Ο πιο διάσημος ζωντανός φυσικός πρότεινε έναν νέο τρόπο επίλυσης ενός από τα πιο αινίγματα παζλ στη σύγχρονη φυσική: Μπορεί μια μαύρη τρύπα να διαγράψει πληροφορίες από το σύμπαν; Σύμφωνα με τον Stephen Hawking και τους συνεργάτες του, η απάντηση μπορεί να μην είναι - αν δώσετε στις μαύρες τρύπες ένα πλούσιο κεφάλι μαλλιών.
σχετικό περιεχόμενο
- Αποδράστε από την άβυσσο της Μαύρης Τρύπας!
- Οι αστροναύτες θα επιβιώσουν ένα διαστρικό ταξίδι μέσα από μια σκουληκότρυπα;
«Είτε αυτή είναι η τελική απάντηση είναι τελείως ασαφής για μας», λέει ο συνάδελφος Malcolm Perry, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Cambridge. "Λέμε ότι είναι ένα βήμα προς την κατεύθυνση."
Η πιο βασική περιγραφή μιας μαύρης τρύπας δηλώνει ότι αυτό που πηγαίνει ποτέ δεν βγαίνει. Με βάση τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία περιγράφει πόσο η βαρύτητα επηρεάζει τον κόσμο, μια μαύρη τρύπα είναι τόσο τεράστια ώστε οτιδήποτε διασχίζει την άκρη του ή τον ορίζοντα γεγονότος τραβιέται και χάνεται για πάντα, ακόμη και φως.
Στη δεκαετία του 1970, ο Hawking ανακάλυψε ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να εξαφανιστούν. Χάρη στις προβλέψεις της κβαντικής μηχανικής, οι φυσικοί πιστεύουν ότι ο χώρος δεν είναι κενό, αλλά είναι γεμάτος με τα αποκαλούμενα εικονικά σωματίδια που φουντώνουν μέσα και έξω από την ύπαρξη. Αυτά τα σωματίδια εμφανίζονται σε ζεύγη που είναι καταδικασμένα να εκμηδενιστούν μόλις έρθουν σε επαφή μεταξύ τους. Αλλά αν εμφανιστεί ένα ζευγάρι σε κάθε πλευρά του ορίζοντα γεγονότος της μαύρης τρύπας, κάποιος καταπιεί και ο άλλος ακτινοβολεί στο διάστημα.
Η διαφυγής ακτινοβολία κλέβει ενέργεια από τη μαύρη τρύπα καθώς αναχωρεί, έτσι ώστε η μαύρη τρύπα χάνει τη μάζα με την πάροδο του χρόνου. Τελικά εξατμίζεται από την ύπαρξη. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Hawking, η παρατεταμένη ακτινοβολία - το μόνο ίχνος μιας εξαφανισμένης μαύρης τρύπας - δεν περιέχει χρήσιμες πληροφορίες για το πώς σχηματίστηκε η μαύρη τρύπα και τι έφαγε.
Αυτό είναι ένα πρόβλημα για τους φυσικούς που ελπίζουν να ενώσουν τη σχετικότητα με την κβαντική μηχανική, κάτι που οι περισσότεροι ειδικοί λένε ότι απαγορεύει την απώλεια πληροφοριών. Μοιραστείτε μια εγκυκλοπαίδεια, την κάψετε ή την χάσετε στην εξαιρετικά ισχυρή βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας και τα κατάλοιπα της πρέπει πάντα να περιέχουν ενδείξεις που θεωρητικά επιτρέπουν την επανατυλίξη της ταινίας και το αρχικό της περιεχόμενο να είναι γνωστό.
Σε αναζήτηση αυτής της αναστρεψιμότητας, ο Hawking επανεξέτασε τους αρχικούς του υπολογισμούς. Την εποχή εκείνη πρότεινε την ακτινοβολία μαύρης τρύπας, τα μαθηματικά θεωρήματα είχαν ζωγραφίσει τις μαύρες τρύπες ως αρκετά ακανόνιστες οντότητες όταν είδα από έξω. Το μόνο που μπορούσε να μετρηθεί ήταν η συνολική μάζα και το φορτίο της μαύρης τρύπας, καθώς και η ταχύτητα περιστροφής της.
