Изображение предоставлено NASA
Стивен Хокинг и Кип Торн могут задолжать Джону Прескиллу множество энциклопедий.
В 1997 году три космолога сделали известную ставку на то, что информация, попадающая в черную дыру, перестает существовать - то есть, изменяется ли внутренняя часть черной дыры вообще характеристиками частиц, которые ее проникают.
Исследования Хокинга показали, что частицы не имеют никакого эффекта. Но его теория нарушила законы квантовой механики и создала противоречие, известное как «информационный парадокс».
Теперь физики из Университета штата Огайо предложили решение с использованием теории струн, которая гласит, что все частицы во вселенной состоят из крошечных вибрирующих струн.
Самир Матур и его коллеги вывели обширный набор уравнений, которые убедительно свидетельствуют о том, что информация продолжает существовать - заключенная в гигантский клубок струн, который заполняет черную дыру от ее ядра до его поверхности.
Открытие предполагает, что черные дыры не являются гладкими, безликими объектами, как долго думали ученые.
Вместо этого они представляют собой «пушистые шарики».
Матур, профессор физики в штате Огайо, подозревает, что Хокинг и Торн не будут особенно удивлены результатами исследования, которое появляется в выпуске журнала Nuclear Physics 1 от 1 марта.
В своем пари Хокинг, профессор математики в Университете Кембриджа, и Торн, профессор теоретической физики в Калифорнийском технологическом институте, поспорили, что информация, попадающая в черную дыру, уничтожена, в то время как Прескилл - также профессор теоретической физики в Калифорнийском технологическом институте - взял противоположный взгляд. Колья представляли собой набор энциклопедий.
«Я думаю, что большинство людей отказалось от идеи, что информация была уничтожена, как только идея теории струн стала известной в 1995 году». Сказал Матур. «Просто никто не смог доказать, что информация сохранилась до сих пор».
В классической модели формирования черных дыр сверхмассивный объект, такой как гигантская звезда, разрушается, образуя очень маленькую точку бесконечной гравитации, называемую сингулярностью. Особая область в пространстве окружает сингулярность, и любой объект, который пересекает границу региона, известный как горизонт событий, втягивается в черную дыру, чтобы никогда не вернуться.
Теоретически, даже черный свет не может вырваться из черной дыры.
Диаметр горизонта событий зависит от массы объекта, который его сформировал. Например, если бы Солнце рухнуло в сингулярность, его горизонт событий будет иметь размеры примерно 3 километра (1,9 мили) в поперечнике. Если бы Земля следовала этому примеру, ее горизонт событий был бы всего 1 сантиметр (0,4 дюйма).
Что касается того, что лежит в области между сингулярностью и ее горизонтом событий, физики всегда буквально рисовали пробел. Независимо от того, какой тип материала сформировал сингулярность, область внутри горизонта событий должна была быть лишена какой-либо структуры или измеримых характеристик.
И в этом заключается проблема.
Проблема классической теории заключается в том, что вы можете использовать любую комбинацию частиц для создания черной дыры - протоны, электроны, звезды, планеты, что угодно - и это не будет иметь значения. Должно быть миллиарды способов сделать черную дыру, но с классической моделью конечное состояние системы всегда одинаково? Сказал Матур.
Такая однородность нарушает квантово-механический закон обратимости, пояснил он. Физики должны иметь возможность проследить конечный продукт любого процесса, включая процесс, который создает черную дыру, до условий, которые его создали.
Если все черные дыры одинаковы, то ни одна черная дыра не может быть прослежена до ее уникального начала, и любая информация о частицах, которые ее создали, навсегда теряется в момент образования дыры.
«Никто на самом деле не верит в это сейчас, но никто никогда не сможет найти ничего плохого в классическом аргументе» Сказал Матур. «Теперь мы можем предложить, что пошло не так».
В 2000 году теоретики струн назвали информационный парадокс номер восемь в своем десятке списка физических проблем, которые должны быть решены в следующем тысячелетии. В этот список включены такие вопросы, как «какова продолжительность жизни протона?» и как квантовая гравитация может помочь объяснить происхождение Вселенной?
Матур начал работать над информационным парадоксом, когда он был доцентом в Массачусетском технологическом институте, и он полностью занялся проблемой после того, как поступил на факультет штата Огайо в 2000 году.
Вместе с постдокторским исследователем Олегом Луниным Матур вычислил структуру объектов, которые лежат между простыми состояниями струн и большими классическими черными дырами. Вместо того, чтобы быть крошечными объектами, они оказались большими. Недавно он и два докторанта - Ашиш Саксена и Йогеш Шривастава - обнаружили, что на одной и той же картине изображен «пушистик». продолжал оставаться верным для объектов, более похожих на классическую черную дыру. Эти новые результаты появляются в ядерной физике Б.
Согласно теории струн, все фундаментальные частицы Вселенной - протоны, нейтроны и электроны - состоят из различных комбинаций струн. Но как бы ни были крошечны струны, Матур считает, что они могут образовывать большие черные дыры через явление, называемое дробным натяжением.
По его словам, струны растягиваются, но каждая из них несет определенное напряжение, как и струна гитары. При фракционном натяжении натяжение уменьшается по мере удлинения струны.
По словам Матюра, так же, как длинную гитарную струну легче сорвать, чем короткую гитарную струну, длинные нити из квантово-механических струн, соединенных вместе, легче растягивать, чем одну струну.
Поэтому, когда большое количество струн соединяется вместе, как это было бы для образования множества частиц, необходимых для очень массивного объекта, такого как черная дыра, комбинированный клубок струн очень растягивается и расширяется до широкого диаметра.
Когда физики штата Огайо получили свою формулу для диаметра нечеткой черной дыры, сделанной из струн, они обнаружили, что она соответствует диаметру горизонта событий черной дыры, предложенному классической моделью.
Поскольку гипотеза Матюра предполагает, что струны продолжают существовать внутри черной дыры, а природа струн зависит от частиц, составляющих исходный исходный материал, то каждая черная дыра так же уникальна, как звезды, планеты или галактики. это сформировало это. Струны из любого последующего материала, попадающего в черную дыру, также останутся прослеживаемыми.
Это означает, что черная дыра может быть прослежена до ее первоначальных условий, и информация выживает.
Это исследование было частично поддержано Министерством энергетики США.
Первоисточник: Выпуск новостей Государственного университета Огайо
