|
Паутина червоточин может решить парадокс Хокинга
|
|
|
|
Казалось бы, неразрешимый парадокс черной дыры, впервые предложенный физиком Стивеном Хокингом, наконец может быть решен с помощью червоточин через пространство-время. «Информационный парадокс черной дыры» относится к тому факту, что информация не может быть уничтожена во Вселенной, и все же, когда черная дыра в конечном итоге испаряется, любая информация, поглощенная этим космическим пылесосом, уже давно должна была исчезнуть. Новое исследование предполагает, что парадокс может быть решен с помощью окончательного чит-кода природы: червоточин или проходов через пространство-время, сообщает Space.
|
|
|
|
«Червоточина соединяет внутреннюю часть черной дыры и внешнее излучение, как мост», - заявил в своем заявлении физик-теоретик из японской междисциплинарной программы теоретических и математических наук RIKEN Канато Гото. Согласно теории Гото, внутри горизонта событий черной дыры появляется вторая поверхность, граница, за которую ничто не может выйти. Нити из червоточины соединяют эту поверхность с внешним миром, запутывая информацию между внутренней частью черной дыры и утечками радиации на ее краях. В 1970-х Хокинг обнаружил, что черные дыры не совсем черные, но поначалу он не осознавал, какую гигантскую проблему создал. До его открытия физики предполагали, что черные дыры чрезвычайно просты. Конечно, в них попадали всевозможные сложные вещи, но черные дыры запирали всю эту информацию, чтобы ее больше никогда не видели.
|
|
|
Но Хокинг обнаружил, что черные дыры испускают излучение и могут в конечном итоге полностью испариться в процессе, известном теперь как излучение Хокинга. Но это излучение само по себе не несет никакой информации. Действительно, не могло; по определению, горизонт событий черной дыры предотвращает выход информации. Итак, когда черная дыра, наконец, испарится и исчезнет из Вселенной, куда делась вся ее скрытая информация? Это информационный парадокс черной дыры. Одна возможность состоит в том, что информация может быть уничтожена, что противоречит всему, что мы знаем о физике. (Например, если информация может быть утеряна, вы не сможете реконструировать прошлое по настоящим событиям или предсказать будущие события.) Вместо этого большинство физиков пытаются решить этот парадокс, находя какой-либо способ - любой способ - для информации внутри черная дыра, просачивающаяся через излучение Хокинга. Таким образом, когда черная дыра исчезнет, информация все еще будет присутствовать во Вселенной.
|
|
|
|
В любом случае, описание этого процесса требует новой физики. «Это говорит о том, что общая теория относительности и квантовая механика в их нынешнем виде несовместимы друг с другом», - сказал Гото. «Мы должны найти единую основу для квантовой гравитации». В 1992 году физик Дон Пейдж, бывший аспирант Хокинга, по-другому посмотрел на проблему информационного парадокса. Он начал с изучения квантовой запутанности, когда судьбы отдаленных частиц связаны. Эта запутанность действует как квантово-механическая связь между излучением Хокинга и самой черной дырой. Пейдж измерил степень запутанности, рассчитав «энтропию запутанности», которая является мерой количества информации, содержащейся в запутанном излучении Хокинга.
|
|
|
|
В первоначальных расчетах Хокинга никакая информация не ускользает, а энтропия запутанности всегда увеличивается до тех пор, пока черная дыра окончательно не исчезнет. Но Пейдж обнаружил, что если черные дыры действительно высвобождают информацию, энтропия запутанности сначала растет; затем, в середине жизни черной дыры, она уменьшается, прежде чем, наконец, достигнет нуля, когда черная дыра испарится (это означает, что вся информация внутри черной дыры, наконец, ушла). Если расчеты Пейджа верны, это говорит о том, что если черные дыры действительно позволяют информации ускользать, то что-то особенное должно произойти примерно в середине их жизни. Хотя работа Пейджа не разрешила информационный парадокс, она дала физикам кое-что интересное для работы. Если бы они могли дать черным дырам кризис среднего возраста, то это решение могло бы просто разрешить парадокс.
|
|
|
|
Совсем недавно несколько групп теоретиков применяли математические методы, заимствованные из теории струн - один из подходов к объединению теории относительности Эйнштейна с квантовой механикой - для изучения этой проблемы. Они изучали, насколько пространство-время вблизи горизонта событий может быть более сложным, чем предполагали ученые. Насколько сложно? Максимально сложный, допускающий любые изгибы и изгибы в микроскопическом масштабе. Их работа привела к двум удивительным особенностям. Одним из них было появление «квантовой экстремальной поверхности» прямо под горизонтом событий. Эта внутренняя поверхность ограничивает количество информации, покидающей черную дыру. Поначалу это мало что дает. Но когда черная дыра проходит половину своего жизненного цикла, она начинает доминировать в запутанности, уменьшая количество высвобождаемой информации, так что энтропия запутанности соответствует предсказаниям Пейджа.
|
|
|
|
Во-вторых, расчеты выявили наличие червоточин - их очень много. Эти червоточины, по-видимому, соединяли квантовую экстремальную поверхность с внешней частью черной дыры, позволяя информации обходить горизонт событий и высвобождаться в виде излучения Хокинга. Но эта предыдущая работа применялась только к очень упрощенным «игрушечным» моделям (таким как одномерные версии черных дыр). В работе Гото тот же результат был применен к более реалистичным сценариям - большой шаг вперед, приближающий эту работу к объяснению реальности. Тем не менее, есть много вопросов. Во-первых, пока не ясно, являются ли червоточины, появляющиеся в математике, теми же червоточинами, которые мы считаем кратчайшим путем во времени и пространстве.
|
|
|
|
Они настолько глубоко укоренены в математике, что трудно определить их физический смысл. С одной стороны, это может означать, что буквально червоточины вплетаются и выходят из испаряющейся черной дыры. Или это может быть просто признаком того, что пространство-время вблизи черной дыры нелокально, что является признаком запутанности - двум запутанным частицам не обязательно находиться в причинно-следственном контакте, чтобы влиять друг на друга. Одна из других серьезных проблем заключается в том, что, хотя физики определили возможный механизм разрешения парадокса, они не знают, как он работает на самом деле. Неизвестен процесс, который на самом деле выполняет работу по сбору информации, находящейся внутри черной дыры, и кодированию ее в излучении Хокинга. Другими словами, физики проложили возможный путь к решению информационного парадокса, но они не нашли способа построить грузовики, которые едут по этому пути. «Мы до сих пор не знаем основного механизма того, как информация уносится излучением», - сказал Гото. «Нам нужна теория квантовой гравитации».
|
|
|
|
Источник
|
