Teorētiskie fiziķi Stīvens Hokings, Malkolms Perijs un Endrjū Štringegers ir ierosinājuši risinājumu informācijas zaudēšanas paradoksam melnajos caurumos. Daudzi zinātnieki šo problēmu uzskata par vienu no vissvarīgākajām fizikā, jo tā ir saistīta ar pasaules determinismu - kā pagātne, tagadne un nākotne ietekmē viens otru. "Lenta.ru" stāsta sīkāka informācija par pētījumu.
Melno caurumu informācijas paradoksa problēmas būtība ir šāda. Saskaņā ar vienkāršāko teorijas bez matiem versiju, neuzlādētos un ne rotējošos melnos caurumus, kas aprakstīti Schwarzschild kosmosa laikā, raksturo tikai viens parametrs - masa. Vārds "mati" šajā gadījumā tiek izmantots kā citu parametru metafora, un to ieteica fiziķis Džons Vellers.
Paradokss nozīmē, ka nav iespējams pateikt melnos caurumus ar vienādu masu viens no otra. Viela, kas nonāk melnajā caurumā, pēc tam iztvaiko Hokinga starojuma dēļ, un nav skaidrs, kas notiek ar informāciju, ko tā iepriekš nēsāja. Plaši runājot, tas varētu nozīmēt, kā Štromgers uzsvēra intervijā žurnāla Scientific American redaktoram Seth Fletcher, pasaule nav noteikta: tagadne nenosaka nākotni un to nevar izmantot, lai pilnībā rekonstruētu pagātni.
Hawking pirmo reizi paziņoja par jauno atklājumu 2015. gada 25. augustā, uzstājoties konferencē Stokholmas Karaliskajā tehnoloģiju institūtā. Tad viņš ieintriģēja zinātnieku aprindās ar gaidāmo rakstu, kas bija veltīts melnā cauruma paradoksa risināšanai. “Informācija netiek glabāta iekšpusē, kā varētu gaidīt, bet gan uz melnā cauruma notikumu horizonta,” toreiz sacīja zinātnieks. Viņš arī pieminēja superpārraides, kuras autori izmantoja darbā (vairāk par tiem zemāk), kuru pētījumi Štringeri iedvesmoja Hokingu rakstīt rakstu. "Ideja ir tāda, ka superpārraides ir krītošu daļiņu hologramma," sacīja Hokings. "Tie satur visu informāciju, kas citādi varētu būt pazaudēta." Zinātnieks runāja arī par iespējām izmantot informāciju no melnajiem caurumiem. "Visos praktiskos nolūkos informācija tiek zaudēta," sacīja Hokings. Pēc viņa teiktāmelnie caurumi atgriež informāciju “haotiskā un bezjēdzīgā formā”.
Savā lekcijā dienu iepriekš, 24. augustā, Hokings runāja par melnajiem caurumiem kā tuneļiem uz citiem Visumiem. “Ja melnais caurums ir pietiekami liels un rotē, tas varētu būt tilts uz citu Visumu. Bet, to šķērsojot, jūs vairs neatgriezīsit mūsējos,”sacīja fiziķis. Hawking iepazīstināja ar savām idejām konferencē 3. septembrī, pirmsdrukājot to vietnē arXiv.org. Pats Hokinga darbs, kura līdzautori ir Perijs un Štringegers, tur tika publicēts 2016. gada 5. janvārī.
Malkolms Perijs, Endrjū Štringegers un Stīvens Hokings (no kreisās uz labo)
Foto: Anna N. Zytkova / Scientificamerican.com
Agrāk (kopš 70. gadu vidus) Hokings uzskatīja, ka informācija netiek glabāta melnajos caurumos. Par šo jautājumu 1997. gadā viņš un Kip Thorne noslēdza derības ar amerikāņu teorētisko fiziķi Džonu Preskillu. Hokinga skatījums uz melnā cauruma informācijas paradoksu ir mainījies līdz ar stīgu teorijas attīstību.
Reklāmas video:
1996. gadā stīgu teorijas ietvaros Štringegers un Kumrūns Vafa demonstrēja melno caurumu entropijas izteiksmes atvasinājumu, ko termodinamiski pirmo reizi ieguva Izraēlas fiziķis Jēkabs Bekenšteins 1973. gadā. Viņu secinājums norāda, ka melno caurumu iztvaikošana saglabā kvantu mehānikas vienotību (saistīta ar konsekventu varbūtības interpretāciju), ko Hawking iepriekš apšaubīja.
Britu zinātnieks 2005. gadā publicētajā darbā centās kvalitatīvi izskaidrot informācijas saglabāšanu melnajā caurumā, izmantojot funkcionālā integrālā paņēmienu, kas pārņemts telpā ar triviālu topoloģiju. Tie paši rezultāti izrietēja no AdS / CFT sarakstes idejas, kuru 1998. gadā stīgu teorijas ietvaros ierosināja Huans Maldacena. Tas, savukārt, ir balstīts uz hologrāfisko principu, ko 1993. gadā ierosināja holandiešu teorētiskais fiziķis Žerārs t'Hooft (šis zinātnieks 2015. gada 5. septembrī publicēja pirmsdruku ar alternatīvu informācijas glabāšanas veidu, izmantojot melno caurumu).
