Чёрные дыры сохранят память о нас после конца времени
У чёрных дыр сложилась репутация объектов, безвозвратно поглощающих всё, что им удаётся «затянуть». Как вычисляет большая часть современных физиков, всё, что пересекает горизонт событий – необычную точку невозврата, – бесследно растворяется в недрах таинственной сингулярности. Несколько американских учёных постаралась осознать, были бы у нас шансы при попадании в «космический пылесос».
В следствии оказалось, что опасения кое в чём смогут быть и беспочвенны.
Правильнее было бы, само собой разумеется, заявить, что врачу Абхаю Аштекару (Abhay Ashtekar) и его сотрудникам из университета Пенсильвании (Pennsylvania State University) всего лишь удалось продвинуться ещё на один ход в разрешении одного из самых увлекательных научных споров последнего времени: сохраняется в чёрной дыре информация либо нет? Либо, говоря на языке квантовой механики, нарушаются ли её законы в условиях сильной гравитации.
Это может звучать как оторванная от действительности отвлечённая дискуссия, но у для того чтобы космического «форматирования диска» смогут быть в полной мере настоящие земные последствия.
Отметим, что в «центре» чёрной дыры, как вычисляют многие учёные, лежит сингулярность – точка, в которой кривизна пространства-времени обращается в бесконечность, а законы отечественного мира рушатся. А вдруг сказать несложнее, это точка, к которой неприменимы отечественные привычные представления о времени и пространстве, где нереально отличить одно от другого и где, как полагают кое-какие эксперты, стрела времени перестаёт существовать.
Чёрная дыра притягивает облако газа, разогревая его. Излучение, испускаемое наряду с этим частицами газа, – один из способов найти «невидимый» объект (иллюстрация CXC/S.Lee).
Всё равняется сложно? Это вправду непросто представить, но физикам приходится подбирать какие-то аналогии, дабы обрисовывать эти необычные объекты не только одними уравнениями.
Сингулярности ставят значительную проблему перед квантовой теорией, на основании которой, кстати говоря, сделаны расчёты всех вашего компьютера и полупроводниковых микросхем а также. Так вот, один из базисных правил квантовой механики гласит, что текущее состояние Вселенной зависит от её прошлого состояния. Соответственно, в случае если «перемотать» все узнаваемые состояния Вселенной назад, то возможно представить, что было в исходной точке.
Данный принцип именуется квантовой обратимостью.
Для физиков это указывает, что возможно математически вычислить параметры всех частиц во Вселенной для какого-либо момента в прошлом и сообщить, каким было это прошлое – информация обязана сберигаться.
Одно из основных открытий Хокинга было сделано им ещё в первой половине 70-ых годов XX века: благодаря квантовых эффектов чёрные дыры смогут испускать частицы — «испаряться». Наличие для того чтобы излучения поставило перед учёными два неразрешимых и взаимосвязанных вопроса: «утрата» информации в чёрной дыре и её повышенная энтропия. Сам Хокинг (а с ним и многие физики) продолжительное время думал, что излучение чёрной дыры никак не зависит от того, что в неё ранее «попало» (фото с сайта sfgate.com).
В 1970-х годах эти «базы мироздания» были подвергнуты сомнению Стивеном Хокингом – известным современных физиков. Он утверждал, что чёрные дыры «перемалывают» всю материю без остатка и квантовая обратимость перестаёт в них трудиться.
Спустя 3 десятилетия, в 2004 году, известный космолог признал, что ошибался. Но он так и не дал теоретического обоснования, из-за чего «эти» сохраняются. Либо не сохраняются.
В общем, вопрос оставался открытым.
И вот показалась новая, математически выверенная теория, которая постаралась данный вопрос закрыть. Расчёты, совершённые врачом Аштекаром и его группой, разрешают предположить: кое-что всё-таки может выжить в недрах таинственного космического объекта – квантовая информация способна «продраться» через чёрную дыру.
В случае если выкладки верны, это окажет помощь решить серьёзную проблему квантовой механики и сделать чёрные дыры для нас более предсказуемыми.
Вселенский шредер: чёрная дыра «перерабатывает» материю без остатка. В соответствии с квантовой теории может происходить спонтанное рождение античастиц и частиц из вакуума.
В случае если поблизости имеется чёрная дыра, то её поле притянет ближайшую частицу, а вторая частица, в силу квантовых эффектов, «уйдёт» на большее расстояние, унося с собой часть энергии-массы (и информации) чёрной дыры — это явление названо излучением Хокинга. В течение собственного формирования чёрные дыры поглощают множество падающих на них частиц разных свойств и типов. Не смотря на то, что квантовая теория требует, дабы подобная информация была сохранена, до недавнего времени считалось, что она теряется в недрах дыры (иллюстрация NASA).
Быть может ли оказать влияние на нас с вами их гипотетическая непредсказуемость? Да свободно.
Мы уже писали о возможности создания микроскопической чёрной дыры в Европейском центре ядерных изучений (CERN) на громадном адронном коллайдере (Large Hadron Collider — LHC). В принципе, каждые изучения с разгоном частиц до очень высоких энергий смогут привести к созданию маленькой чёрной дыры.
