Obrazový kredit: NASA
Stephen Hawking a Kip Thorne mohou dlužit Johnovi Preskillovi řadu encyklopedií.
V roce 1997 se tři kosmologové slavně vsadili na to, zda informace, které vstupují do černé díry, přestávají existovat - to znamená, zda se vnitřek černé díry vůbec mění podle vlastností částic, které do ní vstupují.
Hawkingův výzkum naznačil, že částice nemají vůbec žádný účinek. Ale jeho teorie porušila zákony kvantové mechaniky a vytvořila rozpor známý jako „informační paradox“.
Nyní fyzici na Ohio State University navrhli řešení pomocí teorie strun, teorie, která tvrdí, že všechny částice ve vesmíru jsou vyrobeny z malých vibračních řetězců.
Samir Mathur a jeho kolegové odvozili rozsáhlý soubor rovnic, které silně naznačují, že informace stále existují - svázané v obřím spleti řetězců, které vyplňuje černou díru od jejího jádra k jeho povrchu.
Zjištění naznačuje, že černé díry nejsou hladké, beztvaré entity, jak vědci dlouho mysleli.
Místo toho jsou to strnulé „fuzzballs“.
Mathur, profesor fyziky ve státě Ohio, má podezření, že Hawking a Thorne nebudou obzvlášť překvapeni výsledkem studie, která se objevuje v 1. čísle časopisu Nuclear Physics B.
Hawking, profesor matematiky na University of Cambridge, a Thorne, profesor teoretické fyziky v Caltechu, vsadili, že informace, které vstupují do černé díry, jsou zničeny, zatímco Preskill - profesor teoretické fyziky v Caltechu - vzal opačný pohled. V sázce byla sada encyklopedií.
„Myslím, že většina lidí se vzdala myšlenky, že informace byly zničeny, jakmile se v roce 1995 nápad na strunovou teorii rozrostl.“ Řekl Mathur. "Je to jen to, že nikdo nebyl schopen dokázat, že informace přežily dříve."
V klasickém modelu toho, jak se vytvářejí černé díry, se superhmotný objekt, jako je obří hvězda, zhroutí a vytvoří velmi malý bod nekonečné gravitace, nazývaný singularita. Zvláštní oblast v prostoru obklopuje jedinečnost a jakýkoli objekt, který překračuje hranice regionu, známý jako horizont událostí, je zatažen do černé díry, nikdy se nevrátí.
Teoreticky ani černá nemůže uniknout z černé díry.
Průměr horizontu události závisí na hmotnosti objektu, který jej vytvořil. Například, pokud by se slunce zhroutilo do singularity, jeho horizont událostí by měřil přibližně 3 kilometry (1,9 mil) napříč. Pokud by Země následovala, byl by její horizont událostí pouze 1 centimetr (0,4 palce).
Pokud jde o to, co leží v oblasti mezi singularitou a jejím horizontem událostí, fyzici vždy doslovně vyplnili prázdné. Bez ohledu na to, jaký typ materiálu tvořil singularitu, oblast uvnitř horizontu události neměla mít žádnou strukturu ani měřitelné charakteristiky.
A v tom spočívá problém.
„Problém s klasickou teorií je v tom, že byste mohli použít jakoukoli kombinaci částic k vytvoření černé díry - protony, elektrony, hvězdy, planety, cokoli - a to by nezměnilo nic. Musí existovat miliardy způsobů, jak vytvořit černou díru, ale u klasického modelu je konečný stav systému vždy stejný ,? Řekl Mathur.
Tento druh uniformity porušuje kvantový mechanický zákon vratnosti, vysvětlil. Fyzici musí být schopni sledovat konečný produkt jakéhokoli procesu, včetně procesu, který vytváří černou díru, zpět k podmínkám, které jej vytvořily.
Pokud jsou všechny černé díry stejné, nelze černou díru vystopovat zpět na její jedinečný začátek a jakékoli informace o částicích, které ji vytvořily, se navždy ztratí ve chvíli, kdy se díra vytvoří.
"Nikdo tomu dnes opravdu nevěří, ale nikdo nemohl najít nic špatného s klasickým argumentem." Řekl Mathur. „Nyní můžeme navrhnout, co se stalo.“
V roce 2000, teoretici řetězce jmenovali informační paradox číslo osm na jejich desítce seznamu fyzických problémů, které mají být vyřešeny během příštího tisíciletí. Tento seznam obsahoval otázky jako „jaká je životnost protonu?“ a? jak může kvantová gravitace pomoci vysvětlit původ vesmíru?
Mathur začal pracovat na informačním paradoxu, když byl docentem na Massachusetts Institute of Technology, a on napadl problém na plný úvazek po vstupu do Ohio State fakulty v roce 2000.
S postdoktorským výzkumníkem Olegem Luninem vypočítal Mathur strukturu objektů, které leží mezi jednoduchými stavy řetězců a velkými klasickými černými dírami. Místo malých předmětů se ukázalo, že jsou velké. Nedávno on a dva studenti doktorského studia - Ashish Saxena a Yogesh Srivastava - našli stejný obrázek „fuzzballu“? i nadále platila pro objekty, které se podobají klasické černé díře. Tyto nové výsledky se objevují v Nuclear Physics B.
Podle teorie strun jsou všechny základní částice vesmíru - protony, neutrony a elektrony - vyrobeny z různých kombinací řetězců. Ale jak malé jsou struny, Mathur věří, že mohou tvořit velké černé díry prostřednictvím jevu zvaného zlomkové napětí.
Řetězce jsou roztažitelné, řekl, ale každý nese určité napětí, stejně jako kytarová struna. S frakčním napětím napětí klesá s prodlužováním řetězce.
Stejně jako je dlouhá kytarová strunka snazší vytrhnout než krátká kytarová struna, dlouhý řetězec kvantových mechanických řetězců spojených dohromady se snáze natahuje než jediný strunový řetězec, řekl Mathur.
Když se tedy spojí velké množství řetězců, tak jak by vytvořily mnoho částic potřebných pro velmi masivní předmět, jako je černá díra, kombinovaná koule struny je velmi pružná a rozšiřuje se na široký průměr.
Když fyzikové z Ohio State odvozili svůj vzorec pro průměr fuzzy černé díry vyrobené z řetězců, zjistili, že odpovídá průměru horizontu události černé díry navrhovaného klasickým modelem.
Protože Mathurova domněnka naznačuje, že uvnitř černé díry přetrvávají řetězce a povaha řetězců závisí na částicích, které tvořily původní zdrojový materiál, je každá černá díra stejně jedinečná jako hvězdy, planety nebo galaxie. to ji vytvořilo. Řetězce z jakéhokoli dalšího materiálu, který vstupuje do černé díry, by také zůstaly sledovatelné.
To znamená, že černá díra může být stopována zpět do původních podmínek a informace přežívají.
Tento výzkum byl částečně podporován americkým ministerstvem energetiky.
Původní zdroj: Ohio State University News Release
