Găurile negre au rămas întotdeauna simple în imaginația noastră.
A existat o vreme când, folosind regulile teoriei generale de relativitate, se putea imagina o singularitate infinită densă. Era înconjurat de o zonă gravitațională, din care era imposibil să scape și era numită "orizontul evenimentului". Aceste componente, împreună cu câteva detalii suplimentare, au constituit descrierea de bază a anatomiei unei găuri negre.
Manualul este scris despre acest lucru foarte clar: nimic, nici măcar o rază de lumină nu poate pătrunde prin viciul gravitațional al orizontului evenimentului obiectului. Este doar un bilet cu o singură cale. Dacă un astronaut este prea aproape de orizontul evenimentului, el va fi târât înăuntru. Și va trebui să cadă la moarte, așteptând consecințe teribile de spaghettificare.
Deși aceasta este o formă simplificată, a servit drept o explicație destul de decentă a ceea ce se întâmplă în gaura neagră . Dar în anii '70, guru-ul britanic al fizicii teoretice, Stephen Hawking, și-a prezentat principala teorie a evaporării găurilor negre. Și în timpurile moderne, Hawking crede că manualele greșesc, ducând-ne la ideea că negrii par a fi străzi cu sens unic.
Problema radiației Hawking
Complexitatea faptului că găurile negre se pot evapora este o consecință a ciudățeniei lumii cuantice neexplorate. Teoreticienii cuantice sugerează că în spațiul vid o pereche de "particule virtuale" sare în mod constant din spațiu și se întoarce la el. Deci, se pare că "vidul adevărat" nu este niciodată gol. De fapt, este umplut cu perechi de particule cuantice care se nasc în lume și apoi se anihilează într-un interval de timp mic. În mod obișnuit, un astfel de proces are loc fără cârlige și un cârlig - particulele apar din vacuum, apoi se anihilează cu partenerul lor și Universul își desfășoară propria afacere personală. Dar, dacă adăugați o gaură neagră amestecului, atunci totul din jurul tău dobândește trăsături de nebunie.
Așa cum am menționat mai sus, orizontul evenimentului într-o gaură neagră devine un punct din care nu există nici o întoarcere. Deci, ce se va întâmpla atunci când o pereche de particule virtuale se înalță în existența generală la orizont și numai unul intră? Ei bine, a doua "particulă virtuală", care și-a pierdut partenerul de anihilare, este scos literal din gaura neagră și devine categoria "realității". În procesul de a deveni o "realitate", această particulă ia o parte din masă din gaura neagră (mecanica cuantică nu a pretins că va transmite o semnificație logică). Datorită acestui proces, înfrigurând constant în orizontul evenimentelor, gaura neagră începe să piardă masa fizică. Asta este evaporarea radiațiilor Hawking.
Până în acest moment, am încălzit doar apetitul tău pentru ciudățenia teoriei câmpului cuantic, și apoi va fi mai jenant. Dar mai întâi trebuie să atingem câteva informații suplimentare.
Teoria generală a relativității și teoria câmpului cuantic joacă între ele regulile. Ambele domenii ale fizicii se ocupă de descrierile fundamentale ale spațiului, timpului și materiei la nivelurile micro (cuantum) și macro (cosmologic). Ele sunt situate pe laturile opuse ale cântarelor. Și după recenta descoperire a bosonului Higgs, "cartea de rețete" cuantică numită modelul standard a ajutat din nou să demonstreze că aceasta este o descriere exactă a modului în care funcționează Universul nostru.
Modelul standard pare să aibă o problemă fundamentală cu gravitatea. Până în prezent, fizicienii nu au reușit să găsească o particulă care mediază forța gravitațională (numele ipotetic este "graviton"). Și, în ciuda tuturor eforturilor depuse, se pare că nu există încă nicio modalitate de a rezolva acest puzzle. Și în ultimii ani, găurile negre au devenit un alt câmp de luptă între teoria generală a relativității și teoria câmpului cuantic.
Opoziția "Nici o dramă"
Când materia (și prin urmare "informația") intră în spațiul unei găuri negre, ea este îndepărtată din limitele cunoscute ale Universului și este distrusă efectiv. Aceasta este o problemă. Teoria generală a relativității nu prea îngrijește de informațiile care contează. Dar teoria cuantică, pe de altă parte, este prea mult interesată de aceste informații și crede că nu poate fi "eliminată".
În 2004, un eveniment celebru a avut loc atunci când Hawking a admis înfrângerea într-o dispută cu fizicianul teoretic John Presquil. El a confirmat că informația "pierdută" într-o gaură neagră este codificată în radiația Hawking (el a susținut inițial că găurile negre distrug informațiile, iar informația în radiație este un cod nou care nu se referă la un obiect care intră în gaură).
