De teoretiske fysikere Stephen Hawking, Malcolm Perry og Andrew Strominger har foreslået en løsning på paradokset ved tab af information i sorte huller. Dette problem betragtes af mange forskere som et af de vigtigste i fysik, da det er forbundet med verdens determinisme - hvordan fortiden, nutiden og fremtiden påvirker hinanden. "Lenta.ru" fortæller detaljerne i undersøgelsen.
Essensen af problemet med informationsparadokset med sorte huller er som følger. I henhold til den enkleste version af teoretisk hårstrå er ikke-ladede og ikke-roterende sorte huller beskrevet i Schwarzschild rumtid kun kendetegnet ved en parameter - masse. Ordet "hår" i dette tilfælde bruges som en metafor for andre parametre og blev foreslået af fysikeren John Wheeler.
Paradokset betyder, at der ikke er nogen måde at fortælle sorte huller med lige store masser bortset fra hinanden. Materiale, der kommer ind i det sorte hul, fordamper derefter på grund af Hawking-stråling, og det er uklart, hvad der sker med de oplysninger, det tidligere havde. Stort set kan dette betyde, som Strominger påpegede i et interview med redaktør Seth Fletcher for Scientific American, at verden er ubestemt: nutiden definerer ikke fremtiden og kan ikke bruges til at rekonstruere fortiden fuldstændigt.
Hawking annoncerede først den nye opdagelse den 25. august 2015 og holdt tale på en konference på Royal Institute of Technology i Stockholm. Derefter fascinerede han det videnskabelige samfund med en kommende artikel, der var afsat til at løse det sorte hul-paradoks. "Oplysninger gemmes ikke inde, som man kunne forvente, men i begivenhedshorisonten for et sort hul," sagde videnskabsmanden på det tidspunkt. Han nævnte også super-udsendelser, som forfatterne har brugt i værket (mere om dem nedenfor), hvor Strominger inspirerede Hawking til at skrive artiklen.”Ideen er, at supersendelser er et hologram med faldende partikler,” sagde Hawking. "De indeholder alle oplysninger, der ellers kunne gå tabt." Forskeren talte også om udsigterne til at bruge information fra sorte huller. "Til alle praktiske formål går information tabt," sagde Hawking. Ifølge ham,sorte huller returnerer oplysninger i en "kaotisk og ubrugelig form."
I sit foredrag en dag tidligere, den 24. august, talte Hawking om sorte huller som tunneler til andre universer.”Hvis et sort hul er stort nok og roterer, kan det være en bro til et andet univers. Men efter at have passeret det, vender du ikke tilbage til vores,”sagde fysikeren. Hawking præsenterede sine ideer på konferencen den 3. september i en fortryk på webstedet arXiv.org. Hawkings arbejde selv, co-forfatter med Perry og Strominger, blev offentliggjort der den 5. januar 2016.
Malcolm Perry, Andrew Strominger og Stephen Hawking (venstre til højre)
Foto: Anna N. Zytkow / scientameramerican.com
Tidligere (siden midten af 1970'erne) mente Hawking, at information ikke er gemt i sorte huller. Om dette emne, i 1997, indgik han og Kip Thorne et spil med den amerikanske teoretiske fysiker John Preskill. Hawkings syn på informationsparadokset med sorte huler har ændret sig med fremskridt inden for strengteori.
Salgsfremmende video:
I 1996, inden for rammerne af strengteorien, demonstrerede Strominger og Kumrun Wafa afledningen af et udtryk for entropien af sorte huller, først opnået termodynamisk af den israelske fysiker Jacob Bekenstein i 1973. Deres konklusion indikerer, at fordampningen af sorte huller bevarer kvantemekanikkens unitaritet (forbundet med en konsekvent fortolkning af sandsynligheden), som Hawking tidligere satte spørgsmålstegn ved.
I et arbejde, der blev offentliggjort i 2005, forsøgte den britiske videnskabsmand kvalitativt at forklare bevarelsen af information i et sort hul ved hjælp af den funktionelle integrerede teknik, der blev overtaget et rum med en triviel topologi. De samme resultater fulgte af ideen om AdS / CFT-korrespondance foreslået i 1998 af Juan Maldacena inden for rammerne af strengteori. Det er til gengæld baseret på det holografiske princip, der blev foreslået i 1993 af den hollandske teoretiske fysiker Gerard t'Hooft (denne videnskabsmand offentliggjorde en fortrykket den 5. september 2015 med en alternativ måde at lagre information ved et sort hul).
