Melnās bedrītes iegūst savu vārdu, jo to smagums ir tik spēcīgs, ka tas pat aiztur gaismu. Tā kā gaisma nevar atstāt melno caurumu, tad arī informācija parādās. Dīvainā kārtā fiziķi ir parādījuši teorētisku roku gājienu un izdomājuši, kā iegūt melnajā bedrē iekritušu informācijas gabalu. Viņu aprēķins skar vienu no lielākajiem fizikas noslēpumiem: kā visa melnajā bedrē iesprostotā informācija noplūst prom, kad melnā bedre "iztvaiko". Tiek uzskatīts, ka tam jānotiek, taču neviens nezina, kā.
Tomēr jaunajai shēmai drīzāk jāuzsver melnā cauruma informācijas problēmas sarežģītība, nevis tā jāatrisina. "Varbūt citi varēs iet tālāk, bet es nedomāju, ka tas palīdzēs," saka Dons Peidžs, teorētiķis Albertas universitātē Edmontonā, Kanādā, kurš nebija iesaistīts darbā.
Jūs varat samazināt elektrības rēķinu, bet jūs nevarat iznīcināt informāciju, iemetot to melnajā caurumā. Daļēji tas notiek tāpēc, ka, lai arī kvantu mehānika nodarbojas ar varbūtībām - piemēram, varbūtību, ka elektrons atrodas vienā vai otrā vietā - kvantu viļņiem, kas dod šīs varbūtības, ir jāattīstās paredzamā veidā, tādēļ, ja jūs zināt viļņu formu vienā punktā, varat to paredzēt. tieši jebkurā laikā nākotnē. Bez šīs "vienotības" kvantu teorija radītu bezjēdzīgus rezultātus, piemēram, varbūtības, kas nesasniedz 100%.
Pieņemsim, ka jūs izmetat dažas kvantu daļiņas melnajā caurumā. No pirmā acu uzmetiena tiek zaudētas daļiņas un tajās esošā informācija. Un tā ir problēma, jo kvantu stāvokļa daļa, kas raksturo daļiņu un melno caurumu apvienoto sistēmu, ir iznīcināta, kas padara neiespējamu precīzas evolūcijas paredzēšanu un pārkāpj vienotību.
Fiziķi domā, ka ir atraduši izeju. 1974. gadā britu teorētiķis Stīvens Hokings apgalvoja, ka melnie caurumi var izstarot daļiņas un enerģiju. Pateicoties kvantu nenoteiktībai, tukšā telpa patiesībā nav tukša - tā ir pilna ar sapārotām daļiņām, kas periodiski rodas un pazūd. Hokings saprata, ka, ja daļiņas, kas rodas no vakuuma, ietriecas melnās cauruma malā, viena aizlidos kosmosā, bet otra - melnajā caurumā. Nododot melnā cauruma enerģiju, izplūstošais Hokinga starojums liek melnajam caurumam lēnām iztvaikot. Daži teorētiķi domā, ka informācija atkal parādās un tiek kodēta melnās cauruma starojumā - tomēr tas ir pilnīgi nesaprotams brīdis, jo šķiet, ka starojums ir pilnīgi nejaušs.
Un tāpēc Aidans Četvins-Deiviss, Adams Džermins un Šons Kerols no Kalifornijas Tehnoloģiskā institūta Pasadenā ir atraduši labu veidu, kā iegūt informāciju no vienas kvantu daļiņas, kas pazudusi melnajā caurumā, izmantojot Hokinga starojumu un dīvaino kvantu teleportācijas jēdzienu.
Kvantu teleportācija ļauj diviem partneriem - Alisei un Bobam - pārnest vienas daļiņas, tāpat kā elektrona, smalko kvantu stāvokli uz otru. Kvantu teorijā elektrona griezienu var vienlaikus virzīt uz augšu, uz leju vai uz augšu un uz leju. Šo stāvokli var raksturot ar punktu uz globusa, kur ziemeļu pols nozīmē augšup un dienvidu pols - uz leju. Platuma līnijas nozīmē dažādus augšup un lejup sajauktus, un garuma līnijas nozīmē "fāzi" jeb to, kā krustojas topi un dibeni. Bet, ja Alise mēģina izmērīt šo stāvokli, tas vienā vai otrā scenārijā "sabrūk" uz augšu vai uz leju, iznīcinot fāzes informāciju. Tāpēc viņa nevar izmērīt štatu un nosūtīt informāciju Bobam, bet tā jāsūta neskarta.