Jaunajā darbā zinātnieki izmanto 1960. gadu pētījumus. Tad fiziķi Stīvens Veinbergs un citi ierosināja super tulkojumu jēdzienu (tos nevajadzētu sajaukt ar supermatemātikā izmantoto tāda paša nosaukuma terminu). Turklāt autori izmantoja Stromingera et al. Rezultātus, no kuriem izrietēja, ka melnajam caurumam ir tā sauktie mīkstie mati. Štringegers izmantoja mīkstos fotonus, kas zināmi no kvantu elektrodinamikas - lielu viļņu garumu elektromagnētiskā starojuma kvanti, kurus izmanto renormalizācijās (kvantu lauka teorijas atšķirību novēršanas procedūras). Šādām daļiņām ir zema enerģija, un, aprakstot vakuuma stāvokli (ar viszemāko enerģiju), rodas jauns kvantu stāvoklis, kam raksturīgs leņķiskais impulss (jo fotonam tāds ir).
Štromingeru ieinteresēja jautājums par to, vai sistēmas sākotnējais kvantu stāvoklis neatšķirsies no nākamā, ja mēs uzstādīsim fotona viļņa garumu par bezgalīgu (tas ir, lai tā enerģiju uzskatītu par nulli). Aprēķini parādīja, ka šajā gadījumā mainīsies sistēmas kvantu stāvoklis. Mīkstie gravitoni un fotoni, kas atrodas bezgalīga viļņa garumā, pastāv uz telpas-laika robežām. Pieliekot melnajiem caurumiem, izrādās, ka notikuma horizontā ir lokalizētas mīkstas daļiņas - četru dimensiju telpas-laika cauruma trīsdimensiju hologramma.
Kad viņi runā par superpārraidēm, zinātnieki domā identisku gaismas staru pārvērtības, kas pastāv melnā cauruma notikumu horizontā. Sešdesmitajos gados tika izmantoti supertulkojumi, lai aprakstītu gaismas starus bezgalībā kosmosa laikā, nevis melno caurumu notikumu horizontu. Štringere skaidroja superpārraides ideju, izmantojot bezgalīgi garu un identisku salmu kolekcijas piemēru. Ja vienu no tiem pārvieto uz augšu vai uz leju attiecībā pret citiem, vai šādu kustību var uzskatīt par reālu? Zinātnieku pētījumi ir devuši pozitīvu atbildi uz šo jautājumu.
Džerards t'Hoofts un Stīvens Hokings
Foto: Håkan Lindgren / kth.se
“Ja salīdzina divus melnos caurumus, kas atšķiras tikai ar mīksta fotona pievienošanu, kurš nemaina enerģiju, tad rodas dažādi melnie caurumi. Un tad jūs ļaujat viņiem iztvaikot. Šajā gadījumā viņiem jāiztvaiko kaut kas atšķirīgs viens no otra. Mēs sniedzam precīzu formulu, kas ir viens no galvenajiem mūsu darba rezultātiem, aprakstot melnā cauruma kvantu stāvokļa atšķirības, kurām tika pievienots vai netika pievienots mīkstais fotons,”zinātniskais pārstāvis pastāstīja Štromingeram.
Fiziķis atzīmēja, ka pētījumu laikā viņš varēja formulēt 35 daudzsološas problēmas, kuru atrisināšana var aizņemt pat vairākus mēnešus. "Ja mums ir visas sastāvdaļas, lai izprastu melno caurumu kvantu dinamiku, tas ļauj saskaitīt hologrāfisko pikseļu skaitu," viņš teica. Nākotnē Štringeri un līdzautori gatavojas pētīt nevis supertulkojumus, bet gan super-rotācijas. Izmantojot analoģiju ar identiskiem bezgalīgi gariem salmiņiem, mēs varam teikt, ka šajā gadījumā pēdējie apmainās vietām savā starpā (viens salmiņš griežas ap otru).
"Tās (super-rotācijas) ir vēl viens simetrijas veids bezgalībā, kur jūs ne tikai pārvietojat gaismas starus uz augšu un uz leju, bet arī ļaujat viņiem pārvietoties viens pret otru," sacīja Štromgers. Zinātnieki šādas pārvērtības sāka pētīt apmēram pirms desmit gadiem, un progress to izpratnē ir sasniegts tikai pēdējos divos gados. Hokings, kurš 8. janvārī svinēja 74. dzimšanas dienu, savu redzējumu par jauno darbu prezentēs lekcijās, kuras 26. janvārī un 2. februārī pārraidīs BBC Radio 4.
Andrejs Borisovs