Sorte huller får deres navn, fordi deres tyngdekraft er så stærk, at den endda fanger lys. Og da lyset ikke kan forlade det sorte hul, så kommer informationen også ud. Mærkeligt nok har fysikere vist teoretisk håndflugt og kom på en måde at udtrække et plet af information, der faldt ned i et sort hul. Deres beregning berører et af de største mysterier inden for fysik: hvordan al information fanget i et sort hul lækker, når det sorte hul "fordamper". Det menes, at dette skulle ske, men ingen ved hvordan.
Imidlertid bør den nye ordning snarere understrege kompleksiteten af informationsproblemet med sort hul i stedet for at løse det.”Måske vil andre være i stand til at gå videre med dette, men jeg tror ikke det hjælper,” siger Don Page, en teoretiker ved University of Alberta i Edmonton, Canada, der ikke var involveret i arbejdet.
Du kan skære en elregning, men du kan ikke ødelægge oplysninger ved at smide dem i et sort hul. Dette skyldes dels, at mens kvantemekanik beskæftiger sig med sandsynligheder - som sandsynligheden for, at en elektron er et eller andet sted - skal kvantebølgerne, der giver disse sandsynligheder, udvikle sig på en forudsigelig måde, så hvis du kender bølgeformen på et tidspunkt, kan du forudsige den. nøjagtigt når som helst i fremtiden. Uden denne "enhed" ville kvanteteorien producere meningsløse resultater som sandsynligheder, der ikke tilføjes op til 100%.
Lad os sige, at du smider nogle kvantepartikler i et sort hul. Ved første øjekast går partiklerne og informationen, de indeholder, tabt. Og dette er et problem, fordi den del af kvantetilstanden, der beskriver det kombinerede system med partikler og sorte huller, er blevet ødelagt, hvilket gør det umuligt at forudsige den nøjagtige udvikling og krænker enhed.
Fysikere tror, de har fundet en vej ud. I 1974 hævdede den britiske teoretiker Stephen Hawking, at sorte huller kan udsende partikler og energi. Takket være kvanteusikkerhed er tomt rum ikke rigtig tomt - det er fuld af parrede partikler, der med jævne mellemrum opstår og forsvinder. Hawking indså, at hvis et par partikler, der kom ud af vakuumet, ramte kanten af et sort hul, ville den ene flyve ud i rummet og den anden ville falde i det sorte hul. At transportere energien fra det sorte hul væk, og den undslippende Hawking-stråling får det sorte hul til langsomt at fordampe. Nogle teoretikere mener, at informationen vises igen og bliver kodet i det sorte huls stråling - dette er dog et helt uforståeligt øjeblik, da strålingen ser ud til at være helt tilfældig.
Og således har Aidan Chatwin-Davis, Adam Jermyn og Sean Carroll fra California Institute of Technology i Pasadena fundet en god måde at få information fra en kvantepartikel, der er tabt i et sort hul ved hjælp af Hawking-stråling og det mærkelige koncept om kvante teleportering.
Kvante teleportering giver to partnere, Alice og Bob, mulighed for at overføre den sarte kvante tilstand af en partikel, som en elektron, til en anden. I kvanteteorien kan en elektrons spin være op, ned eller op og ned på samme tid. Denne tilstand kan beskrives ved en prik på kloden, hvor nordpolen betyder op og sydpolen betyder ned. Breddegrader betyder forskellige blandinger af op og ned, og længdelinjer betyder "fase" eller hvordan toppe og bund krydser. Men hvis Alice forsøger at måle denne tilstand, "kollapser den" i et eller andet scenarie, op eller ned, hvilket ødelægger faseinformationen. Derfor kan hun ikke måle staten og sende oplysninger til Bob, men skal sende dem uberørt.
For at gøre dette kan Alice og Bob udveksle et ekstra par elektroner forbundet med en speciel kvantebinding - sammenfiltring. Tilstanden for hver partikel i det sammenfiltrede par er ikke defineret - den peger samtidig på et hvilket som helst punkt på kloden - men deres tilstande er korreleret, så hvis Alice måler hendes partikel fra parret og opdager, at den drejer sig, siger, opad, vil hun straks vide, at Bobs elektron drejer fra top til bund. Så Alice har to elektroner - en, den tilstand, som hun vil teleportere, og hendes halvdel af det sammenfiltrede par. Bob har kun et af et forvirrende par.
Salgsfremmende video:
For at udføre teleportering bruger Alice en anden underlig egenskab ved kvantemekanik: at en måling ikke kun afslører noget om systemet, men også ændrer dets tilstand. Derfor tager Alice sine to ikke-sammenfiltrede elektroner og foretager en måling, der "projicerer" den sammenfiltrede tilstand på dem. Denne måling bryder sammenfiltringen mellem det par elektroner, hun og Bob har. Men på samme tid fører det til det faktum, at Bobs elektron er i den tilstand, hvor Alice's elektron var, som hun var nødt til at teleportere. Gennem korrekt måling overfører Alice kvanteinformation fra den ene side af systemet til den anden.
Chatwin-Davis og hans kolleger indså, at de også kunne teleportere oplysninger om en elektrons tilstand fra et sort hul. Antag, at Alice flyder ved siden af et sort hul med sin elektron. Det fanger en foton fra Hawking-strålingsparret. Som en elektron kan en foton dreje i begge retninger og blive viklet ind i en fotonpartner, der falder i et sort hul. Alice måler derefter det sorte huls samlede vinkelmoment eller spin - dets størrelse og groft sagt hvor kvadratisk det er i forhold til en bestemt akse. Med disse to informationer i hænderne kaster hun sin elektron og mister den for evigt.
Men Alice kan gendanne oplysninger om tilstanden af denne elektron, ifølge forskere i arbejdet med Physical Review Letters. Det eneste, hun skal gøre, er at måle det sorte huls spin og retning igen. Disse målinger vikler derefter det sorte hul og den indfaldende foton. De teleporterer også elektronens tilstand til fotonet fanget af Alice. Således ekstraheres informationen om det mistede elektron i det observerbare univers.
Chatwin-Davis understreger, at dette design ikke er en plan for et praktisk eksperiment. I sidste ende bliver Alice nødt til straks at måle centrifugeringen af et sort hul, der har samme masse som solen.”Vi griner med, at Alice sandsynligvis er den mest avancerede videnskabsmand i universet,” siger han.
Denne ordning har også mange begrænsninger. Især, som forfatterne bemærker, fungerer det med en kvantepartikel, men ikke med to eller flere. Dette skyldes, at opskriften bruger det faktum, at det sorte hul bevarer vinkelmomentet, så dets endelige spin er lig med dets indledende spin plus en elektrons spin. Dette gør det muligt for Alice at udtrække nøjagtigt to bit information - det samlede spin og dets projektion langs den ene akse - og dette er nok til at bestemme bredden og længden af kvantetilstanden for en partikel. Men dette er ikke nok til at gendanne al den information, der er fanget af det sorte hul.
For virkelig at løse det sorte huls informationsproblem skal teoretikere tage højde for de komplekse tilstande i det sorte huls indre, siger Stefan Leichenhower, teoretiker ved University of California, Berkeley.”Desværre handler de største spørgsmål om sorte huller om de indre funktioner,” siger han. "Så denne protokol, som bestemt er interessant i sig selv, vil sandsynligvis fortælle os lidt om informationsproblemet med et sort hul."
