Време за четене: 5 минути
Нямаме теория, която да ни каже всичко за това как работи една черна дупка, но нови изследвания хвърлят малко светлина върху една от многото мистерии.
Вероятно вече знаете какво е черна дупка, но чували ли сте някога за информационния парадокс на черната дупка? Тук съм с Клара Московиц, нашият редактор по космос и физика, която току-що редактира голям, специален брой за черните дупки за Scientific American. Хей, Клара.
Клара Московиц: Здравей, благодаря, че ме прие.
Тулика Босе: И така, Клара, за какво ще говорим днес?
Клара Московиц: Тук сме, за да говорим за информационния парадокс на черната дупка, който е проблем във физиката от дълго време. По принцип черните дупки изглежда нарушават правилата на физиката. И част от причината е, че трябва да използваме две различни теории, за да ги опишем. И двете теории не се разбират.
От една страна, имаме квантовата механика, която описва света на много малките атоми и частици. От друга страна, имаме обща теория на относителността, която описва неща, които са много големи, много масивни, много големи и повечето неща в света не изискват и двете теории. Те са или големи, или са малки черни дупки, като и двете черни дупки са най-плътните неща в цялата вселена.
И заемат много малко място, но имат толкова голяма маса. Наистина имате нужда и от двете теории. И все пак, когато се опитате да комбинирате квантовата механика и общата теория на относителността, всичко се побърква.
Tulika Bose: Как може две правила на физиката да не са приложими?
Клара Московиц: Всеки работи перфектно в собствената си област. Така че квантовата механика описва много добре всичко, което е, което е субатомно, всичко, което не можем да видим, което е много малко, а общата теория на относителността работи перфектно, за да опише много големи неща като движението на планетите, но ние почти никога не трябва да ги комбинираме в един пример, с изключение на черните дупки. Черните дупки заемат много малко място, но имат толкова голяма маса, че общата теория на относителността и квантовата механика се прилагат еднакво. И все пак, когато се опитате да комбинирате двете теории, те не работят заедно.
Tulika Bose: Как точно не работят заедно?
Клара Московиц: По принцип, когато се опитате да ги комбинирате, уравненията се разпадат, те дават безкрайности, просто не произвеждат отговори или изчисления, които можете да използвате, с които можете да работите.
И това е знак, че нещо липсва. Нещо не разбираме напълно. И нещото, което не разбираме напълно, е гравитацията. Така че квантовата механика е създадена да работи много добре с всяка друга теория и всяка друга сила на природата. Квантовата механика може да опише електромагнетизма и силната и слабата сила, която действа вътре в атомите, но не може да опише гравитацията.
И все пак с черните дупки имате нещо, което е много мъничко, но въпреки това гравитацията е супер силна. И когато се опитваме да опишем какво се случва в тях, не можем, нямаме теория, която да ни каже всичко за това как работи една черна дупка, и наистина не разбираме какво се случва вътре в тях.
Tulika Bose: От колко време знаем за този парадокс?
Клара Московиц: Този парадокс датира отпреди 50 години и историята започва със Стивън Хокинг през 1974 г. Той открива, че черните дупки изтичат. Те изпускат радиация с течение на времето, частица по частица. Те стават все по-малки и по-малки, и накрая напълно изчезват. Звучи странно, но добре. Проблемът е, че ако черните дупки могат да изчезнат, може да изчезне и цялата информация за това какво е попаднало.
И това е огромен проблем, защото нарушава законите на физиката. Според квантовата механика информацията никога не може да бъде унищожена. Може би си мислите, че информацията се унищожава през цялото време, когато накъсате фактура или изгорите книга, например. Но според физиката, ако имате пълно познание за книгата предварително за всеки атом и всяка молекула в книгата, тогава бихте могли да проследите всеки атом и молекула през процеса на изгаряне, за да видите къде са се озовали всички и всичко ще бъде наред .
Но черните дупки не са такива. Ако черна дупка бъде унищожена, тя е напълно унищожена и няма начин да получите достъп до информацията, която някога е съхранявала. А това не може да бъде, това е парадокс.
Тулика Босе: Уау. Но очевидно има нова информация и нови изследвания. Можете ли да ми разкажете за това?
Клара Московиц: Точно така. Така че в продължение на 50 години учените озадачават този въпрос и се опитват да разберат какво се случва и дали има начин да се запази информацията, която е в черните дупки.
И накрая, през последните няколко години те постигнаха голям пробив. Пробивът включва няколко, много умопомрачителни концепции. Една от тях е червеевата дупка, която е мостове в пространство-времето. Това, това са преки пътища в пространство-времето, които свързват две много отдалечени точки. А другото е свързано със странните правила на квантовата механика.
Според квантовата механика всичко, което може да се случи. Случва се. Така че една частица, например, не просто се движи по права линия от точка a до точка B. Вместо това тя поема по всички възможни пътища, които биха могли да свържат точка a и точка B. Тя обикаля нагоре, заобикаля надолу, извива се наоколо, преди да пристигнете в точка B и всички тези неща се случват S.
Е, когато прилагате тази концепция към черните дупки, това означава, че трябва да вземете предвид всички възможни подредби на пространството, времето в черните дупки. Всички те са едновременно реални. И една от възможните подредби на пространство-времето е червеева дупка. Така че това са тези странни теоретични преки пътища в пространството и времето.
И има шанс вътрешността на черна дупка да е свързана с вътрешността на друга черна дупка чрез червеева дупка. Е, трябва да приемете тази възможност. Този шанс предвид физиците наскоро разбраха. И когато направиха всичко, промениха уравненията, които използваха, за да опишат ентропията в черните дупки, основно описание на количеството безпорядък даде напълно различен отговор и те посочиха решение за начин, по който информацията може да избяга от черните дупки.
И този път се нарича остров. От всички странни неща, за които вече говорихме, това е най-странното. Това е идеята, че дълбоко в черните дупки има специална област, наречена остров. И този регион е както вътре в черната дупка, така и извън черната дупка едновременно. И че информацията, която е в рамките на острова, тъй като е вътре и отвън, може да избегне унищожението на черната дупка и никога не е наистина унищожена, дори ако черната дупка се изпари напълно и изчезне. И това изглежда разреши парадокса.
Така че все още има много въпроси, на които трябва да се отговори. Всичко не е напълно решено и не всички физици са съгласни, че това е решението.
Но определено изглежда, че сочи път напред към разрешаването на парадокса, показвайки как информацията може да избяга от черните дупки и ни насочва към бъдеще, в което най-накрая можем да опишем черните дупки с последователна физическа теория.
Само в случай, че искате да научите повече за някои от тези наистина умопомрачителни концепции, за които говорихме, вижте септемврийския брой на Scientific American, където имаме куп статии, описващи подробно всички тези нови идеи, заедно с наистина страхотно видео, което ви рисува, ако сте визуален човек и искате да видите как могат да изглеждат тези неща.
