Стивън Хокинг разкрива тайната на черните дупки - Алтернативен изглед

Стивън Хокинг разкрива тайната на черните дупки - Алтернативен изглед
Стивън Хокинг разкрива тайната на черните дупки - Алтернативен изглед

Видео: Стивън Хокинг разкрива тайната на черните дупки - Алтернативен изглед

Видео: Стивън Хокинг разкрива тайната на черните дупки - Алтернативен изглед
Видео: Невероятната вселената на Стивън Хокинг и неговата тайна мисия 2024, Март
Anonim

Теоретичните физици Стивън Хокинг, Малкълм Пери и Андрю Стромингер предложиха решение на парадокса на загубата на информация в черните дупки. Този проблем се смята от много учени за един от най-важните във физиката, тъй като е свързан с детерминизма на света - как миналото, настоящето и бъдещето влияят един на друг. "Lenta.ru" разказва подробностите на проучването.

Същността на проблема с информационния парадокс на черните дупки е следната. Според най-простата версия на теоремата за без косъм, незаредените и не въртящи се черни дупки, описани в пространството на Шварцшилд, се характеризират само с един параметър - маса. Думата "коса" в този случай се използва като метафора за други параметри и е предложена от физика Джон Уилър.

Парадоксът означава, че няма начин да се разкажат черни дупки с еднакви маси един от друг. Материята, която навлиза в черната дупка, впоследствие се изпарява поради радиация на Хокинг и не е ясно какво се случва с информацията, която преди е носила. Най-общо казано, това може да означава, както посочи Стромингер в интервю с редактора Сет Флетчър за Scientific American, светът е неопределен: настоящето не определя бъдещето и не може да бъде използвано за напълно реконструкция на миналото.

Хокинг за първи път обяви новото откритие на 25 август 2015 г., изказвайки се на конференция в Кралския технологичен институт в Стокхолм. Тогава той заинтригува научната общност с предстояща статия, посветена на решаването на парадокса на черната дупка. "Информацията не се съхранява вътре, както може да се очаква, но на хоризонта на събитията на черна дупка", казва ученият по това време. Той спомена и супер-излъчванията, използвани от авторите в творбата (повече за тях по-долу), изследванията на които Стромингер вдъхнови Хокинг да напише статията. „Идеята е, че супер излъчванията са холограма на падащи частици“, каза Хокинг. „Те съдържат цялата информация, която в противен случай може да бъде загубена.“Ученият говори и за перспективите за използване на информация от черни дупки. „За всички практически цели информацията се губи“, каза Хокинг. Според него,черните дупки връщат информация в „хаотична и безполезна форма“.

В лекцията си ден по-рано, на 24 август, Хокинг говори за черните дупки като тунели към други вселени. „Ако една черна дупка е достатъчно голяма и се върти, това може да е мост към друга вселена. Но след като преминете през него, няма да се върнете към нашето “, каза физикът. Хокинг представи своите идеи на конференцията на 3 септември с предпечат на уебсайта arXiv.org. Самото произведение на Хокинг, в съавторство с Пери и Стромингер, е публикувано там на 5 януари 2016 г.

Малкълм Пери, Андрю Стромингер и Стивън Хокинг (отляво надясно)

Image
Image

Снимка: Anna N. Zytkow / scienceamerican.com

По-рано (от средата на 70-те години) Хокинг вярва, че информацията не се съхранява в черни дупки. По този въпрос през 1997 г. той и Кип Торн сключиха залог с американския теоретичен физик Джон Прескил. Погледът на Хокинг за парадокса на информацията за черната дупка се промени с напредъка в теорията на струните.

Промоционално видео:

През 1996 г. в рамките на теорията на струните Стромингер и Кумрун Вафа демонстрират извеждането на израз за ентропията на черните дупки, получена за първи път термодинамично от израелския физик Джейкъб Бекенщайн през 1973 г. Заключението им показва, че изпаряването на черните дупки запазва унитарността на квантовата механика (свързана с последователна интерпретация на вероятността), която Хокинг преди това постави под въпрос.

