I epoken med "big data" begynner menneskeheten å generere enorme mengder informasjon. Og hvor kan den akkumulerte kunnskapen om supersivilisasjon lagres?
Noen ganger skylder bemerkelsesverdige funn opphavet til vanlig … skravling. Dette viste seg å være et resultat av en samtale mellom den amerikanske fysikeren John Wheeler og hans doktorgradsstudent Jacob Bekenstein i 1970. Ved å blande varm te med kald te, framholder Wheeler, produserer en væske med en mellomtemperatur. Vannmolekylers termiske bevegelse er kaotisk, og graden av dette kaoset øker med økende temperatur. For å måle tilfeldighet brukes en spesiell mengde - entropi. Entropien til to skjenkede kopper te vil være større enn summen av entropiene til de varme og kalde koppene. Som et resultat vil universets totale entropi også øke, slik det kreves av termodynamikkens andre lov. Hva skjer imidlertid hvis du kaster en kopp te-blanding i et svart hull? Faktisk vil verdensentropien til og med avta, siden den tidligere transportøren vil forsvinne fullstendig for omverdenen. Og i dette tilfellet er termodynamikkens andre lov brutt.
Redd universet
Bekenstein prøvde å krangle og viste to år senere at den ytre grensen (horisonten) av det sorte hullet oppfører seg som en oppvarmet svart kropp. Derfor kan et hull tildeles en ikke-temperatur og derfor en viss entropi, om enn en veldig særegen temperatur. En vanlig kropps entropi er proporsjonal med volumet, mens entropien til et svart hull er proporsjonalt med området for horisonten, det vil si radiusens firkant. På den annen side er horisontens radius proporsjonal med hullets masse. Hvis hullet svelger noen materiell gjenstand, vil massen øke, noe som vil øke radius og følgelig entropien. I Wheelers tilfelle ville den tilførte entropien til hullet langt overstige økningen i entropi etter blanding av varm og kald te. Denne konklusjonen er frelst ved termodynamikkens andre lov.
Georgy Dvali, professor i teoretisk fysikk ved universitetene i New York og München. “Plassen inne i det sorte hullet er slett ikke tomt. Det er fylt med gravitoner - kvanta av gravitasjonsfeltet. For et hull med solmasse er tallet 1077 - dette er bare tusen ganger mindre enn det totale antallet atomer i den observerbare delen av universet. Alle gravitonene er i en tilstand med lavest mulig energi og utgjør derfor et enkelt kvantesystem, analogt med Bose-Einstein-kondensatet. Når et hull absorberer en gjenstand, blir vibrasjoner begeistret i gravitonkondensatet, avhengig av strukturen til det absorberte objektet. Som et resultat blir informasjonen som bringes inn i hullet ganske enkelt skrevet om på nye medier, og det oppstår ikke noe paradoks."
“Plassen inne i det sorte hullet er slett ikke tomt. Det er fylt med gravitoner - kvanta av gravitasjonsfeltet. For et hull med solmasse er antallet 1077 - dette er bare tusen ganger mindre enn det totale antallet atomer i den observerbare delen av universet. Alle gravitonene er i en tilstand med lavest mulig energi og utgjør derfor et enkelt kvantesystem, analogt med Bose-Einstein-kondensatet. Når et hull absorberer en gjenstand, blir vibrasjoner begeistret i gravitonkondensatet, avhengig av strukturen til det absorberte objektet. Som et resultat blir informasjonen som bringes inn i hullet ganske enkelt skrevet om på nye medier, og det oppstår ikke noe paradoks."
