For noen dager siden, den 14. mars, forlot en av de mest fremtredende fysikerne i vår tid, Stephen Hawking denne verden. Til tross for sin alvorlige sykdom, klarte Hawking å skrive mange vitenskapelige bøker, hvorav mange ble ekte bestselgere, forble optimistiske hele livet, var en aktiv populariserer av vitenskap og ble til og med et slags popikon, takket være hans deltakelse i forskjellige underholdningsserier. Dessverre fant han på det tidspunktet hans død fortsatt ikke svar på et av de mest interessante spørsmålene, løsningen som han hadde vært veldig aktivt involvert i de siste årene: er det mulig å miste informasjonen for universet fullstendig?
I begynnelsen av sin vitenskapelige karriere, i 1974, for 44 år siden, publiserte Hawking kanskje en av sine mest berømte vitenskapelige artikler: "Black Hole Explosions?" (Eksplosjoner av sorte hull?). I den bestemte den unge forskeren seg for å bevege seg bort fra den kjente forståelsen av disse mystiske gjenstandene på den tiden og dermed faktisk tok det første viktige skrittet i å løse dette problemet.
"I klassisk forstand ble svarte hull ansett som" ideelt kalde "gjenstander, som absorberte alt rundt og ikke avgir noe. Dette er nøyaktig hva vitenskapen hadde om dem på begynnelsen av 70-tallet,”kommenterer Robert McNeiss, fysiker ved Loyola University of Chicago.
Slike sorte hull avgir ikke energi. Uansett kan rømme fra dem. Vitenskapen har sett dem som objekter som rett og slett eksisterer. Kald, stille, evig. Men Hawkings arbeid gjenopplivet dem og gjorde dem dødelige.
"På midten av 70-tallet, da Stephen studerte effekten av kvantemekanikk, oppdaget han at sorte hull i prinsippet burde avgi stråling som om de var termiske gjenstander med temperatur," fortsetter McNeiss.
"Men i dette tilfellet, hvis de kunne utstråle energi, måtte massen deres reduseres. Og siden massen deres vil avta, bør de selv redusere i størrelse, noe som igjen skulle føre til en økning i temperatur og enda mer intens stråling."
Sluttresultatet av disse prosessene bør være enten den fullstendige forsvinningen (fordampingen) av det sorte hullet, eller dets reduksjon i størrelse til et lite korn. I mangel av et egnet verktøy som gjør det mulig å kombinere ideene om generell relativitet og kvantemekanikk i teorien om "kvantetyngdekraft" for å bygge en såkalt "teori om alt" som beskriver alle kjente grunnleggende interaksjoner, forstår det endelige stadiet av denne "fordampningen" av et svart hull et fullstendig mysterium for vitenskap til i dag.
Problemet er at ifølge Hawkings beregninger, bør denne strålingen være ideell termisk. Det skal ikke inneholde informasjon om tilstanden til saken som dette sorte hullet ble dannet fra, og dette er i strid med en av de grunnleggende lovene i kvantemekanikk, sier McNeiss.
Salgsfremmende video:
Et av kravene til kvantefysikk er evnen til å isolere hver tilstand av en partikkel (fortid, nåtid og fremtid), samt å bestemme forholdet mellom disse tilstandene gjennom en serie kjede-, årsaks- og sannsynlighetshendelser. Men hvis et svart hull er i stand til å frigjøre en udifferensiert suppe av partikler, som hver har sin egen informasjon (sin historie), uopprettelig slettet (etter neddykking), vil derfor denne situasjonen motsi de grunnleggende postulatene i kvantemekanikken.
“Fysikere kaller dette informasjonsparadokset med sorte hull. Å løse denne motsetningen er et nødvendig skritt mot å bygge kvantetyngdekraft, sier Maxis.
Mange biografiske publikasjoner hevder at Hawking hadde etablert seg som en meget erfaren fysiker innen 1974, og etter utgivelsen av hans mest populære bok, A Brief History of Time, i 1988, var hans viktigste vitenskapelige arbeider i fortiden. Imidlertid fortsatte forskeren hele denne tiden å publisere veldig vågale og kontroversielle vitenskapelige arbeider, og prøvde å overvinne paradokset, som han møtte flere tiår tidligere.
