Теоретски физичари Степхен Хавкинг, Малцолм Перри и Андрев Стромингер предложили су решење парадокса губитка информација у црним рупама. Многи научници овај проблем сматрају једним од најважнијих у физици, јер је повезан са детерминизмом света - како прошлост, садашњост и будућност утичу једни на друге. "Лента.ру" говори о детаљима студије.
Суштина проблема информационог парадокса црних рупа је следећа. Према најједноставнијој верзији теореме о не-коси, неиспражњене и не-ротирајуће црне рупе описане у Сцхварзсцхилл-овом просторном времену карактеришу само један параметар - маса. Реч "коса" се у овом случају користи као метафора за друге параметре и предложио их је физичар Јохн Вхеелер.
- Салик.биз
Парадокс значи да не постоји начин да се црне рупе једнаке масе раздвоје једна од друге. Материја која улази у црну рупу после тога испарава због Хавкинг зрачења, и нејасно је шта се дешава са информацијама које је раније носио. У ширем смислу, то би могло значити, као што је Стромингер истакнуо у интервјуу с уредником Сетхом Флетцхером за Сциентифиц Америцан, свијет је неодређен: садашњост не дефинира будућност и не може се користити за потпуно реконструирање прошлости.
Ново откриће Хавкинг је најавио 25. августа 2015. године, говорећи на конференцији у Краљевском технолошком институту у Стокхолму. Потом је заинтригирао научну заједницу надолазећим чланком посвећеним решавању парадокса црне рупе. "Информације се не чувају унутра, као што се могло очекивати, већ на хоризонту догађаја црне рупе", рекао је научник у то време. Споменуо је и супер емисије које су аутори користили у раду (о њима - испод), чија је студија Стромингер инспирисала Хавкинга да напише чланак. "Идеја је да су супер емисије холограм падајућих честица", рекао је Хавкинг. "Садрже све информације које би у супротном могле бити изгубљене." Научник је такође говорио о изгледима за коришћење информација из црних рупа. "У све практичне сврхе информације се губе", рекао је Хавкинг. Према његовим речима,црне рупе враћају информације у "хаотичном и бескорисном облику".
У свом предавању дан раније, 24. августа, Хавкинг је говорио о црним рупама као тунелима до других свемира. „Ако је црна рупа довољно велика и ротира се, то би могао бити мост у други свемир. Али након што прођете кроз њега, нећете се вратити нашем “, рекао је физичар. Хавкинг је представио своје идеје на конференцији 3. септембра у претиску на веб страници арКсив.орг. Сам Хавкингов рад у коауторству са Перријем и Стромингером објављен је тамо 5. јануара 2016.
Малцолм Перри, Андрев Стромингер и Степхен Хавкинг (с лијева на десно)
Фото: Анна Н. Зитков / сциенцеамерицан.цом
Раније (од средине 1970-их) Хавкинг је веровао да се информације не чувају у црним рупама. По том питању, 1997. године, он и Кип Тхорне склопили су опкладу са америчким теоријским физиком Јохном Прескиллом. Хавкингов поглед на парадокс информација о црној рупи промијенио се напретком теорије струна.
Промотивни видео:
1996., у оквиру теорије струна, Стромингер и Кумрун Вафа демонстрирали су изведбу израза за ентропију црних рупа, коју је израелски физичар Јацоб Бекенстеин први пут термодинамички добио 1973. године. Њихов закључак указује да испаравање црних рупа чува унитарност квантне механике (повезану са доследном интерпретацијом вероватноће), коју је Хавкинг претходно довео у питање.
У раду објављеном 2005. године, британски научник је покушао квалитативно објаснити очување информација у црној рупи користећи функционалну интегралну технику која је преузела простор са тривијалном топологијом. Исти резултати произишли су из идеје преписке АдС / ЦФТ коју је 1998. године предложио Јуан Малдацена у оквиру теорије струна. Она се, пак, заснива на холографском принципу који је 1993. године предложио холандски теоријски физичар Герард т'Хоофт (овај научник 5. априла 2015. објавио је претиспис с алтернативним начином складиштења информација црном рупом).
У новом раду научници надолазе на истраживања из 1960-их. Тада су физичари Стевен Веинберг и други предложили концепт супер превода (они се не смеју мешати са истим називом који се користи у супер математици). Поред тога, аутори су користили резултате Стромингера и коаутора, из чега је произишло да црна рупа има такозвану меку косу. Стромингер је користио меке фотоне познате из квантне електродинамике - кванта електромагнетног зрачења великих таласних дужина које се користе у ренормализацијама (поступци за елиминацију одступања у теорији квантног поља). Такве честице имају малу енергију и када описују стање вакуума (са најнижом енергијом) доводе до појаве новог квантног стања окарактерисаног замахом (будући да га фотон има).
Стромингер је постао заинтересован за питање да ли ће се почетно квантно стање система разликовати од следећег ако поставимо таласну дужину фотона бесконачном (то јест, да рачунамо њену енергију као нулу). Прорачуни су показали да ће се квантно стање система у овом случају променити. Мекани гравитони и фотони у граници бесконачне таласне дужине постоје на границама простор-време. Примењено на црне рупе, испоставило се да су меке честице локализоване на хоризонту догађаја - тродимензионални холограм четверодимензионалне рупе у простору и времену.
Када говоре о супер емисијама, научници мисле на трансформације идентичних светлосних снопова који постоје на хоризонту догађаја црне рупе. Шездесетих година прошлог века су суперпреводи описани светлосним зрацима у бесконачности у просторном времену, а не хоризонт догађаја црних рупа. Стромингер је објаснио идеју супер емитовања користећи пример колекције бесконачно дугих и идентичних сламки. Ако се један од њих помера према горе или доле у односу на остале, да ли се такав покрет може сматрати стварним? Истраживања научника дала су позитиван одговор на ово питање.
Герард т'Хоофт и Степхен Хавкинг
Фото: Хакан Линдгрен / ктх.се
„Ако упоредите две црне рупе које се разликују само по додавању меког фотона који не мења енергију, добићете различите црне рупе. А онда их пустите да испарају. У овом случају морају испарити у нешто другачије једни од других. Дајемо тачну формулу, која је један од главних резултата нашег рада, описујући разлике у квантном стању црне рупе, којој је мекан фотон био или није додат, “рекао је Стромингер за Сциентифиц Америцан.
Физичар је напоменуо да је током студије могао да формулише 35 обећавајућих проблема, чије решавање може трајати до неколико месеци. "Ако имамо све састојке да разумемо квантну динамику црних рупа, то омогућава да се броји број холографских пиксела", рекао је. У будућности Стромингер и др. Намеравају да проучавају не преводе, већ супер ротације. Користећи аналогију са идентичним бесконачно дугим сламкама, можемо рећи да се у овом случају последње размештају једна с другом (једна слама се окреће око друге).
"Они (супер-ротације) су друга врста симетрије у бесконачности, где не само да померате зраке светла горе-доле, већ им дозвољавате да се крећу један према другом", рекао је Стромингер. Научници су почели да проучавају такве трансформације пре десетак година, а напредак у њиховом разумевању постигнут је тек у последње две године. Хавкинг, који је 8. јануара прославио 74. рођендан, представиће своју визију свог новог рада на предавањима која ће 26. и 2. фебруара бити емитована на ББЦ Радио 4.
Андреи Борисов