Salgsfremmende video:
Klassikere og kvanta
Eksistensen av sorte hull ble opprinnelig spådd basert på Einsteins gravitasjonsteori, som ignorerer kvanteeffekter. Bekenstein og Hawking brukte kvantefysikk for å analysere prosesser nær svart hullhorisonten, og løste Wheeler-puslespillet. Imidlertid dukket det opp et nytt paradoks som påvirket selve grunnlaget for kvantemekanikken. La hullet svelge en gjenstand med en viss struktur (og strukturen har informasjon). Hullet gjør denne gjenstanden til termisk stråling, som ikke inneholder informasjon. Det vil si at informasjon forsvinner, som er i strid med kvantepostulater. Informasjonsparadokset med sorte hull ble først realisert på midten av 1970-tallet. På slutten av 1990-tallet arbeidet berømte forskere som Stephen Hawking, Kip Thorne og John Preskill med dette emnet. Men selv etter opphetede diskusjoner, forble spørsmålet om ødeleggelse av informasjon i et svart hull åpent. Imidlertid er det faktisk ikke noe paradoks. I alle fall er dette meningen til professoren i teoretisk fysikk ved New York og München universiteter Georgy Dvali og hans kollega i Madrid Caesar Gomez. Sammen med studentene bygde de en mikroskopisk modell for informasjonslagring i de svarte hullene i verden vår. Det kan se ut til at informasjonen som er låst i hullet går tapt for omverdenen, og i denne forstand fortsetter paradokset. Av teorien om Dvali og Gomez følger det imidlertid at dette ikke er tilfelle. Vibrasjoner av gravitonkondensatet endrer Hawking-strålingsspekteret, og det slutter å være rent termisk. I avvik fra det termiske spekteret lagres informasjon som en ekstern observatør i prinsippet kan lese og tyde. Veldig viktig,at tiden som kreves for dette alltid er mindre enn hullets fulle levetid, uansett hvor mye informasjon det svelger.
Hawking stråling
I 1974 spådde Stephen Hawking, ved bruk av en kvantetilnærming, at svarte hull ikke er så svarte - de skulle avgi termisk stråling av svartkroppstypen, som oppstår i nærheten av horisonten på grunn av samspillet mellom vakuumsvingninger og tyngdefeltet. Spektret av denne strålingen avhenger av temperatur og reagerer derfor på inntrengning av materie fra det omkringliggende rommet. En utenforstående observatør kan merke en endring i spekteret og dermed registrere en økning i hullets temperatur og følgelig en økning i dens entropi. På grunn av Hawking-stråling mister sorte hull masse ("fordamper") og dør til slutt, men levetiden til hull på astronomiske skalaer er titalls størrelsesordener lenger enn universets nåværende tidsalder.
På grunn av kvantumsvingningene i forskjellige felt i et vakuum blir mange par virtuelle partikler kontinuerlig født og ødelagt, som beveger seg i motsatte retninger (i henhold til loven om bevaring av momentum). Hvis et slikt par vises helt i horisonten, vil den "indre" partikkelen falle i hullet, men den "eksterne" partikkelen, under gunstige forhold, kan forlate. Som et resultat blir hullet til en strålingskilde, mister energi og følgelig masse.
I 1974 spådde Stephen Hawking, ved bruk av en kvantetilnærming, at svarte hull ikke er så svarte: de skulle avgi termisk stråling av sortkroppstypen, som oppstår i nærheten av horisonten på grunn av samspillet mellom vakuumsvingninger og tyngdefeltet. Spektret av denne strålingen avhenger av temperatur og reagerer derfor på inntrengning av materie fra det omkringliggende rommet. En utenforstående observatør kan merke en endring i spekteret og dermed registrere en økning i hullets temperatur og følgelig en økning i dens entropi. På grunn av Hawking-stråling mister sorte hull masse ("fordamper") og dør til slutt, men levetiden til hull på astronomiske skalaer er titalls størrelsesordener lengre enn dagens universitet. Dermed kan sorte hull være enorm lagringskapasitet. Vibrasjonene i gravitonkondensatet blir ikke uskarpe og demper ikke så lenge at de vedvarer nesten for alltid. Supercivilization kan bruke sorte hull for å lagre all mengde informasjon helt sikkert. Hvem vet - kanskje er det hull i universet som bevarer informasjon om langdøde verdener og deres innbyggere.
Alexey Levin
