Svarte hull får navnet sitt fordi tyngdekraften er så sterk at den til og med fanger lys. Og siden lyset ikke kan forlate det svarte hullet, kommer informasjonen også ut. Merkelig nok har fysikere vist teoretisk håndflate og kommet opp med en måte å hente ut en flekk av informasjon som falt i et svart hull. Beregningen deres berører et av de største mysteriene i fysikk: hvordan all informasjon fanget i et svart hull lekker ut når det svarte hullet "fordamper". Det antas at dette skal skje, men ingen vet hvordan.
Imidlertid bør den nye ordningen heller understreke kompleksiteten av problemet med sorte hulls informasjon, i stedet for å løse det. "Kanskje andre vil kunne gå videre på dette, men jeg tror ikke det vil hjelpe," sier Don Page, en teoretiker ved University of Alberta i Edmonton, Canada, som ikke var involvert i arbeidet.
Du kan kutte en strømregning, men du kan ikke ødelegge informasjon ved å kaste den i et svart hull. Dette er delvis fordi selv om kvantemekanikk håndterer sannsynligheter - som sannsynligheten for at et elektron er et eller annet sted - må kvantebølgene som gir disse sannsynlighetene utvikle seg på en forutsigbar måte, så hvis du kjenner bølgeformen på et tidspunkt, kan du forutsi den. nøyaktig når som helst i fremtiden. Uten denne "enhetligheten" ville kvanteteorien gi meningsløse resultater som sannsynligheter som ikke legger opp til 100%.
La oss si at du kaster noen kvantepartikler i et svart hull. Ved første øyekast går partiklene og informasjonen de inneholder tapt. Og dette er et problem, fordi den delen av kvantetilstanden som beskriver det kombinerte systemet med partikler og sorte hull er ødelagt, noe som gjør det umulig å forutsi den eksakte utviklingen og bryter enhet.
Fysikere tror de har funnet en vei ut. I 1974 hevdet den britiske teoretikeren Stephen Hawking at sorte hull kan avgi partikler og energi. Takket være kvanteusikkerhet er tomt rom egentlig ikke tomt - det er fullt av sammenkoblede partikler som med jevne mellomrom oppstår og forsvinner. Hawking innså at hvis et par partikler som kommer fra vakuumet treffer kanten av et svart hull, vil den ene fly ut i verdensrommet og den andre vil falle i det svarte hullet. Å flytte energien til det sorte hullet, og den unnslippende Hawking-strålingen får det sorte hullet til å fordampe sakte. Noen teoretikere mener at informasjonen dukker opp igjen, blir kodet i stråling fra et svart hull - dette er imidlertid et helt uforståelig øyeblikk, siden strålingen ser ut til å være helt tilfeldig.
Og slik har Aidan Chatwin-Davis, Adam Jermyn og Sean Carroll fra California Institute of Technology i Pasadena funnet en god måte å få informasjon fra en enkelt kvantepartikkel tapt i et svart hull ved hjelp av Hawking-stråling og det merkelige konseptet med kvante teleportering.
Kvanteteleportering tillater to partnere, Alice og Bob, å overføre den delikate kvantetilstanden til en partikkel, som et elektron, til en annen. I kvanteteorien kan et elektrons rotasjon være opp, ned eller opp og ned samtidig. Denne tilstanden kan beskrives med en prikk på kloden, der nordpolen betyr opp og sørpolen betyr ned. Breddelinjer betyr forskjellige blandinger av opp og ned, og lengdelinjer betyr "fase", eller hvordan topper og bunner krysser hverandre. Men hvis Alice prøver å måle denne tilstanden, "kollapser den" i ett eller annet scenario, opp eller ned, og ødelegger faseinformasjonen. Derfor kan hun ikke måle staten og sende informasjon til Bob, men må sende den uberørt.
For å gjøre dette kan Alice og Bob bytte ut et ekstra par elektroner koblet sammen med en spesiell kvantebinding - sammenvikling. Tilstanden til hver partikkel i det sammenfiltrede paret er ikke definert - den peker samtidig til et hvilket som helst punkt på kloden - men deres tilstander er korrelert, så hvis Alice måler partikkelen hennes fra paret og oppdager at den spinner, si, oppover, vil hun øyeblikkelig vite at Bobs elektron roterer fra topp til bunn. Så Alice har to elektroner - den ene hvis tilstand hun vil teleportere, og halvparten av det sammenfiltrede paret. Bob har bare en av et forvirrende par.
Kampanjevideo:
For å utføre teleportering bruker Alice en annen merkelig egenskap ved kvantemekanikk: at måling ikke bare avslører noe om systemet, men også endrer dets tilstand. Derfor tar Alice to av sine uviklede elektroner og foretar en måling som "projiserer" den sammenfiltrede staten på dem. Denne målingen bryter sammenviklingen mellom paret elektroner hun og Bob har. Men samtidig fører det til at Bobs elektron er i den tilstanden Alice hadde, som hun måtte teleportere. Gjennom riktig måling overfører Alice kvanteinformasjon fra den ene siden av systemet til den andre.
Chatwin-Davis og hans kolleger innså at de også kunne teleportere informasjon om tilstanden til et elektron fra et svart hull. Anta at Alice flyter ved siden av et svart hull med elektronet sitt. Den fanger en foton fra Hawking-strålingsparet. Som et elektron kan et foton spinne i begge retninger og vil bli viklet inn med en fotonpartner som faller ned i et svart hull. Alice måler deretter det totale vinkelmomentet, eller spinnet, til det svarte hullet - dets størrelse og, grovt sett, hvor jevnt det er i forhold til en bestemt akse. Med disse to informasjonsbitene i hendene kaster hun elektronet sitt og mister det for alltid.
Men Alice kan gjenopprette informasjon om tilstanden til dette elektronet, ifølge forskere i arbeidet med Physical Review Letters. Alt hun trenger å gjøre er å måle spinnet og retningen på det sorte hullet igjen. Disse målingene vikler deretter inn det svarte hullet og det innfallende fotonet. De teleporterer også tilstanden til elektronet til fotonet fanget av Alice. Dermed vil informasjonen om det tapte elektronet bli hentet ut i det observerbare universet.
Chatwin-Davis understreker at dette designet ikke er en plan for et praktisk eksperiment. Til slutt må Alice umiddelbart måle spinnet til et svart hull, som har samme masse som solen. "Vi tuller med at Alice sannsynligvis er den mest avanserte forskeren i universet," sier han.
Denne ordningen har også mange begrensninger. Spesielt, som forfatterne bemerker, fungerer det med en kvantepartikkel, men ikke med to eller flere. Dette er fordi oppskriften bruker det faktum at det svarte hullet beholder vinkelmomentet, så det endelige spinnet er lik det opprinnelige spinnet pluss spinnet til et elektron. Dette gjør at Alice kan trekke ut nøyaktig to biter av informasjon - total sentrifugering og projeksjon langs en akse - og dette er nok til å bestemme breddegrad og lengdegrad for kvantetilstanden til en partikkel. Men dette er ikke nok til å gjenopprette all informasjonen som er fanget av det svarte hullet.
For å virkelig løse problemet med sorte hull, må teoretikere gjøre rede for de komplekse tilstandene i det sorte hullets indre, sier Stefan Leichenhower, en teoretiker ved University of California, Berkeley. "Dessverre handler de største spørsmålene om sorte hull om den indre driften," sier han. "Så denne protokollen, som absolutt er interessant i seg selv, vil sannsynligvis fortelle oss lite om informasjonsproblemet til et svart hull."