I det nye arbejde bygger forskerne på forskning fra 1960'erne. Derefter foreslog fysikere Steven Weinberg m.fl. begrebet superoversættelser (de skulle ikke forveksles med udtrykket med samme navn, der blev brugt i supermatematik). Derudover brugte forfatterne resultaterne fra Strominger og medforfattere, hvorfra det fulgte, at det sorte hul har såkaldt blødt hår. Strominger brugte bløde fotoner kendt fra kvanteelektrodynamik - kvanta af elektromagnetisk stråling af lange bølgelængder anvendt i renormaliseringer (procedurer til eliminering af divergenser i kvantefeltteori). Sådanne partikler har lav energi og fører, når de beskriver vakuumtilstand (med den laveste energi), til udseendet af en ny kvantetilstand, der er kendetegnet ved vinkelmomentum (da fotonen har en).
Strominger blev interesseret i spørgsmålet om, hvorvidt systemets oprindelige kvantetilstand ville være anderledes end den næste, hvis vi indstiller fotonens bølgelængde til at være uendelig (det vil sige at tælle dens energi som nul). Beregninger har vist, at kvantetilstanden for systemet vil ændre sig i dette tilfælde. Bløde gravitationer og fotoner i grænsen for uendelig bølgelængde findes ved grænserne af rum-tid. Anvendt på sorte huller viser det sig, at bløde partikler er lokaliseret i begivenhedshorisonten - et tredimensionelt hologram af et firedimensionelt rum-tidshul.
Når de taler om superudsendelser, mener forskere transformationer af identiske lysstråler, der findes på det sorte huls begivenhedshorisont. I 1960'erne blev superoversættelser brugt til at beskrive lysstråler ved uendelighed i rummet snarere end begivenhedshorisonten for sorte huller. Strominger forklarede ideen om superudsendelse ved hjælp af eksemplet med en samling uendeligt lange og identiske strå. Hvis en af dem flyttes op eller ned i forhold til de andre, kan en sådan bevægelse betragtes som reel? Forskere fra forskere har givet et positivt svar på dette spørgsmål.
Gerard t'Hooft og Stephen Hawking
Foto: Håkan Lindgren / kth.se
”Hvis du sammenligner to sorte huller, der kun adskiller sig ved tilføjelsen af en blød foton, der ikke skifter energi, får du forskellige sorte huller. Og så lader du dem fordampe. I dette tilfælde skal de fordampe til noget andet end hinanden. Vi giver den nøjagtige formel, som er et af de vigtigste resultater af vores arbejde, der beskriver forskellene i kvantetilstanden for et sort hul, hvortil en blød foton blev tilføjet eller ikke blev tilføjet,”fortalte Strominger til Scientific American.
Fysikeren bemærkede, at han i løbet af forskningen var i stand til at formulere 35 lovende problemer, hvor løsningen af hver af dem kan tage op til flere måneder.”Hvis vi har alle ingredienserne til at forstå kvantedynamikken i sorte huller, gør det det muligt at tælle antallet af holografiske pixels,” sagde han. I fremtiden studerer Strominger og medforfattere ikke superoversættelser, men superrotationer. Ved hjælp af analogien med identiske uendeligt lange strå kan vi sige, at i dette tilfælde sidstnævnte udveksler steder med hinanden (det ene halm drejer rundt om det andet).
"De (superrotationer) er en anden slags symmetri i uendeligheden, hvor du ikke bare bevæger lysstrålene op og ned, men du tillader dem at bevæge sig i forhold til hinanden," sagde Strominger. Forskere begyndte at studere sådanne transformationer for omkring ti år siden, og der er kun opnået fremskridt med at forstå dem i de sidste to år. Hawking, der fejrede sin 74-års fødselsdag den 8. januar, vil præsentere sin vision om sit nye arbejde i forelæsninger, der sendes den 26. januar og 2. februar af BBC Radio 4.
Andrey Borisov