Черните дупки получават името си, защото тяхната гравитация е толкова силна, че дори улавя светлината. И тъй като светлината не може да напусне черната дупка, тогава информацията също излиза. Колкото и да е странно, физиците са показали теоретична ловкост и са измислили начин да извлекат частица информация, която е попаднала в черна дупка. Тяхното изчисление засяга една от най-големите загадки във физиката: как цялата информация, попаднала в черна дупка, изтича, когато черната дупка „се изпарява“. Смята се, че това трябва да се случи, но никой не знае как.
Новата схема обаче трябва по-скоро да подчертае сложността на информационния проблем на черната дупка, вместо да го решава. „Може би други ще могат да продължат по-нататък, но не мисля, че това ще помогне“, казва Дон Пейдж, теоретик от Университета на Алберта в Едмънтън, Канада, който не участва в работата.
Можете да намалите сметката за ток, но не можете да унищожите информацията, като я хвърлите в черна дупка. Това е отчасти защото, докато квантовата механика се занимава с вероятности - като вероятността електронът да се намира на едно или друго място - квантовите вълни, които дават тези вероятности, трябва да се развиват по предсказуем начин, така че ако знаете формата на вълната в един момент, можете да я предвидите. точно по всяко време в бъдещето. Без тази "унитарност" квантовата теория би дала безсмислени резултати като вероятности, които не достигат до 100%.
Да предположим, че хвърляте някои квантови частици в черна дупка. На пръв поглед частиците и информацията, която съдържат, се губят. И това е проблем, тъй като частта от квантовото състояние, която описва комбинираната система от частици и черни дупки, е унищожена, което прави невъзможно предсказването на точната еволюция и нарушава унитарността.
Физиците смятат, че са намерили изход. През 1974 г. британският теоретик Стивън Хокинг твърди, че черните дупки могат да излъчват частици и енергия. Благодарение на квантовата несигурност празното пространство всъщност не е празно - то е пълно с сдвоени частици, които периодично възникват и изчезват. Хокинг осъзна, че ако двойка частици, излизащи от вакуума, ударят ръба на черна дупка, едната ще излети в космоса, а другата ще падне в черната дупка. Отнасяйки енергията на черната дупка, избягващата радиация на Хокинг причинява черна дупка бавно да се изпарява. Някои теоретици смятат, че информацията се появява отново, кодирана в радиация от черна дупка - обаче това е напълно неразбираем момент, тъй като лъчението изглежда напълно случайно.
И така Ейдън Чатвин-Дейвис, Адам Джермин и Шон Карол от Калифорнийския технологичен институт в Пасадена са намерили добър начин да получат информация от една-единствена квантова частица, изгубена в черна дупка, използвайки радиацията на Хокинг и странната концепция за квантовата телепортация.
Квантовата телепортация позволява на двама партньори, Алис и Боб, да прехвърлят деликатното квантово състояние на една частица, като електрон, на друга. В квантовата теория спинът на електрон може да бъде едновременно нагоре, надолу или нагоре и надолу. Това състояние може да се опише с точка на земното кълбо, където северният полюс означава нагоре, а южният полюс означава надолу. Линиите на географска ширина означават различни смеси нагоре и надолу, а линиите на дължина означават „фаза“или как се пресичат върховете и дъната. Но ако Алис се опита да измери това състояние, то се „срива“в един или друг сценарий, нагоре или надолу, унищожавайки фазовата информация. Следователно тя не може да измерва състоянието и да изпраща информация на Боб, но трябва да я изпраща незасегната.
За целта Алис и Боб могат да обменят допълнителна двойка електрони, свързани чрез специална квантова връзка - заплитане. Състоянието на всяка частица в заплетената двойка не е дефинирано - тя едновременно сочи към която и да е точка на земното кълбо - но техните състояния са свързани, така че ако Алис измери своята частица от двойката и открие, че тя се върти, да речем, нагоре, тя веднага ще разбере, че електронът на Боб върти се отгоре надолу. И така, Алис има два електрона - един, състоянието на който тя иска да се телепортира, и нейната половина от заплетената двойка. Боб има само една от объркващата двойка.
Промоционално видео:
За да извърши телепортация, Алис използва друго странно свойство на квантовата механика: това измерване не само разкрива нещо за системата, но и променя нейното състояние. Следователно Алис взема двата си незаплетени електрона и прави измерване, което „проектира“заплетеното състояние върху тях. Това измерване прекъсва заплитането между двойката електрони, които тя и Боб имат. Но в същото време това води до факта, че електронът на Боб е в състоянието, в което е бил електронът на Алиса, което тя е трябвало да телепортира. Чрез правилно измерване Алис прехвърля квантова информация от едната страна на системата към другата.
Чатвин-Дейвис и колегите му осъзнаха, че могат да телепортират информация за състоянието на електрона и от черна дупка. Да предположим, че Алис се носи до черна дупка с електрона си. Той улавя един фотон от двойката радиация на Хокинг. Подобно на електрон, фотонът може да се върти в двете посоки и ще се заплита с фотонен партньор, който попада в черна дупка. След това Алис измерва общия ъглов момент или въртенето на черната дупка - нейния размер и, грубо казано, колко равномерно е той по отношение на определена ос. Имайки тези два бита информация в ръцете си, тя хвърля електрона си, губейки го завинаги.
Но Алис може да възстанови информация за състоянието на този електрон, според учените в работата по Physical Review Letters. Всичко, което трябва да направи, е да измери въртенето и ориентацията на черната дупка отново. След това тези измервания заплитат черната дупка и падащия фотон. Те също така телепортират състоянието на електрона към фотона, уловен от Алиса. По този начин информацията за изгубения електрон ще бъде извлечена във наблюдаваната Вселена.
Чатвин-Дейвис подчертава, че този дизайн не е план за практически експеримент. В крайна сметка Алиса ще трябва незабавно да измери въртенето на черна дупка, която има същата маса като слънцето. „Шегуваме се, че Алис е може би най-напредналият учен във Вселената“, казва той.
Тази схема също има много ограничения. По-специално, както отбелязват авторите, тя работи с една квантова частица, но не и с две или повече. Това е така, защото рецептата използва факта, че черната дупка запазва ъгловия импулс, така че крайният й спин е равен на първоначалния спин плюс спина на електрон. Това позволява на Алис да извлече точно два бита информация - общото въртене и неговата проекция по една ос - и това е достатъчно, за да определи географската ширина и дължина на квантовото състояние на една частица. Но това не е достатъчно, за да се възстанови цялата информация, уловена от черната дупка.
За да разрешат истински проблема с информацията за черната дупка, теоретиците трябва да отчетат сложните състояния във вътрешността на черната дупка, казва Стефан Лайхенхауер, теоретик от UC Berkeley. „За съжаление, най-големите въпроси за черните дупки са относно вътрешната работа“, казва той. "Така че този протокол, който със сигурност е интересен сам по себе си, вероятно ще ни разкаже малко за информационния проблем на черната дупка."