Det kanskje dramatiske, så å si, arbeidet i Hawkks senere karriere var en vitenskapelig artikkel der han argumenterte for at sorte hull i deres "klassiske" forstand ikke eksisterte i det hele tatt.
I sin Conservation and Weather Prediction for Black Holes fra 2014 foreslo han at hendelseshorisonten - det punktet som en gjenstand (til og med lys) ikke kan slippe unna å bli trukket inn i et svart hull - ikke virkelig eksisterer. … I følge Hawking er det en "tilsynelatende horisont" - en overflate som stråling som slipper ut fra sentrum av det sorte hullet bare blir forsinket. I motsetning til den klassiske hendelseshorisonten, kan den "tilsynelatende" man forsvinne på et tidspunkt, og det som var i det sorte hullet kan komme ut.
Fraværet av en hendelseshorisont betyr at det ikke er sorte hull som gjenstander som stråling aldri kan unnslippe fra, skrev Hawking den gangen.
Han prøvde å presentere ideen sin gjennom et tidligere konsept om den såkalte "brannmuren" av sorte hull, foreslått i 2012 av den amerikanske fysikeren Joseph Polchinski. I henhold til denne ideen, i stedet for en begivenhetshorisont, har sorte hull en slags "vegg", en grense som består av høyt energipartikler og strålingsstrømmer som blokkerer alt som faller bak den. Denne grensen er som et fengsel, bare midlertidig. Forskeren beskrev ikke årsakene til at den tilsynelatende horisonten kunne forsvinne, men fysiker Don Page fra det kanadiske universitetet i Alberta antydet da at dette kunne skje når et svart hull på grunn av Hawking-stråling blir så lite at gravitasjons- og kvanteeffekter blir utskillbare.
Men det var ikke Hawkings siste ord om saken. I 2016 var han forfatter forfatter med Cambridge University-fysiker Malcolm Perry og Harvard-fysiker Andrew Strominger, og publiserte en artikkel med tittelen Soft Hair on Black Holes.
I denne artikkelen skrev forskerteamet at svarte hull er omgitt av det såkalte "myke håret" - fotoner med nesten null energi. Ved å legge slike partikler til ligningene som beskrev sorte hulls oppførsel, oppdaget Hawking og hans kolleger at disse fotonene ville fungere som informasjonsbærere, som ville registrere data om noen av egenskapene til partikler "spist" av det sorte hullet. Det vil være ekstremt vanskelig å hente ut informasjon fra dem, selv om det er mulig å finne en måte å samhandle med disse fotonene - forfatterne av artikkelen sammenlignet dette med oppgaven med å finne ut hva som brant opp i en brann, se på røyk og flammer.
Konsekvensen av eksistensen av disse fotonene vil være at i stedet for en tydelig linje i hendelseshorisonten, vil det sorte hullet ha et særegent sett med "hår" av "myke fotoner", som på en holografisk plate vil en del av informasjonen om de absorberte partiklene bli registrert. Denne typen "skjerm" vil oppdatere innholdet hver gang det sorte hullet avgir en annen del av Hawking-stråling, noe som vil komplisere studien ytterligere. Likevel konkluderte Hawking og kollegene med at en slik ide ville tillate å løse informasjonsparadokset, uten å ty til fantastiske og usannsynlige antagelser og avvik fra moderne fysiske teorier.
"En fullstendig beskrivelse av den holografiske platen og oppløsningen av informasjonsparadokset er fortsatt et åpent spørsmål, for løsningen som vi har gitt nye og mer spesifikke verktøy," skrev forskerne i sine konklusjoner.
Selv mot slutten av livet forble Hawking en veldig hardtarbeidende og hardtarbeidende forsker, og foreslo ideer som både ble akseptert og avvist av kollegene.
”Det ser ut til at arbeidet i 2014 ikke fikk stor popularitet. Samtidig er arbeidet hans, som ble skrevet i 2016 med Perry og Strominger, et område der folk fortsatt jobber aktivt, sier McNeiss.
“Informasjonsparadokset med sorte hull er et av de definerende problemene som trenger en løsning for de som jobber med teorien om kvantetyngdekraften. Det er fremdeles ikke løst, men det er, etter min mening, det mest interessante spørsmålet som Hawking har reist,”la til
Nikolay Khizhnyak