В соответствии с теории Хокинга, такая дыра обязана мгновенно «испариться», но при негативном финале появление этих «миниатюрных» чёрных дыр кроме того на миг может стереть с лица земли какую-то часть информации о отечественном мире, и опыт окончится невиданной трагедией. «Данный риск утраты информации висит дамокловым мечом», — говорят авторы работы.
Врач Аштекар уверен в том, что время и пространство «больше, чем считалось ранее, и это оставляет возможность для восстановления информации» (фото с сайта phys.psu.edu).
Врач Аштекар с сотрудниками решили разобраться с проблемой путём… трансформации структуры пространства и времени. Мысленного, очевидно.
Гравитационная теория Эйнштейна — неспециализированная теория относительности – разглядывает пространственно-временной континуум, другими словами что-то целое и постоянное. Как лист бумаги, к примеру.
Американо-индийский физик обратился к данной аналогии и постарался развить её.
Так же, как лист бумаги, складывается из атомов, он представил пространство-время «собранным» из мириад строительных блоков. Как и бумага, пространство-время для удалённого наблюдателя (человека, пишущего письмо) думается постоянным, но при большом приближении возможно заметить отдельные «кирпичики» (скажем, атомы листа бумаги в электронный микроскоп).
При изучении чёрных дыр физики столкнулись с философскими по сути вопросами, к примеру, какова связь между информацией и материей? В информационном парадоксе речь заходит о нарушении законов квантовой обратимости, другими словами исчезновении квантовой информации о частицах, попавших в чёрную дыру (иллюстрация с сайта wwu.edu).
Основываясь на данной догадке, учёный со товарищи сделали математическую модель того, что может воображать собой центр чёрной дыры. Наряду с этим для упрощения модели и соответствующего математического аппарата они применяли двухмерные координаты вместо трёхмерных.
И вот в данной «плоской» пространственной совокупности исследователи узнали, что сингулярность – всепоглощающий космический «стиратель» – исчезает, и вместо неё «появляется» некая причудливая область. Пространство-время в этом новом «сердце» чёрной дыры будет такими непредсказуемым, что все причинно-следственные связи отечественного мира окажутся нарушенными. И однако кроме того в таких условиях ничего ужасного не случится.
По крайней мере так возможно утверждать на основании взятых теоретических выкладок: в смоделированных учёными «несингулярных» объектах хорошая логика не действует, а вот законы квантовой механики трудятся замечательно.
В работе американских физиков говорится, что отечественная Вселенная не постоянна, а складывается из отдельных блоков-кирпичиков (иллюстрация с сайта pictopia.com).
И данный вывод – как как божок по душе босыми ножками пробежал физиков. Так как в случае если чёрные дыры ведут себя как раз так, как говорит врач Аштекар, информация ни при каких обстоятельствах не будет утрачена и «квантовые» законы продолжат выполняться кроме того за горизонтом событий.
Кстати, в случае если ваc всерьёз заинтересовала эта работа, то её полный текст возможно будет отыскать в выпуске издания Physical Review Letters от 20 мая 2008 года.
Само собой, теория не претендует на полноту и законченность: полное соединение квантовых гравитации и эффектов должно случиться в в далеком прошлом ожидаемой Теории Всего, а на столь большой труд авторы работы не претендуют.
По словам доктора наук Билла Анруха (Bill Unruh), эксперта по гравитации из университета Английской Колумбии (University of British Columbia in Vancouver), полученная теория весьма увлекательна и «находится одной ногой в действительности». Согласно его точке зрения, теория «блочного пространства» разрешит угадать ранее малоизвестные особенности чёрных дыр.
«Всеядность» чёрной дыры, по идее, возможно измерить посредством её информационной энтропии – глубоко загадочной концепции. Для оценки меры хаотичности информации её ввёл американский математик Клод Шеннон (Claude Shannon). Эту очень сложную для ассоциативного восприятия концепцию ему внес предложение известный фон Нейман, добавив наряду с этим: «Это даст вам громадное преимущество в спорах, поскольку никто в действительности не знает, что же такое энтропия» (иллюстрация с сайта filetransit.com).
Со своей стороны астролог Кимберли Уивер (Kimberly Weaver) из NASA, говорит, что нужно экспериментально подтвердить факт излучения Хокинга и постараться проанализировать его. Быть может, наблюдения продемонстрируют, что в излучаемых частицах какая-то информация о «предыстории» чёрной дыры всё-таки содержится. Но только при обнаружении «испарения» соответствующей аппаратурой это возможно будет утверждать точно.
«Теория находится в младенческой стадии», — признаёт врач Аштекар. Но он уверен, что она будет трудиться и для отечественного трёхмерного пространства. А в этом случае, считает физик, изучение может приблизить учёных к пониманию того, как «взаимодействуют» квантовая механика и гравитация.
Другими словами стать ещё одним кусочком мозаики, что окажет помощь осознать устройство Вселенной.
В случае если это вероятно в принципе, очевидно.
