Teoriniai fizikai Stephenas Hawkingas, Malcolmas Perry ir Andrew Stromingeris pasiūlė sprendimą, kaip prarasti juodųjų skylių informacijos praradimo paradoksą. Daugelis mokslininkų šią problemą laiko viena iš svarbiausių fizikoje, nes ji siejama su pasaulio determinizmu - kaip praeitis, dabartis ir ateitis veikia vienas kitą. „Lenta.ru“pasakoja išsamią tyrimo informaciją.
Juodųjų skylių informacinio paradokso problemos esmė yra tokia. Pagal paprasčiausią „be plaukų“teoremos versiją, neįkrautos ir nesisukančios juodosios skylės, aprašytos Schwarzschildo erdvėlaikyje, apibūdinamos tik vienu parametru - mase. Žodis „plaukai“šiuo atveju yra naudojamas kaip kitų parametrų metafora ir jį pasiūlė fizikas Johnas Wheeleris.
- „Salik.biz“
Paradoksas reiškia, kad nėra galimybės pasakyti vienodų masių juodųjų skylių viena nuo kitos. Medžiaga, patenkanti į juodąją skylę, vėliau išgaruoja dėl Hawkingo radiacijos, todėl neaišku, kas nutinka su anksčiau turėta informacija. Plačiai kalbant, tai gali reikšti, kaip nurodė Stromingeris interviu su „Scientific American“redaktoriumi Sethu Fletcheriu, pasaulis yra neapibrėžtas: dabartis neapibrėžia ateities ir negali būti naudojamas visiškai rekonstruoti praeitį.
Pirmą kartą apie naują atradimą Hawkingas paskelbė 2015 m. Rugpjūčio 25 d., Kalbėdamas konferencijoje Stokholmo Karališkajame technologijos institute. Tada jis suintrigavo mokslo bendruomenę su būsimu straipsniu, skirtu išspręsti juodosios skylės paradoksą. „Informacija nėra kaupiama viduje, kaip galima tikėtis, o juodosios skylės įvykio horizonte“, - tuo metu teigė mokslininkas. Jis taip pat paminėjo super transliacijas, kurias autoriai panaudojo darbe (plačiau apie juos žemiau), kurių tyrimas Stromingeris paskatino Hawkingą parašyti straipsnį. „Idėja yra ta, kad super laidos yra krentančių dalelių holograma“, - teigė Hawkingas. "Juose yra visa informacija, kuri priešingu atveju galėjo būti prarasta." Mokslininkas taip pat kalbėjo apie informacijos iš juodųjų skylių panaudojimo perspektyvas. „Dėl visų praktinių tikslų informacija prarandama“, - teigė Hawkingas. Pagal jį,juodosios skylės pateikia informaciją „chaotiška ir nenaudinga forma“.
Diena anksčiau, rugpjūčio 24 d., Savo paskaitoje Hawkingas kalbėjo apie juodąsias skylutes kaip tunelius kitoms visatoms. „Jei juodoji skylė yra pakankamai didelė ir sukasi, tai gali būti tiltas į kitą visatą. Tačiau pravažiavę jį negrįšite pas mus “, - sakė fizikas. Savo idėjas Hawkingas pristatė rugsėjo 3 d. Konferencijoje parengiamuoju spausdinimu arXiv.org svetainėje. Pats Hawkingo darbas, kurio bendraautoriai yra Perry ir Stromingeris, buvo paskelbtas 2016 m. Sausio 5 d.
Malcolmas Perry, Andrew Stromingeris ir Stephenas Hawkingas (iš kairės į dešinę)
Nuotrauka: Anna N. Zytkow / Scientificamerican.com
Anksčiau (nuo 1970-ųjų vidurio) Hawkingas manė, kad informacija nėra saugoma juodosiose skylėse. Šiuo klausimu 1997 m. Jis ir Kipas Thorne'as sudarė lažybas su amerikiečių teorijos fiziku Johnu Preskillu. Hawkingo požiūris į juodosios skylės informacijos paradoksą pasikeitė tobulėjant stygų teorijai.
Reklaminis vaizdo įrašas:
1996 m., Remdamiesi styginių teorija, Stromingeris ir Kumrunas Wafa pademonstravo juodųjų skylių entropijos išraiškos išraišką, kurią termodinamiškai pirmą kartą išgavo Izraelio fizikas Jokūbas Bekenšteinas 1973 m. Jų išvadoje nurodoma, kad juodųjų skylių išgarinimas išsaugo kvantinės mechanikos vieningumą (siejamą su nuosekliu tikimybių aiškinimu), tuo Hawkingas anksčiau kvestionavo.
