Самый известный из ныне живущих физиков предложил новый способ решения одной из самых загадочных задач современной физики: может ли черная дыра стереть информацию из вселенной? По мнению Стивена Хокинга и его сотрудников, ответ может быть отрицательным - если вы дадите черным дырам пышные волосы.
Связанный контент
- Побег из Бездны Чёрной Дыры!
- Выживут ли астронавты в межзвездное путешествие через червоточину?
«Является ли это окончательным ответом или нет, нам совершенно неясно», - говорит соавтор Малкольм Перри, физик-теоретик из Кембриджского университета. «Мы говорим, что это шаг на пути».
Самое основное описание черной дыры гласит, что то, что входит, никогда не выходит. Основанная на общей теории относительности Эйнштейна, которая описывает, как гравитация влияет на космос, черная дыра настолько массивна, что все, что пересекает ее край или горизонт событий, втягивается и теряется навсегда, даже свет.
Затем в 1970-х годах Хокинг обнаружил, что сами черные дыры могут исчезнуть. Благодаря предсказаниям квантовой механики физики думают, что пространство - это не вакуум, а заполнение так называемыми виртуальными частицами, которые подмигивают и исчезают из существования. Эти частицы появляются парами, которые обречены на уничтожение, как только они вступают в контакт друг с другом. Но если пара появляется с обеих сторон горизонта событий черной дыры, одна проглатывается, а другая улетает в космос.
Выходящее излучение крадет энергию у черной дыры, когда она уходит, так что черная дыра со временем теряет массу. В конечном итоге испаряется из существования. Согласно расчетам Хокинга, длительное излучение - единственный след исчезнувшей черной дыры - не содержит полезной информации о том, как образовалась черная дыра и что она съела.
Это проблема для физиков, надеющихся объединить относительность с квантовой механикой, которая, по мнению большинства экспертов, запрещает потерю информации. Разрежьте энциклопедию, сожгите ее или потеряете из-за невероятно сильной гравитации черной дыры, и ее остатки всегда должны содержать подсказки, которые теоретически позволяют перематывать ленту и узнавать ее первоначальное содержимое.
В поисках этой обратимости Хокинг пересмотрел свои первоначальные расчеты. В то время, когда он предлагал излучение чёрной дыры, математические теоремы изображали чёрные дыры как совершенно безликие объекты, если смотреть на них снаружи. Все, что можно было измерить, это общая масса и заряд черной дыры, а также скорость ее вращения.
Новая работа, опубликованная на этой неделе на сайте предварительной печати arxiv.org, предоставляет космическому монстру дополнительные отличительные черты, известные как «волоски», в данном случае незначительные изменения в вакууме сразу за горизонтом событий.
«Мы показываем, что если вы правильно бросаете что-то в черную дыру, вы можете имплантировать волосы», - говорит физик-теоретик Эндрю Стромингер из Гарвардского университета. Он и его коллеги иллюстрируют это заряженными частицами.
Как и энергия, электрический заряд не может быть ни создан, ни уничтожен. Поскольку заряд должен быть сохранен во вселенной, Хокинг и его соавторы предполагают, что заряженные частицы, пересекающие горизонт событий, могут оставить следы себя в пространстве в виде странных частиц света, называемых мягкими фотонами, которые не имеют энергии. Эти причудливые фотоны изменяют вакуум пространства-времени и позволяют ему сохранять информацию об исходных частицах.
Хокинг и его коллеги предполагают, что измененный вакуум может хранить информацию о трехмерных объектах на поверхности черной дыры так же, как голограмма действует как трехмерное представление плоского изображения.
«Допускает ли это математика общей теории относительности, это довольно тонко», - говорит Ли Смолин, физик-теоретик из Института теоретической физики по периметру. Смолин вместо этого предпочитает квантовые объяснения черных дыр, основанные на их центрах, а не на краях, добавляя, что он будет искать других экспертов, чтобы проверить математику в новой статье.
Никто еще не сообщил об ошибке в расчетах, но начали появляться опасения, что теория в лучшем случае неполна. Сабина Хоссенфельдер из Северного института теоретической физики задается вопросом, сколько информации может закодировать предложенная мягкая шерсть. Она также отмечает, что в статье не объясняется, как волоски, которые исчезнут с черной дырой после испарения, передадут свою информацию оставшемуся излучению.
«Я вовсе не убеждена, что новая идея, предложенная Хокингом, Перри и Стромингером, решает проблему потери информации», - пишет она в блоге Backreaction. «Но это интересный проспект, который заслуживает дальнейшего изучения. И я уверен, что мы увидим дальнейшие исследования ».