В труд, публикуван през 2005 г., британският учен се опита да обясни качествено запазването на информацията в черна дупка, използвайки функционалната интегрална техника, превзета от пространство с тривиална топология. Същите резултати произтичат от идеята за AdS / CFT кореспонденцията, предложена през 1998 г. от Хуан Малдасена в рамките на теорията на струните. Той от своя страна се основава на холографския принцип, предложен през 1993 г. от холандския теоретичен физик Джерард t'Hooft (този учен публикува предпечат на 5 септември 2015 г. с алтернативен начин за съхранение на информация чрез черна дупка).

В новата работа учените надграждат научните изследвания от 60-те години. Тогава физиците Стивън Уайнбърг и други предложиха концепцията за супер преводи (те не трябва да се смесват с едноименния термин, използван в супер математиката). Освен това авторите използват резултатите на Strominger и съавтори, от които следва, че черната дупка има така наречената мека коса. Стромингер използва меки фотони, известни от квантовата електродинамика - кванти на електромагнитно излъчване с дълги вълни, използвани при пренормализации (процедури за елиминиране на различия в теорията на квантовото поле). Такива частици имат ниска енергия и когато описват състоянието на вакуума (с най-ниска енергия), водят до появата на ново квантово състояние, характеризиращо се с ъглов импулс (тъй като фотонът има такова).

Стромингер се заинтересува от въпроса дали първоначалното квантово състояние на системата ще се различава от следващото, ако зададем дължината на вълната на фотона да е безкрайна (тоест да отчитаме нейната енергия като нула). Изчисленията показват, че в този случай квантовото състояние на системата ще се промени. Меките гравитони и фотони в границата на безкрайната дължина на вълната съществуват на границите пространство-време. Приложено към черни дупки, се оказва, че меките частици са локализирани на хоризонта на събитията - триизмерна холограма на четириизмерна дупка пространство-време.

Когато говорят за супер излъчвания, учените имат предвид трансформации на идентични светлинни лъчи, които съществуват на хоризонта на събитията на черната дупка. През 60-те години супер преводите са използвани за описание на светлинните лъчи в безкрайността в космическото време, а не на хоризонта на събитията от черни дупки. Стромингер обясни идеята за супер излъчване, като използва примера за колекция от безкрайно дълги и еднакви сламки. Ако единият от тях се премести нагоре или надолу спрямо останалите, може ли такова движение да се счита за реално? Изследванията на учени дадоха положителен отговор на този въпрос.

Джерард т'Хофт и Стивън Хокинг

Image
Image

Снимка: Håkan Lindgren / kth.se

„Ако сравните две черни дупки, които се различават само по добавянето на мек фотон, който не променя енергия, получавате различни черни дупки. И тогава ги оставяте да се изпарят. В този случай те трябва да се изпарят в нещо различно един от друг. Ние даваме точната формула, която е един от основните резултати от нашата работа, описвайки разликите в квантовото състояние на черна дупка, към която е бил добавен или не е добавен мек фотон “, каза Стромингер пред Scientific American.

Физикът отбеляза, че в хода на изследванията е успял да формулира 35 обещаващи проблеми, решаването на всеки от които може да отнеме до няколко месеца. „Ако разполагаме с всички съставки, за да разберем квантовата динамика на черните дупки, това дава възможност да се преброят броя на холографските пиксели“, каза той. В бъдеще Стромингер и съавтори ще изучават не супер-преводи, а супер-ротации. Използвайки аналогията с еднакви безкрайно дълги сламки, можем да кажем, че в този случай последните обменят места помежду си (едната сламка се върти около другата).

„Те (супер въртенията) са друг вид симетрия в безкрайността, при която не просто движите светлинните лъчи нагоре и надолу, но им позволявате да се движат един спрямо друг“, казва Стромингер. Учените започват да изучават подобни трансформации преди около десет години, а напредък в разбирането им е постигнат едва през последните две години. Хокинг, който отпразнува 74-ия си рожден ден на 8 януари, ще представи своето виждане за новата си работа в лекции, които ще бъдат излъчени на 26 януари и 2 февруари от BBC Radio 4.

Андрей Борисов