Stephen Hawking dnes zemřel (14. března) a zanechal za sebou obrovské dědictví práce astrofyzika, vědeckého komunikátora, aktivisty a obdivu popkultury. A v den jeho smrti zůstává otázka, kterou vznesl a pracoval až do posledních let svého života, nezodpovězena: Mohou se informace skutečně ztratit ve vesmíru?
Hawkingův nejslavnější papír „Black Hole Explosions?“, Publikovaný před 44 lety v roce 1974, vzal sekeru do celé představy o černých dírách, jak jim fyzikové dříve rozuměli. A to byl Hawkingův první rána na tuto základní otázku.
„Klasicky by černá díra měla být„ dokonale chladná “v tom smyslu, že pohlcuje všechno, ale nevypouští nic. Tak tomu bylo chápáno na počátku 70. let,“ napsal v e-mailu Robert McNees, fyzik na Loyola University v Chicagu. .
Černá díra jako by nevyzařovala žádnou energii a z ní nemohla uniknout žádná hmota. Prostě by ... existovalo, chladno, ticho a věčné. Hawkingův papír způsobil, že černé díry ožily - a možná smrtelné.
"Když Stephen uvažoval o kvantových mechanických jevech v polovině 70. let, zjistil, že černé díry by v zásadě měly vyzařovat, jako by se jednalo o tepelné objekty s teplotou," řekl McNees Live Science. "Pokud vyzařují energii, jejich hmotnost se sníží. A zjistil, že jak se to stane, jak se zmenšují, jejich teplota stoupá a vyzařují ještě rychleji."
Nakonec by možná černá díra úplně zmizela nebo by se zmenšila na malou hrudku. Bez úplného sladění relativity a kvantové mechaniky v robustní teorii „kvantové gravitace“ (to, co fyzici nazývají „teorií všeho“), zůstává poslední fáze tohoto vypařování černé díry záhadou.
"Problém je v tom, že podle jeho výpočtů je záření dokonale tepelné. Nezachovává si žádné informace o stavu materiálu, který tvořil černou díru, a to by porušilo základní pravidlo v kvantové mechanice," napsal McNees .
Kvantová fyzika vyžaduje, aby celá budoucnost a minulost každé částice měla být v zásadě možné zjistit a propojit prostřednictvím řady řetězových, kauzálních, pravděpodobnostních událostí. Pokud však černá díra uvolní nediferencovanou polévku částic s jejich informacemi - jejich historií - neopravitelně vymazatelnou, pak je tento požadavek zásadně porušen.
„„ paradox informací o černé díře “a pokusy o jeho vyřešení vyvolaly velkou část práce v kvantové gravitaci od jejího prvního vyjádření,“ napsal McNees.
Hawking byl již dokonalým fyzikem v roce 1974. A mnoho stručných biografií naznačuje, že po vydání jeho populární vědecké knihy z roku 1988 „Stručná historie času“ byla jeho nejdůležitější vědecká práce za ním. Ale Hawking pokračoval ve vytváření významných a kontroverzních vědeckých prací až do nedávné doby, kdy se toto desetiletí potulovalo s paradoxem, který představil o desetiletí dříve.
Nejdramatičtější noviny z poslední kariéry, které napsal Hawking, naznačovaly, že černé díry, jak se klasicky chápe, neexistují vůbec.
V publikaci „Ochrana informací a předpovědi počasí pro černé díry“ zveřejněné v roce 2014 navrhl, aby „horizont událostí“ kolem černých děr, což je bod, za nímž nemohlo uniknout ani světlo, ve skutečnosti neexistuje. Místo toho napsal, že existuje jednoduše „zjevný“ horizont zachyceného světla, který by mohl zmizet a umožnit světlu uniknout.
"Absence horizontů událostí znamená, že neexistují žádné černé díry - ve smyslu režimů, ze kterých světlo nemůže uniknout nekonečnu," napsal Hawking.
Navrhl také některé základní koncepční problémy s řadou funkcí, které fyzici připisovali černým otvorům, jako jsou „firewally“ kolem jejich hranic, které ničí pozorovatele, kteří se pokoušejí vstoupit.
To nebylo Hawkingovo poslední slovo o vědě. Ještě nedávno v roce 2016 publikoval Hawking dokument s fyzikem z University of Cambridge Malcolm Perrym a fyzikem z Harvardské univerzity Andrew Strominger s názvem „Soft Hair on Black Holes“.
Výzkumný tým tvrdil, že černé díry jsou obklopeny „měkkými“ nebo nulovými částicemi, které nazývají vlasy. Tyto vlasy, jak psali, ukládají ztracené informace o částicích emitovaných černými dírami na „holografické desky“ za hraničními oblastmi černých děr. Takže informace, i když jsou přemístěny, nejsou nikdy skutečně ztraceny.
„Úplný popis holografické desky a řešení informačního paradoxu zůstává otevřenou výzvou, které jsme předložili nové a konkrétní nástroje k řešení,“ napsali.
Dokonce i na konci svého života zůstal Hawking velmi pracujícím vědcem a představoval myšlenky, které pokročily v jeho oboru, a myšlenky, které jeho kolegové odmítli.
„Mám dojem, že dokument z roku 2014 není všeobecně přijímán. Dokument z roku 2016, na kterém se pracuje s Perrym a Stromingerem, je však směrem, na kterém lidé stále aktivně pracují,“ napsal McNees.
„Informační paradox černé díry byl jednou z určujících otázek pro lidi pracující na kvantové gravitaci. A protože zůstává nezodpovězena, myslím, že to zůstává nejzajímavější otázka, která vznesla.“
