Исчезает ли информация в черной дыре?

futuraptor
31-10-2015
Исчезает ли информация в черной дыре?
156

Вы, наверное, считаете, что нужно приложить много сил, чтобы преодолеть гравитацию Земли и выйти в космос, но то, как наша планета притягивает к себе - ничтожно мало, по сравнению с многими вещами во Вселенной. Хотя и для Солнца, галактики или даже для такого монструозного объекта, как нейтронная звезда, можно найти более сильного соперника. Представьте себе небольшую, компактную область пространства, которая, настолько заполнена материей и энергией, что вы должны двигаться быстрее, чем скорость света, чтобы преодолеть ее гравитацию. Это именно то, что называют «черная дыра»: область, где гравитация настолько сильна, что ничто - даже свет - не может убежать от нее.

Жизнь после смерти

Заходит больше чем выходитОбычно, образуясь в результате сжатия ядра ультра-массивной звезды, черная дыра имеет такие экстремальные свойства, которые неизбежно ведут к сингулярности, где нет известных форм материи - даже элементарные частицы не могут противиться ей. Вместо этого, количество пространственных измерений сводится к точке, а известные законы физики ломаются.
Проблема черных дыр с информацией, которая попадает в них. Во Вселенной, как мы ее понимаем, есть определенные свойства материи и энергии, которые содержат информацию. Частица, например протон или электрон, содержит не только массу, электрический заряд и спин, но и другие квантовые свойства, такие как барионное число, лептонное число, слабый гиперзаряда, цветовой заряд, квантовую запутанность, соединяющую одну частицу с другой.
Если вы делаете черную дыру из целого набора частиц (обычно на дыру надо около 10 ^ 58 штук), каждая со своими уникальными свойствами, и это не только протоны и электроны, но также множество нейтронов, фотонов, нейтрино, антинейтрино, позитронов, вы ожидаете, что информация, содержащая их конфигурацию, определенно попадет в черную дыру.
Но черные дыры не имеют памяти. На самом деле, насколько мы можем судить, черные дыры полностью описываются только тремя свойствами: их массы (регулируется по количеству вещества и энергии, которые пошли на них), их электрический заряд, и их углового момента (который описывает их вращение).
Так куда эта все девается? Информация черной дыры, получившейся из коллапса обычной звезды должна, по идее, сильно отличаться от той, которая является результатом коллапса (теоретически) звезды из антиматерии, и тем не менее, этого различия в дыре не закодировано! Если у меня было две одинаковые черные дыры, и в одну добавил кучу нейтронов, а на другую равное сочетание протонов и электронов, пока их массы не стали бы одинаковыми, то опять же, они должны иметь разные свойства, так как теперь они имеют разные числа барионов (и лептонов) внутри. Тем не менее, как нам известно, такой разницы не существует. Нет никакого способа, чтобы отличить их.

За горизонтом

испарение черной дырыВы можете подумать, что горизонт событий черной дыры спасет нас от этого парадокса, так это особое место - граница между тем, где свет может и не может преодолеть гравитацию – по сути "заморожено" в том смысле, что все, ]]>что падает на его поверхность]]> всегда будет оставаться в виде закодированной информация. Это свойство обнаружено еще в 1939 году. Но в 1974 году, Стивен Хокинг показал, что этого недостаточно для разрешения проблемы.
На достаточно длинных временных масштабах, квантовая природа Вселенной, и тот факт, что существуют флуктуации частица-античастица, происходящие в искривленном пространстве на горизонте событий (при рождении в вакууме пары частиц, одна из них может оказаться за границей горизонта и «испариться» ) - все это означает, что у черных дыр есть тепловое излучение, излучение черного тела, и что в конечном итоге приводит к их распаду и «испарению».