Dar această soluție rapidă a creat o altă problemă. În 2012, un grup de fizicieni condus de Joseph Polchinski de la Universitatea din California din Santa Barbara și-a dat seama că stocarea informațiilor în radiația Hawking ar necesita un "firewall" de energie cuantică puternică, care ar stoarce totul dincolo de orizontul evenimentelor.
Amintindu-și pe cosmonautul nostru nefericit, care a intrat în orizontul unui eveniment cu gaura neagră, nu va experimenta nimic cu teoria generală a relativității în timp ce se deplasează în această zonă (desigur, dacă nu era Matthew McConaughey care vedea lumina puternică). Firește, în cele din urmă, astronautul se va sparge în bucăți mici, dar va fi ars. Un astfel de experiment de gândire este cunoscut sub numele de postulatul de drama.
Dar totul schimbă impasul din firewall. El violează pur și simplu legile dramei și creează exact contrariul. Asta este, încalcă complet teoria generală a relativității și teoria care controlează gaura neagră cu care am început.
Deci, fizicienii trebuie să lupte cu ecuațiile și să încerce să rezolve "paradoxul informațional". Aceasta este ceea ce au făcut mințile cele mai mari în ultimele decenii. Însuși Stephen Hawking nici nu lasă această dezbatere. De exemplu, anul trecut a discutat posibilitatea înlocuirii teoriei sale cu o construcție teoretică cunoscută sub numele de "orizont aparent", mai degrabă decât anumite limite. Poate că acest concept trebuie îmbunătățit și, de fapt, acest orizont își schimbă formarea ca răspuns la fluctuațiile cuantice din interiorul unei găuri negre. Aceasta creează o tulburare haotică în informația dincolo de orizontul aparent, care nu încalcă nici legile dinamicii cuantice, nici teoria generală a relativității.
"Astfel, ca predicția vremii pe Pământ, informațiile vor fi pierdute în mod efectiv dacă nu există o pierdere a unitarității", a scris Hawking într-un articol. Aceasta înseamnă că, deși informațiile pot fi eliberate din gaura neagră, aleatoria sa nu poate fi interpretată fără a rezolva problema cu firewall-ul.
Inutil să spun că nu este sfârșitul dezbaterii dintre colegii lui Hawking.
Și acum, Hawking, care a apărut la știrile de la Institutul Regal de Tehnologie din Stockholm, pe 24 august, a dat explicația sa rafinată printr-o prelegere publică. Mi-a spus că se gândea la informațiile de procesare a firelor în găuri negre.
"Cred că informațiile nu sunt stocate în mijlocul unei găuri negre, după cum s-ar putea gândi, dar la granița sa, în orizontul evenimentului", a spus el la conferință.
Omul de știință a explicat în detaliu că informațiile sunt stocate pe obiecte care intră într-o gaură neagră și sunt transformate în holograme bidimensionale, după care sunt capturate în radiația Hawking și îndepărtate din gaura neagră. Dar nu există nici o dragoste în ea, pentru că nu arata ca un hard disk de computer super-avansat. În schimb, este o adevărată dezordine haotică.
"Cred că găurile negre nu au aceleași culori cum sunt descrise", a explicat el. - "Ei nu constituie o închisoare veșnică, așa cum se credea anterior. Lucrurile pot merge de la gaură la exterior sau la alte universuri. " Așteptăm documentele pe care Hawking și personalul său intenționează să le publice în câteva săptămâni pentru a înțelege ce a vrut să spună prin cuvântul "alte" universuri. Dar există ipoteze care arată clar că găurile pot servi drept ușă pentru lumile paralele sau chiar pentru universurile pline.
Telescopul orizontului evenimentului
În prezent, Hawking poate să fi formulat o "ieșire de urgență" pentru a obține informații de la un subiect care a căzut într-o gaură neagră. Dar nu vom putea cunoaște cu promptitudine procesul până când nu studiem complet natura acestor obiecte.
Astronomii din telescopul Horizon Event sunt aproape de a vedea miezul profund al galaxiei noastre. Ei pot vedea discul proiectat de lumină care înconjoară gaura neagră supermazică a Calei Lactee , Sagetatorul A, aflată la o distanță de 20 de mii de ani-lumină.
"De atâția ani, Hawking încearcă să găsească soluții pentru paradoxul informațional: fie să-l regleze astfel încât teoria câmpului cuantic să se combine cu relativitatea generală, fie să schimbe modul de a vedea o gaură neagră", scrie Dimitrios Psaltis, profesor de astronomie și fizică de la Universitatea din Arizona . "Dacă totul funcționează cu cea de-a doua opțiune, telescopul Horizon Event va putea vedea o vizualizare unică."
Lucrarea lui Hawking poate prezenta noi idei de ultimă oră și oferă o ocazie de a lua în considerare unele aspecte ale paradoxului informațional.
