MIS ON BLACK HOLE'I TEABEPARADOKS?

Send

Kas olete kuulnud, et mustad augud hävitavad kogu teabe, mis neisse läheb? Miks on see füüsika jaoks nii suur probleem?

Minu ajal olid asjad lihtsad. Minu džiibi tükeldamine oli täiesti etteheidetav. Nathan Fillion oli Serenity kapten terve päeva ja iga päev. … Ja mustad augud olid augud, mis olid mustad. Selle all mõtlen, et mustad augud suruvad mateeria ja energia lõpmatult tihedaks singulaarsuseks ja ei loonud ületamatuna tunduvat teabeparadoksi. Jah, need olid head olemise päevad.

Kuid need päevad on möödas. Nüüd on see kõik 50 halli varjundit, füüsikaseadused painduvad muude füüsikaseaduste alusel. “Hashtag pole minu kristlane”. Mida ma räägin, on musta augu teabe paradoks.

Esiteks räägime teavet. Kui füüsikud räägivad teavet, käsitlevad nad universumi kõigi osakeste konkreetset olekut: massi, positsiooni, keerutust, temperatuuri, siis pange see nimeks. Sõrmejälg, mis identifitseerib igaühe üheselt, ja tõenäosused selle jaoks, mida nad universumis tegema hakkavad. Võite aatomeid muuta, neid purustada, kuid neid kirjeldav kvantlaine funktsioon peab alati säilima.

Kvantfüüsika võimaldab teil juhtida kogu Universumit edasi ja tagasi, kui te keerate kõik matemaatikas: laengu, paarsuse ja aja. Siin on oluline osa. Suured ajud ütlevad, et teave peab edasi elama, ükskõik mida. Mõelge sellele nagu energia. Te ei saa energiat hävitada, vaid kõik saate seda muuta.

Nüüd tuleb must auk kokku. Looduslikult moodustuvad, kui suurimad tähed, need, mille Päikese mass on üle 20 korra suuremad, varisevad ägedalt kokku ja plahvatavad. Siin on aine tihedus nii kõrge, põgenemiskiirus ületab valguse kiirust. Uhketel on ülekuumendatud aine akrüülketas, mis keerleb ümber musta augu sündmuse horisondi, kus isegi valguse saab orbiidile tõmmata.

Siin saame suhtelisuse üks kummalisemaid kõrvalmõjusid: aja laienemine. Kujutage ette kella, mis langeb musta augu poole ja liigub gravitatsioonikaevu sügavamale. Mustale augule lähenedes näib see olevat aeglane ja külmub lõpuks sündmuse horisondi servas. Kella footonid sirutuvad välja ja kella värv punaselt nihkub. Lõpuks see kaob, kui footonid sirutusid kaugemale sellest, mida meie silmad suudavad tuvastada.

Kui saaksite miljardeid aastaid musta auku vahtida, näeksite kõike, mida ta kunagi on kogunud, kleepunud väljapoole nagu kärbsepaber. Võiksite välja tuua kella, Titanicu, Rangeri ja USS Cygnuse ning teoreetiliselt saaksite tuvastada iga musta auku läinud osakese ja footoni kvantoleku. Kuna neil läheb lõpmatu aeg täielikult kadumiseks, on kõik korras.

Nende teave säilib musta augu pinnal igavesti. Nad on kõik täiesti surnud, kuid nende teave, nende väärtuslik kvantteave, on täiesti ohutu.

Kui saaksite musta augu lahti harutada, saaksite üldse kvantteavet, mis kirjeldaks kõike, mida must auk on kunagi tarbinud. Ja mis kõige tähtsam - vanasti oli see nii.

Kuid 1975. aastal laskis Hawking pommi. Ta mõistis, et mustade aukude temperatuur on tohutu aja jooksul aurustunud, kuni midagi pole järele jäänud. vabastades nende massi ja energia tagasi universumisse. Üllatavalt tuntud kui Hawkingi radiatsioon.

Kuid see… idee lõi paradoksi. Teavet musta auku sisenemise kohta säilib aja laienemine, kuid musta augu mass aurustub. Lõpuks kaob see täielikult ja kuhu me siis jõuame? Seda teavet, mida ei saa hävitada ...?

See pole rangelt kriket ja hämmingus astronoomid. Nad on selle lahendamiseks töötanud aastakümneid. Siin on lõbus virn võimalusi:
Mustad augud ei aurustu üldse ja Hawking eksis.
Teave musta auku lekib kuidagi tagasi, kui Hawkingi kiirgus pääseb.
Must auk hoiab seda lõpuni lõpuni ja kui viimased kaks osakest aurustuvad, lastakse kogu teave ootamatult tagasi universumisse.
Kõik läheb võimalikult väikestesse bittidesse ja midagi ei lähe kaduma VÕI teave surutakse kokku mikroskoopilisse ruumi, mis jääb alles pärast seda, kui must auk on ise aurustunud.

Ja võib-olla ei suuda füüsikud seda kunagi välja mõelda. Hawking pakkus hiljuti välja uue idee, mis lahendaks musta augu teabe paradoksi. Ta on väitnud, et on olemas viis, kuidas uus Hawkingi kiirgus võib olla jäljendatud, kui teave mustasse auku langeva uue aine kohta langeb.

Niisiis, teave kõige kohta, mis langeb, säilib väljuva kiirguse kaudu, tagastades selle Universumisse ja lahendades paradoksi. See on nõme, kuna Hawkingi kiirgust ise pole kunagi tuvastatud. Oleme aastakümnete kaugusel teadmisest, kas see on õiges suunas või isegi kui on olemas viis paradoksi lahendamiseks.

Sellistes olukordades tuletatakse meile meelde, kui vähe on sellest universumist tegelikult aru saada. Mõni aspekt sellest, kuidas me kogu protsessist aru saame, on ebaselge ning tõele lähenemiseks kulub palju rohkem detektiivitööd ja eksperimenteerimist.

Millist teavet soovite universumist igaveseks hävitada? Öelge meile kõik oma saladused allpool toodud kommentaarides.