Visata yra nuostabi ir keista vieta, užpildyta nepaaiškinamais reiškiniais. Panašu, kad vienas toks reiškinys, juodosios skylės informacijos paradoksas, pažeidžia pagrindinį fizikos įstatymą.
Juodosios skylės įvykių horizontas laikomas paskutine siena: peržengus ją, niekas negali palikti juodosios skylės, net ne šviesa. Bet ar tai taikoma visai informacijai? Ar ji bus amžinai pasiklydusi juodojoje skylėje kaip ir visa kita?
- „Salik.biz“
Pirmiausia turime suprasti, kad juodųjų skylių informacinis paradoksas nėra susijęs su tuo, kaip esame įpratę suvokti informaciją. Kai galvojame apie knygoje atspausdintus žodžius, bitų ir baitų skaičių kompiuteriniame faile arba sistemą sudarančių dalelių konfigūraciją ir kvantines savybes, mes galvojame apie informaciją kaip apie visumą, reikalingą viskam atkurti nuo nulio.
Tačiau šis tradicinis informacijos apibrėžimas nėra tiesioginė fizinė savybė, kurią galima išmatuoti ar apskaičiuoti, kaip, pavyzdžiui, tai gali būti daroma esant temperatūrai. Mūsų laimei yra fizinė savybė, kurią galime apibrėžti kaip lygiavertę informacijai - entropija. Užuot galvojus apie entropiją kaip sutrikimo rodiklį, ji turėtų būti galvojama kaip apie „trūkstamą“informaciją, reikalingą konkrečiam sistemos mikrostatui nustatyti.
Kai juodoji skylė sugeria masę, medžiagos entropijos kiekis nustatomas pagal jos fizines savybes. Tačiau juodosios skylės viduje svarbios tik tokios savybės kaip masė, krūvis ir kampinis impulsas. Antrojo termodinamikos dėsnio išsaugojimui tai kelia rimtą problemą / & copy; NASA / CXC / M. WEISS Kai juodoji skylė sugeria masę, medžiagos entropijos kiekį lemia jos fizinės savybės. Tačiau juodosios skylės viduje svarbios tik tokios savybės kaip masė, krūvis ir kampinis impulsas. Tai kelia rimtą antrosios termodinamikos dėsnio išsaugojimo problemą.
Visatoje yra tam tikros taisyklės, kurių turi laikytis entropija. Antrasis termodinamikos dėsnis gali būti vadinamas nenusakomiausiu iš jų visų: imk bet kokią sistemą, neleisk nieko įeiti ar išeik iš jos - ir jos entropija niekada staiga nesumažės.
Suskilęs kiaušinis nesikaupia atgal į savo lukštą, šiltas vanduo niekada nesiskirsto į karštas ir šaltas dalis, o pelenai niekada nesikaupia iki objekto formos, kokia ji buvo prieš deginant. Visa tai būtų mažėjančios entropijos pavyzdys, ir akivaizdu, kad nieko panašaus gamtoje neatsitinka. Entropija gali išlikti tokia pati ir padidėti daugeliu atvejų, tačiau ji niekada negali grįžti į žemesnę būseną.
Vienintelis būdas dirbtinai sumažinti entropiją yra įvesti energiją į sistemą ir taip „apgauti“antrąjį termodinamikos dėsnį, padidinant šios sistemos išorinę entropiją didesne verte, nei ji sumažėja šioje sistemoje. Namų valymas yra puikus pavyzdys. Kitaip tariant, jūs negalite atsikratyti entropijos.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Taigi, kas nutinka, kai juodoji skylė maitinasi materija? Įsivaizduokime, kad mes įmetame knygą į juodąją skylę. Vienintelės juodosios skylės savybės, kurias galime priskirti, yra gana kasdieniškos: masė, krūvis ir kampinis pagreitis. Knygoje yra informacijos, tačiau kai ją įmetate į juodąją skylę, jos masė tik padidėja. Iš pradžių, kai mokslininkai pradėjo nagrinėti šią problemą, buvo manoma, kad juodosios skylės entropija yra lygi nuliui. Bet jei taip būtų, kažko patekimas į juodąją skylę visada pažeistų antrąjį termodinamikos dėsnį. O tai, žinoma, neįmanoma.
Juodosios skylės masė yra vienintelis lemiantis veiksnys įvykio horizonto spindulyje, nesukant besisukančios, izoliuotos juodosios skylės. Ilgą laiką buvo manoma, kad juodosios skylės yra statiniai objektai visatos erdvės metu.
Bet kaip apskaičiuoti juodosios skylės entropiją?
Šią mintį galima atsekti iki Johno Wheelerio, galvojant apie tai, kas nutinka objektui, kai jis patenka į juodąją skylę stebėtojo, toli nuo įvykio horizonto, perspektyvos. Iš didelio atstumo mums atrodytų, kad į juodąją skylę pakliuvęs žmogus asimptotiškai artėja prie įvykio horizonto, vis labiau parausta dėl gravitacinio raudonojo poslinkio ir be galo ilgai juda horizonto link dėl reliatyvistinio laiko išsiplėtimo. Taigi informacija iš to, kas pateko į juodąją skylę, liks „užšifruota“jos paviršiuje.
Tai išsprendžia problemą elegantiškai ir skamba pagrįstai. Kai kažkas patenka į juodąją skylę, jos masė padidėja. Didėjant masei, didėja ir jo spindulys, taigi ir paviršiaus plotas. Kuo didesnis paviršiaus plotas, tuo daugiau informacijos galima užšifruoti.