2005 m. Paskelbtame darbe britų mokslininkas mėgino kokybiškai paaiškinti informacijos išsaugojimą juodojoje skylėje, naudodamas funkcinio integralo metodą, perimtą erdvėje, turinčioje nereikšmingą topologiją. Tokie patys rezultatai kilo iš 1998 m. Juano Maldacenos pasiūlytos AdS / CFT susirašinėjimo idėjos styginių teorijoje. Tai, savo ruožtu, grindžiamas holografiniu principu, kurį 1993 m. Pasiūlė olandų teorinis fizikas Gerardas t'Hooft (šis mokslininkas 2015 m. Rugsėjo 5 d. Paskelbė parengiamąjį spaudinį su alternatyviu informacijos saugojimo juodojoje skylėje būdu).
Naujame darbe mokslininkai remiasi septintojo dešimtmečio tyrimais. Tuomet fizikai Stevenas Weinbergas ir kiti pasiūlė super vertimų sąvoką (jų nereikėtų painioti su to paties pavadinimo terminu, vartojamu supermatematikoje). Be to, autoriai panaudojo Stromingerio ir bendraautorių rezultatus, iš kurių darytina išvada, kad juodoji skylė turi vadinamuosius švelnius plaukus. Štromingeris naudojo minkštuosius fotonus, žinomus iš kvantinės elektrodinamikos - ilgo bangos ilgio elektromagnetinės spinduliuotės kvantus, naudojamus renormalizacijose (kvantinio lauko teorijos skirtumų pašalinimo procedūros). Tokios dalelės turi mažai energijos ir, apibūdindamos vakuumo būseną (su mažiausia energija), lemia naujos kvantinės būsenos, kuriai būdingas kampinis momentas, atsiradimą (nes fotonas tokią turi).
Stromingeris susidomėjo klausimu, ar pradinė kvantinė sistemos būsena skirsis nuo kitos, jei nustatysime, kad fotono bangos ilgis yra begalinis (tai yra, jo energiją reikia skaičiuoti kaip nulį). Skaičiavimai parodė, kad tokiu atveju pasikeis sistemos kvantinė būsena. Minkštieji gravitonai ir fotonai, esantys begalinio bangos ilgio ribose, egzistuoja erdvės-laiko ribose. Taikant juodąsias skyles paaiškėja, kad įvykio horizonte yra lokalios minkštos dalelės - erdvinės-erdvės skylės keturių matmenų holograma.
Kai jie kalba apie super transliacijas, mokslininkai reiškia tapačių šviesos spindulių, esančių juodosios skylės įvykio horizonte, transformacijas. Septintajame dešimtmetyje buvo naudojami vertimai, apibūdinantys šviesos spindulius begalybės metu erdvėje, o ne juodųjų skylių įvykių horizonte. Super transliacijos idėją Stromingeris paaiškino pasinaudodamas be galo ilgų ir tapačių šiaudelių kolekcijos pavyzdžiu. Jei vienas iš jų yra perkeltas aukštyn ar žemyn palyginti su kitais, ar tokį judesį galima laikyti realiu? Mokslininkų atlikti tyrimai davė teigiamą atsakymą į šį klausimą.
Gerardas t'Hooftas ir Stephenas Hawkingas
Nuotrauka: Håkan Lindgren / kth.se
„Jei palyginsite dvi juodąsias skyles, kurios skiriasi tik tuo, kad pridedamas minkštas fotonas, kuris nekeičia energijos, gausite skirtingas juodąsias skyles. Tada tu leidi jiems išgaruoti. Tokiu atveju jie turi išgaruoti į tai, kas skiriasi vienas nuo kito. Mes pateikiame tikslią formulę, kuri yra vienas iš pagrindinių mūsų darbo rezultatų, apibūdinantį juodosios skylės, prie kurios buvo pridėtas arba nebuvo pridėtas minkštasis fotonas, kvantinės būklės skirtumus “, -„ Scientific American “pasakojo Stromingeris.
Fizikas pažymėjo, kad atliekant tyrimus jis sugebėjo suformuluoti 35 perspektyvias problemas, kurių kiekvienos sprendimas gali užtrukti iki kelių mėnesių. „Jei turime visas sudedamąsias dalis, kad suprastume juodųjų skylių kvantinę dinamiką, galima suskaičiuoti holografinių pikselių skaičių“, - sakė jis. Ateityje Stromingeris ir bendraautoriai ketina studijuoti ne super vertimus, o super rotacijas. Panaudodami analogiją su identiškais be galo ilgiais šiaudeliais, galime pasakyti, kad šiuo atveju pastarieji keičiasi vietomis vienas su kitu (vienas šiaudas sukasi aplink kitą).
„Jie (super sukimai) yra dar viena simetrijos rūšis begalybėje, kai jūs ne tik judate šviesos spindulius aukštyn ir žemyn, bet ir leidžiate jiems judėti vienas kito atžvilgiu“, - teigė Stromingeris. Mokslininkai tokias transformacijas pradėjo tyrinėti maždaug prieš dešimt metų, o pažinti jas buvo galima tik per pastaruosius dvejus metus. Sausio 8 d. 74-ąjį gimtadienį atšventęs Hawkingas savo naujojo kūrinio viziją pristatys paskaitose, kurias sausio 26 ir vasario 2 dienomis transliuos „BBC Radio 4“.
Andrejus Borisovas