Juodosios skylės gauna savo vardą, nes jų sunkumas yra toks stiprus, kad net sulaiko šviesą. Kadangi šviesa negali palikti juodosios skylės, atsiranda ir informacija. Kaip bebūtų keista, fizikai parodė teorinę rankų silpnumą ir sugalvojo išgauti į juodąją skylę patekusią informacijos dalį. Jų skaičiavimas paliečia vieną didžiausių fizikos paslapčių: kaip visa informacija, įstrigusi juodojoje skylėje, nuteka, kai „garuoja“juodoji skylė. Manoma, kad taip turėtų atsitikti, tačiau niekas nežino, kaip.
Tačiau naujoji schema turėtų labiau pabrėžti juodosios skylės informacijos problemos sudėtingumą, o ne ją išspręsti. „Galbūt kiti galės žengti toliau, bet nemanau, kad tai padės“, - sako Donas Peidžas, Albertos universiteto Edmontone, Kanadoje, teoretikas, nedalyvavęs darbe.
Galite sumažinti sąskaitą už elektros energiją, bet negalite sunaikinti informacijos išmesdami ją į juodąją skylę. Iš dalies taip yra todėl, kad nors kvantinė mechanika nagrinėja tikimybes - kaip tikimybę, kad elektronas yra vienoje ar kitoje vietoje, - šias tikimybes suteikiančios kvantinės bangos turi vystytis nuspėjamai, taigi, jei žinote bangos formą viename taške, galite ją nuspėti. tiksliai bet kada ateityje. Be šio „vieningumo“kvantinė teorija duotų beprasmius rezultatus, pavyzdžiui, tikimybes, kurios nesudaro 100%.
Tarkime, jūs įmetate kai kurias kvantines daleles į juodąją skylę. Iš pirmo žvilgsnio prarandamos dalelės ir jose esanti informacija. Ir tai yra problema, nes kvantinės būsenos dalis, apibūdinanti jungtinę dalelių ir juodųjų skylių sistemą, buvo sunaikinta, todėl neįmanoma numatyti tikslios evoliucijos ir pažeidžiamas unitarumas.
Fizikai mano, kad rado išeitį. 1974 m. Britų teoretikas Stephenas Hawkingas teigė, kad juodosios skylės gali išskirti daleles ir energiją. Kvantinio neapibrėžtumo dėka tuščia erdvė iš tikrųjų nėra tuščia - joje gausu suporuotų dalelių, kurios periodiškai egzistuoja ir išnyksta. Hawkingas suprato, kad jei iš vakuumo atsirandanti dalelių pora atsitrenktų į juodosios skylės kraštą, viena išskristų į kosmosą, o kita - į juodąją skylę. Nešdamas juodosios skylės energiją, išbėgusi Hawkingo spinduliuotė lėtai garuoja juodąją skylę. Kai kurie teoretikai mano, kad informacija vėl atsiranda, užkoduota juodosios skylės spinduliavime, tačiau tai yra visiškai nesuprantamas momentas, nes radiacija atrodo visiškai atsitiktinė.
Taigi Aidanas Chatwinas-Davisas, Adamas Jermynas ir Seanas Carrollas iš Kalifornijos technologijos instituto Pasadenoje rado gerą būdą gauti informacijos iš vienos kvantinės dalelės, pamestos juodojoje skylėje, naudojant Hawkingo radiaciją ir keistą kvantinės teleportacijos sampratą.
Kvantinė teleportacija leidžia dviem partneriams - Alisai ir Bobui - perkelti subtilią vienos dalelės, kaip ir elektrono, kvantinę būseną į kitą. Kvantinėje teorijoje elektrono sukimasis gali būti aukštyn, žemyn arba aukštyn ir žemyn tuo pačiu metu. Šią būseną galima apibūdinti tašku ant žemės rutulio, kur šiaurės ašigalis reiškia aukštyn, o pietinis - žemyn. Platumos linijos reiškia skirtingus aukštyn ir žemyn mišinius, o ilgumos - „fazę“arba tai, kaip susikerta viršūnės ir dugnas. Bet jei Alisa bando išmatuoti šią būseną, ji „žlunga“viename ar kitame scenarijuje, aukštyn arba žemyn, sunaikindama fazės informaciją. Todėl ji negali matuoti būsenos ir siųsti informacijos Bobui, tačiau privalo ją išsiųsti nepaliesta.