Tai reiškia, kad juodosios skylės entropija išvis nėra lygi nuliui, o priešingai - didžiulė. Nepaisant to, kad įvykio horizontas yra palyginti mažas, palyginti su Visatos dydžiu, vienam kvantiniam bitui įrašyti reikia mažai vietos, o tai reiškia, kad juodosios skylės paviršiuje galima įrašyti neįtikėtiną kiekį informacijos. Didėja entropija, saugoma informacija ir termodinamikos dėsniai. Galite išsiskirstyti, tiesa?
Informacijos bitus, proporcingus įvykio horizonto paviršiaus plotui, galima užkoduoti ant juodosios skylės paviršiaus.
Ne visai. Esmė ta, kad juodosios skylės turi entropiją, jos taip pat turi turėti temperatūrą. Kaip ir bet kurį kitą objektą, kurio temperatūra yra, iš jų turėtų patekti radiacija.
Kaip parodė Stephenas Hawkingas, juodosios skylės skleidžia spinduliuotę konkrečiame spektre (juodo kūno spektre) ir tam tikroje temperatūroje, kurią lemia juodosios skylės masė. Laikui bėgant pagal šią garsiąją Einšteino lygtį juodoji skylė praranda savo masę: E = mc ^ 2. Jei energija sklinda, ji turi ateiti iš kažkur, o ta „kažkur“turi būti pati juodoji skylė. Laikui bėgant juodoji skylė praras savo masę greičiau ir greičiau, o vienu metu - tolimoje ateityje - visiškai išgaruos ryškioje šviesos blyksnyje.
Bet jei juodoji skylė išgaruoja juodųjų kūno spinduliuotėje, kurią lemia tik jos masė, kas nutiks visai informacijai ir entropijai, užfiksuotai jos įvykio horizonte? Galų gale, jūs negalite tiesiog sunaikinti šios informacijos?
Tai yra juodosios skylės informacijos paradokso šaknis. Juodoji skylė turi turėti didelę entropiją, kurioje yra visa informacija apie tai, kas ją sukūrė. Informacija apie krentančius daiktus užfiksuojama įvykio horizonto paviršiuje. Bet kai judančioji skylė skyla per Hokingo spinduliuotę, įvykio horizontas išnyksta, palikdamas tik radiaciją. Ši radiacija, kaip teigia mokslininkai, priklauso tik nuo juodosios skylės masės.
Įsivaizduokite, kad turime dvi knygas - apie absoliučias nesąmones ir „Monte Cristo grafas“-, kuriose yra skirtingo masto informacijos, tačiau vienodos masės. Mes juos išmetame į tapačias juodąsias skylutes, iš kurių tikimės gauti lygiavertę Hawkingo radiaciją. Išoriniam stebėtojui atrodo, kad informacija yra naikinama, ir atsižvelgiant į tai, ką mes žinome apie entropiją, tai neįmanoma, nes tai pažeistų antrąjį termodinamikos dėsnį.
Jei sudegintume šias dvi tokio paties dydžio knygas, molekulinės struktūros kitimai, raidžių tvarka popieriuje ir kiti nedideli skirtumai turėtų informacijos, kuri mums galėtų padėti rekonstruoti knygose esančią informaciją. Tai gali būti visiška netvarka, tačiau ji niekur nenukeliaus. Nepaisant to, informacinis juodųjų skylių paradoksas yra tikra problema. Kai juodoji skylė išgaruoja, stebimoje visatoje neliks jokios šios pirminės informacijos pėdsakų.
Imituotas juodosios skylės skilimas lemia ne tik radiacijos išsiskyrimą, bet ir centrinės besisukančios masės, kuri palaiko daugumą objektų, stabilumą. Juodosios skylės yra nestatiniai objektai, kurie laikui bėgant keičiasi. Tačiau įvykių horizonte iš skirtingų medžiagų suformuotos juodosios skylės turėtų išlaikyti skirtingą informaciją.
Turbūt dar nėra šio paradokso sprendimo ir jis kelia rimtą fizikos problemą. Nepaisant to, yra dvi jo galimo sprendimo galimybės:
1. Gavus juodąją skylę, informacija visiškai sunaikinama, o tai reiškia, kad su šiuo procesu yra susiję nauji fiziniai dėsniai.
2. Skleidžiama radiacija kažkodėl turi šią informaciją, todėl Hawkingo radiacija yra kažkas daugiau nei yra žinoma mokslui.
Dauguma žmonių, dirbančių su šia problema, mano, kad turi būti koks nors būdas, kuriuo juodosios skylės paviršiuje saugoma informacija būtų „įspausta“į sklindančią radiaciją. Tačiau niekas tiksliai nežino, kaip tai atsitiks. Galbūt informacija apie juodosios skylės paviršių pateikia kvantinius pataisymus, susijusius su išskirtinai šilumine Hawkingo radiacijos būsena? Galbūt, bet dar neįrodyta. Šiandien yra daugybė hipotetinių šio paradokso sprendimų, tačiau nė vienas iš jų dar nepatvirtintas.
Informacinis juodųjų skylių paradoksas nepriklauso nuo to, ar kvantinės visatos prigimtis yra deterministinė, ar ne deterministinė, kuriam kvantiniam aiškinimui teikiate pirmenybę, ar yra paslėpti kintamieji ir daugelis kitų tikrovės prigimties aspektų. Ir nors daugelis siūlomų sprendimų apima holografinį principą, dar nežinoma, ar jis vaidina kokį nors vaidmenį galutiniame paradokso sprendime.
Vladimiras Guillenas