Jeden z najsłynniejszych paradoksów fizyka Stephena Hawkinga może wreszcie zostać rozwiązany: według nowych badań czarne dziury mogą w rzeczywistości trzymać się informacji o masywnych gwiazdach, które je stworzyły.
Badania sugerują, że informacje te mogą czaić się w promieniowaniu wokół czarnych dziur – zwanych potocznie „włosami kwantowymi” – i teoretycznie można je odzyskać, aby opowiedzieć o pochodzeniu tych czarnych dziur.
Wyniki te zostały opublikowane 6 marca w czasopiśmie Nature litery z fizyki b. (Otwiera się w nowej karcie)może wreszcie rozwiązać drażliwy problem, nad którym Hawking pracował w późniejszych latach.
Powiązany: Najnowsza książka Stephena Hawkinga mówi, że „nie ma możliwości”, aby Bóg istniał w naszym wszechświecie
Według pracy Hawkinga promieniowanie powoli „wycieka” z czarnych dziur w postaci energii cieplnej, która stała się znana jako „promieniowanie Hawkinga”. Ale ze względu na swój termiczny charakter promieniowanie to nie może przekazywać informacji. Oznacza to, że parując czarne dziury, systematycznie niszczą wszystkie informacje o gwiazdach, które je stworzyły. Jest to sprzeczne z prawami mechaniki kwantowej, które stanowią, że informacji nie można zniszczyć, a stan końcowy obiektu może ujawnić wskazówki dotyczące jego stanu początkowego. Problem ten niepokoi kosmologów od dziesięcioleci i jest znany jako „paradoks informacyjny Hawkinga”.
„[This research] jest ostatnim gwoździem do trumny paradoksu, ponieważ teraz dokładnie rozumiemy zjawisko fizyczne, dzięki któremu informacje uciekają z rozkładającej się czarnej dziury” – powiedział główny autor badania. Ksawery Calmette (Otwiera się w nowej karcie), profesor fizyki na University of Sussex, powiedział Live Science za pośrednictwem poczty elektronicznej. Proponuje modyfikację promieniowania Hawkinga, aby uczynić je „nietermicznym”, a tym samym zdolnym do przenoszenia informacji o ostatecznym losie czarnej dziury.
Problem czarnej dziury
czarne dziury Są to obiekty tak masywne, że nic nie może uciec ich grawitacji, nawet światło. Powstają, gdy masywne gwiazdy wyczerpują paliwo i zapadają się w sobie.
W fizyce klasycznej czarne dziury to „bardzo proste rzeczy”, powiedział Calmette. „Tak prosty, że można go rozróżnić na podstawie trzech liczb: jego masy, momentu pędu i ładunku elektrycznego”.
Słynny fizyk John Wheeler opisał ten brak charakterystyczny, mówiąc: „Czarne dziury nie mają włosów”. Ale, jak wyjaśnił Calmette, chociaż ostateczna czarna dziura jest bardzo prosta, gwiazda macierzysta, która ją zrodziła, jest złożonym obiektem astrofizycznym, składającym się ze złożonej mieszanki protonów, elektronów i neutronów, które zlepiają się razem, tworząc elementy budujące skład chemiczny. z tej gwiazdy
Chociaż czarne dziury nie przechowują żadnej „pamięci” gwiazd, którymi kiedyś były, zasady fizyki kwantowej stanowią, że informacji nie można po prostu usunąć z wszechświata. W 1976 roku Hawking dostarczył muchę do tej kosmicznej maści, pokazując, że ta informacja nie może przetrwać w nieskończoność wewnątrz zamkniętych czarnych dziur, daleko od zewnętrznego wszechświata. Stosując zasady mechaniki kwantowej do czarnych dziur, Hawking zaproponował, aby emitowały one rodzaj promieniowania cieplnego, które później nazwał promieniowaniem Hawkinga. Przez długi czas wyciek tego promieniowania powoduje całkowite odparowanie czarnych dziur, pozostawiając jedynie pustkę. W ten sposób informacje są bezpowrotnie tracone.
„Jednak nie pozwala na to fizyka kwantowa, która zakłada, że„ życie ”tej czarnej dziury można przewinąć” – powiedział Calmette. „Zaczynając od promieniowania, powinniśmy być w stanie zrekonstruować pierwotną czarną dziurę i ostatecznie gwiazdę”.
Poszukiwanie „włosów” czarnej dziury
ze swoim kumplem Steve Hsu (Otwiera się w nowej karcie), profesor fizyki teoretycznej na Michigan State University, pracuje jako martwy człowiek od 2021 roku, aby złamać paradoks Hawkinga. W poprzednim badaniu opublikowanym w marcu 2022 r. zespół argumentował, że czarne dziury Masz już „kwantowe włosy”, w postaci unikalnego kwantowego odcisku palca w otaczających je polach grawitacyjnych
W swoim nowym artykule zespół ponownie ocenił obliczenia Hawkinga z 1976 roku, ale tym razem wziął pod uwagę skutki „grawitacji kwantowej” – opis grawitacji zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej – coś, czego Hawking nie zrobił.
„Chociaż te kwantowe poprawki grawitacyjne są bardzo małe, są one niezbędne do odparowania czarnej dziury” – powiedział Calmette. „Byliśmy w stanie wykazać, że te efekty modyfikują promieniowanie Hawkinga, tak że staje się ono nietermiczne. Innymi słowy, promieniowanie jest uwzględniane w grawitacji kwantowej.” Móc zawierać informacje”.
Podczas gdy poezja kwantowa zaproponowana w poprzedniej pracy Calmitand-Hsu była abstrakcyjną koncepcją matematyczną, zespół zidentyfikował teraz dokładne zjawisko fizyczne, dzięki któremu informacja wydostaje się z czarnej dziury poprzez promieniowanie Hawkinga, oraz sposób, w jaki może zostać odzyskana przez zewnętrznego obserwatora. Obecnie nie jest to możliwe, ponieważ wymagałoby wystarczająco czułego instrumentu do pomiaru promieniowania Hawkinga, co jest obecnie teoretyczne.
Calmette przyznał, że obecnie astrofizycy nie mają realnego sposobu na zmierzenie efektu sugerowanego przez naukowców, ponieważ jest on tak mały. Zamiast tego sugeruje, że jednym ze sposobów rozwinięcia tej teorii jest badanie symulacji czarnych dziur w laboratoriach na Ziemi. Matematyczne modelowanie promieniowania Hawkinga i czarnych dziur dokonane przez zespół może być nieocenione w tej symulacji.
„Nagradzany beeraholik. Fan Twittera. Podróżnik. Miłośnik jedzenia.