Lai to izdarītu, Alise un Bobs var apmainīt papildu elektronu pāri, kurus savieno īpaša kvantu saite - sapīšanās. Katras daļiņas stāvoklis sapinušajā pārī nav definēts - tas vienlaikus norāda uz jebkuru pasaules punktu -, taču to stāvokļi ir savstarpēji saistīti, tāpēc, ja Alise izmēra savu daļiņu no pāra un atklāj, ka tā griežas, teiksim, augšup, viņa uzreiz uzzinās, ka Boba elektrons pagriežas no augšas uz leju. Tātad Alisei ir divi elektroni - viens, kura stāvokli viņa vēlas teleportēties, un puse no sapinušās pāra. Bobam ir tikai viens no mulsinošajiem pāriem.
Reklāmas video:
Teleportācijas veikšanai Alise izmanto vēl vienu dīvainu kvantu mehānikas īpašību: ka mērīšana ne tikai atklāj kaut ko par sistēmu, bet arī maina tās stāvokli. Tāpēc Alise paņem divus no saviem neierobežotajiem elektroniem un veic mērījumu, kas uz tiem "projicē" sapinušos stāvokli. Šis mērījums izjauc sajukumu starp elektronu pāri, kas viņai un Bobs ir. Bet tajā pašā laikā tas noved pie tā, ka Boba elektrons atrodas stāvoklī, kādā atradās Alises elektrons, un viņai nācās teleportēties. Pareizi mērot, Alise pārsūta kvantu informāciju no vienas sistēmas puses uz otru.
Čatvins Deiviss un viņa kolēģi saprata, ka viņi var teleportēt informāciju par elektrona stāvokli arī no melnās cauruma. Pieņemsim, ka Alise peld ar melno caurumu ar savu elektronu. Tas uztver vienu fotonu no Hokingas starojuma pāra. Tāpat kā elektrons, fotons var griezties abos virzienos un būs sapinies ar fotonu partneri, kas iekrīt melnajā caurumā. Tad Alise mēra kopējo melnā cauruma leņķisko impulsu jeb griezienu - tā lielumu un, rupji runājot, cik kvadrātiski tas ir attiecībā pret konkrēto asi. Ņemot rokās šos divus informācijas gabalus, viņa iemet savu elektronu, uz visiem laikiem to zaudējot.
Bet Alise var atgūt informāciju par šī elektrona stāvokli, pēc zinātnieku domām darbā Physical Review Letters. Viņai atliek tikai vēlreiz izmērīt melnā cauruma vērpšanu un orientāciju. Šie mērījumi tad sapina melno caurumu un krītošo fotonu. Viņi arī teleportē elektrona stāvokli līdz Alises notvertajam fotonam. Tādējādi informācija par pazudušo elektronu tiks iegūta novērojamajā Visumā.
Čatvins-Deiviss uzsver, ka šī shēma nav praktiska eksperimenta plāns. Galu galā Alisei vajadzēs uzreiz izmērīt melnā cauruma griezienu, kura masa ir tāda pati kā saulei. "Mēs jokojam, ka Alise, iespējams, ir vismodernākā zinātniece Visumā," viņš saka.
Šai shēmai ir arī daudz ierobežojumu. Jo īpaši, kā atzīmē autori, tas darbojas ar vienu kvantu daļiņu, bet ne ar divām vai vairāk. Tas ir tāpēc, ka receptē tiek izmantots fakts, ka melnais caurums saglabā leņķisko impulsu, tāpēc tā galīgais grieziens ir vienāds ar tā sākotnējo griezumu plus elektrona griezienu. Tas ļauj Alisei iegūt tieši divus informācijas bitus - kopējo griezienu un tā projekciju gar vienu asi - un ar to pietiek, lai noteiktu vienas daļiņas kvantu stāvokļa platumu un garumu. Bet tas nav pietiekami, lai atgūtu visu melnā cauruma notverto informāciju.
Lai patiesi atrisinātu melnā cauruma informācijas problēmu, teorētiķiem jāņem vērā melnā cauruma interjera sarežģītie stāvokļi, saka Stefans Leihenhauers, Kalifornijas Universitātes Bērklija teorētiķis. "Diemžēl vislielākie jautājumi par melnajiem caurumiem ir par iekšējo darbību," viņš saka. "Tātad šis protokols, kas pats par sevi noteikti ir interesants, iespējams, maz mums pastāstīs par melnā cauruma informācijas problēmu."