Куда исчезает информация

NASA, ESA, STScI-PRC14-41a иллюстрация черной дыры в карликовой галактике M60-UCD1Это огромная проблема для физики, так как тип квантовой информации, которая попадает в черную дыру, как предполагается, должна быть одной из тех, которая обязательно сохраняется. Но то, что выходит из черной дыры - тепловое излучения абсолютно черного тела, - не содержит ничего подобного. Там нет дополнительной информации!
В этом и парадокс. Как его решить? Общее мнение среди физиков таково, что должен быть способ, который мы еще не понимаем (возможно, требующий квантовую теорию гравитации), что на самом деле "замороженная" на горизонте событий информация, кодирована в исходящем от него излучении. Но так ли это? И если да, то как это происходит? Ответ таков: никто не знает. Недавнее ]]>заявление]]> Стивена Хокинга было в лучшем случае лишь малым шагом на пути к этому ответу, и, скорее всего, является тупиком идеи, как и большинство гипотез на этом фронте.

Вопросы без ответов

Всякий раз, когда возникает конфликт между тем, что наши лучшие теории предсказывают:

  • что есть определенные величины, которые должны быть сохранены,
  • и, что конечное состояние системы содержит различные количества этих сохраняющихся величин, чем их исходное состояние,

это предзнаменование научного прогресса.

Этот парадокс такая важная проблема, потому что он говорит нам, что что-то в нашем нынешнем понимании Вселенной, является в некотором роде, неполным. Есть ли какие-то новые законы физики? Или есть новое применение существующих в настоящее время законов, которое мы пропустили? Должны ли вообще эти величины сохраняться? Действительно ли информация как-то кодируется в конечном состоянии? Поможет ли в решении этих вопросов теория квантовой гравитации?
Можно надеяться, что есть ответы на эти вопросы. Но в то же время, этот парадокс означает, что у нас есть проблемы, и, следовательно, нам надо еще больше узнать.

Слайд Исчезает ли информация в черной дыре?
Слайд Исчезает ли информация в черной дыре?
Слайд Исчезает ли информация в черной дыре?
Слайд Исчезает ли информация в черной дыре?

futuraptor.com - интернет-журнал, публикующий новости науки и технологий,  об их влиянии на различные сферы жизни человека.

Человек построил вокруг себя собственный мир - мир в котором даже его творцу теперь непросто ориентироваться. Проявления технологий различно - это и IT, и робототехника, био- и генная инженерия, огромное культурологическое влияние - в музыке, кино, книгах, телевидение. Поток информации просто ошеломляет - достаточно лишь подписаться на десяток околонаучных твиттеров и новостная лента будет обновляться быстрее, чем вы ее сможете прочесть. Столько всего нового и так мало времени. Наша скромная миссия - предоставить на нашем сайте возможность прочесть самое интересное, а иногда и полезное, что может появиться в сети. Вместо множества источников - выберите один, наш сайт(у нас есть твиттер @futuraptorr, а также страницы в социальных сетях) и обеспечьте себя интересным чтением в минуты досуга. 

Современные достижения науки и техники, новые технологии, электроника, компьютеры, роботы, гаджеты, мобильные устройства, интересные разработки известных корпораций, средства коммуникаций, футуристические концепты, космические исследования, интересное и полезное в сети, изобретения - все это и многое другое в новостях и обзорах на этом сайте. А также о вещах смежных(скорее субъективно, нежели объективно). 

Мы всегда готовы поведать о чем-то новом, о том что на самом краю. И если у вас есть идея для нас, просто оставьте комментарий к статье. Мы всегда читаем комментарии. Или напишите нам на story@futuraptor.com

Остались вопросы? Отправьте форму на странице обратной связи

Новые статьи

Квадрокоптер Walkera Voyager 4 позволяет делать снимки с километра

Данная модель является одной из первых в потребительском сегменте, которая может быть укомплектована камерой с оптическим 16X зумом.

Walkera F210 3D – гоночный квадрокоптер для состязаний и не только

Сравнительно недорогой FPV-беспилотник с хорошей управляемостью и прочной конструкцией.