Το νέο έργο, που δημοσιεύεται ηλεκτρονικά αυτήν την εβδομάδα στον ιστότοπο πριν από την εκτύπωση arxiv.org, δίνει στο κοσμικό τέρας επιπρόσθετα διακριτικά χαρακτηριστικά γνωστά ως "τρίχες", σε αυτή την περίπτωση, μικρές αλλαγές στο κενό ακριβώς έξω από τον ορίζοντα συμβάντος.
"Δείχνουμε ότι εάν ρίξετε κάτι σε μια μαύρη τρύπα με τον σωστό τρόπο, μπορείτε να εμφυτεύετε μαλλιά", λέει ο θεωρητικός φυσικός Andrew Strominger του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ. Αυτός και οι συνάδελφοί του το παρουσιάζουν με φορτισμένα σωματίδια.
Όπως και με την ενέργεια, το ηλεκτρικό φορτίο δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί. Επειδή το φορτίο πρέπει να συντηρηθεί στο σύμπαν, ο Hawking και οι συν-συγγραφείς του υποδηλώνουν ότι τα φορτισμένα σωματίδια που διασχίζουν τον ορίζοντα συμβάντος θα μπορούσαν να αφήσουν ίχνη του χώρου με τη μορφή παράξενων σωματιδίων φωτός, που ονομάζονται μαλακά φωτόνια, που δεν έχουν ενέργεια. Αυτά τα περίεργα φωτόνια αλλάζουν το κενό του χωροχρόνου και του επιτρέπουν να διατηρεί πληροφορίες για τα αρχικά σωματίδια.
Ο Χόκινγκ και οι συνάδελφοί του προτείνουν ότι το αλλοιωμένο κενό μπορεί να αποθηκεύει πληροφορίες σχετικά με τρισδιάστατα αντικείμενα στην επιφάνεια της μαύρης τρύπας, με τον ίδιο τρόπο που ένα ολόγραμμα λειτουργεί ως 3D απεικόνιση μιας επίπεδης εικόνας.
«Το αν τα μαθηματικά της γενικής σχετικότητας επιτρέπουν αυτό είναι αρκετά λεπτή», λέει ο Lee Smolin, θεωρητικός φυσικός στο Περιμετρικό Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής. Αντίθετα, η Smolin ευνοεί τις κβαντικές εξηγήσεις των μαύρων τρυπών με βάση τα κέντρα τους αντί των άκρων τους, προσθέτοντας ότι θα κοιτάξει άλλους εμπειρογνώμονες για να ελέγξει τα μαθηματικά στο νέο έγγραφο.
Κανείς δεν έχει ακόμη αναφέρει κάποιο λάθος στους υπολογισμούς, αλλά οι ανησυχίες έχουν αρχίσει να αναδεικνύουν ότι η θεωρία είναι στην καλύτερη περίπτωση ελλιπής. Η Sabine Hossenfelder του Σκανδιναβικού Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής ερωτά πόση πληροφορία θα μπορούσε να κωδικοποιήσει η προτεινόμενη μαλακή τρίχα. Επισημαίνει επίσης ότι το χαρτί δεν εξηγεί πώς οι τρίχες, οι οποίες θα εξαφανιστούν με τη μαύρη τρύπα μόλις εξατμιστεί, θα μεταφέρουν τις πληροφορίες τους στην ακτινοβολία που παραμένει.
"Δεν είμαι καθόλου πεπεισμένος ότι η νέα ιδέα που προτείνουν οι Hawking, Perry και Strominger λύνει το πρόβλημα της απώλειας πληροφοριών", γράφει στο blog Backreaction. "Αλλά φαίνεται μια ενδιαφέρουσα λεωφόρος που αξίζει να εξερευνήσετε περαιτέρω. Και είμαι βέβαιος ότι θα δούμε περαιτέρω εξερεύνηση. "
