere slike transformasjoner for omtrent ti år siden, og fremskritt med å forstå dem er oppnådd først i løpet av de to siste årene. Hawking, som feiret 74-årsjubileum 8. januar, vil presentere sin visjon om sitt nye arbeid i forelesninger som sendes 26. januar og 2. februar av BBC Radio 4.
Andrey Borisov