Norėdami tai padaryti, Alisa ir Bobas gali pakeisti papildomą elektronų porą, sujungtą specialia kvantine jungtimi - susipynimu. Kiekvienos susipainiojusios poros būsena nėra apibrėžta - ji vienu metu rodo bet kurį Žemės rutulio tašką, tačiau jų būsenos yra susijusios, todėl jei Alisa pamatuos savo dalelę iš poros ir sužinos, kad ji sukasi, tarkime, aukštyn, ji iškart sužinos, kad Bobo elektronas sukasi iš viršaus į apačią. Taigi, Alisa turi du elektronus - vieną, kurio būseną ji nori teleportuoti, ir pusę įsipainiojusios poros. Bobas turi tik vieną iš painių porų.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Teleportacijai atlikti Alisa naudoja dar vieną keistą kvantinės mechanikos savybę: tas matavimas ne tik kažką atskleidžia sistemoje, bet ir keičia jos būseną. Todėl Alisa paima du savo neišpainiotus elektronus ir atlieka matavimą, kuris „projektuoja“įsipainiojusią būseną ant jų. Šis matavimas nutraukia susipainiojimą tarp elektronų poros, kurias ji ir Bobas turi. Tačiau tuo pačiu metu tai lemia tai, kad Bobo elektronas yra būsenoje, kurioje buvo Alisos elektronas, ir ji turėjo ją teleportuoti. Teisingai matuodamas, Alisa perduoda kvantinę informaciją iš vienos sistemos pusės į kitą.
Chatwinas-Davisas ir jo kolegos suprato, kad informaciją apie elektrono būseną jie taip pat gali teleportuoti iš juodosios skylės. Tarkime, kad Alisa su savo elektronu plūduriuoja šalia juodosios skylės. Jis užfiksuoja vieną fotoną iš Hawkingo radiacijos poros. Kaip ir elektronas, fotonas gali suktis į abi puses ir bus įsipainiojęs į fotono partnerį, patekusį į juodąją skylę. Tada Alisa matuoja bendrą juodosios skylės kampinį impulsą arba sukinį - jos dydį ir, grubiai tariant, tai, kaip tolygiai ji yra konkrečios ašies atžvilgiu. Turėdama šias dvi informacijos dalis savo rankose, ji meta savo elektroną, visam laikui prarandama.
Tačiau Alisa gali atgauti informaciją apie šio elektrono būseną, teigia mokslininkai darbe „Physical Review Letters“. Viskas, ką ji turi padaryti, yra vėl išmatuoti juodosios skylės sukimąsi ir orientaciją. Šie matavimai supina juodąją skylę ir krintantį fotoną. Jie taip pat teleportuoja elektrono būseną į Alice užfiksuotą fotoną. Taigi prarasto elektrono informacija bus išgaunama į stebimą Visatą.
Chatwinas-Davisas pabrėžia, kad ši schema nėra praktinio eksperimento planas. Galų gale, Alice turės akimirksniu išmatuoti juodosios skylės, kurios masė yra tokia pati kaip saulės, sukinį. "Mes juokaujame, kad Alisa yra bene pažangiausia mokslininkė visatoje", - sako jis.
Ši schema taip pat turi daug apribojimų. Visų pirma, kaip pažymi autoriai, jis veikia su viena kvantine dalele, bet ne su dviem ar daugiau. Taip yra todėl, kad recepte naudojamas faktas, kad juodoji skylė išlaiko kampinį impulsą, todėl jos galinis sukimas yra lygus pradiniam sukimui plius elektrono sukimas. Tai leidžia Alisai išgauti tiksliai du informacijos bitus - bendrą sukimąsi ir jo projekciją išilgai vienos ašies - ir to pakanka nustatyti vienos dalelės kvantinės būsenos platumą ir ilgumą. Tačiau to nepakanka norint atgauti visą juodosios skylės užfiksuotą informaciją.
Norėdami iš tikrųjų išspręsti informacijos apie juodąją skylę problemą, teoretikai turi atsižvelgti į sudėtingas juodosios skylės interjero būsenas, sako Stefanas Leichenhoweris, UC Berkeley teoretikas. "Deja, didžiausi klausimai apie juodąsias skyles yra susiję su vidiniu darbu", - sako jis. - Taigi šis protokolas, kuris pats savaime yra įdomus, greičiausiai mums mažai pasakos apie informacinę juodosios skylės problemą.