Стивен Хокинг скончался сегодня (14 марта), оставив после себя огромный опыт работы астрофизиком, научным специалистом, активистом и деятелем поп-культуры. И в день его смерти вопрос, который он поднимал и работал до последних лет своей жизни, остается без ответа: действительно ли информация может быть потеряна для вселенной?
Самая известная газета Хокинга «Взрывы черной дыры?», Опубликованная 44 года назад в 1974 году, взяла верх над понятием черных дыр, как их понимали физики. И это был первый удар Хокинга по этому основному вопросу.
«Классически, черная дыра должна быть« совершенно холодной »в том смысле, что она поглощает все, но ничего не излучает. Так их понимали в начале 1970-х годов», - написал в электронном письме физик из Университета Лойола в Чикаго. ,
Такая черная дыра не излучала бы энергии, и материя не могла убежать от нее. Это просто ... существовало бы, холодно, тихо и вечно. Бумага Хокинга сделала черные дыры живыми - и, возможно, смертельными.
«Когда Стивен рассматривал квантово-механические эффекты в середине 70-х годов, он обнаружил, что черные дыры, в принципе, должны излучать, как если бы они были тепловыми объектами с температурой», - сказал Макнис в интервью Live Science. «Если они излучают энергию, то их масса уменьшится. И он обнаружил, что когда это происходит, когда они уменьшаются, их температура повышается, и они излучают еще быстрее».
В конце концов, возможно, черная дыра полностью исчезнет или уменьшится до небольшого кусочка. Без полного согласования теории относительности и квантовой механики в надежной теории «квантовой гравитации» (которую физики называют «теорией всего»), заключительная стадия испарения черной дыры остается загадкой.
«Проблема в том, что, согласно его расчетам, излучение является совершенно тепловым. Оно не сохраняет никакой информации о состоянии материала, из которого образовалась черная дыра, и это нарушило бы фундаментальное правило квантовой механики», - писал Макнис. ,
Квантовая физика требует, чтобы все будущее и прошлое каждой частицы, в принципе, было возможно выяснить и связать через ряд связанных, причинных, вероятностных событий. Но если черная дыра выпускает недифференцированный суп частиц с их информацией - их историями - безвозвратно стертыми, то это требование в корне нарушается.
«Информационный парадокс чёрных дыр» и попытки его разрешить привели к тому, что большая часть работы в квантовой гравитации началась с тех пор, как она была впервые сформулирована », - пишет Макнис.
К 1974 году Хокинг уже был опытным физиком. И многие краткие биографии предполагают, что после публикации его научно-популярной книги 1988 года «Краткая история времени» его самая важная научная работа была позади. Но Хокинг продолжал выпускать важные и противоречивые научные статьи вплоть до этого десятилетия, борясь с парадоксом, который он ввел десятилетиями ранее.
Самая драматичная газета поздней карьеры, которую написал Хокинг, предположила, что черных дыр, как их классически понимают, вообще не существует.
В «Сохранении информации и прогнозировании погоды для черных дыр», опубликованном в 2014 году, он предположил, что «горизонт событий» вокруг черных дыр, точка, за которой даже свет не может уйти, на самом деле не существует. Вместо этого, он написал, есть просто «видимый» горизонт захваченного света, который может исчезнуть и позволить свету убежать.
«Отсутствие горизонтов событий означает, что там нет черных дыр - в смысле режимов, из которых свет не может вырваться в бесконечность», - писал Хокинг.
Он также предложил некоторые фундаментальные концептуальные проблемы с рядом особенностей, которые физики приписывают черным дырам, такие как «межсетевые экраны» вокруг их границ, которые уничтожают наблюдателей, которые пытаются войти.
Это было не последнее слово Хокинга о науке. Совсем недавно, в 2016 году, Хокинг опубликовал статью с физиком Кембриджского университета Малколмом Перри и физиком Гарвардского университета Эндрю Стромингером под названием «Мягкие волосы на черных дырах».
Исследовательская группа утверждала, что черные дыры окружены «мягкими» частицами или частицами с нулевой энергией, которые они называют волосами. Эти волосы, как они писали, хранят потерянную информацию о частицах, испускаемых черными дырами на «голографических пластинах» за пределами границ черных дыр. Таким образом, информация, будучи перемещенной, никогда по-настоящему не теряется.
«Полное описание голографической пластины и разрешение информационного парадокса остается открытой задачей, и мы представили новые и конкретные инструменты для ее решения», - написали они.
Даже в конце своей жизни Хокинг оставался очень работающим ученым, представляя идеи, которые продвигали его область, и идеи, которые его коллеги отвергали.
«У меня сложилось впечатление, что статья 2014 года не получила широкого распространения. С другой стороны, статья 2016 года, в которой говорится о работе Перри и Строминджера, - это направление, над которым люди все еще активно работают», - пишет Макнис.
«Информационный парадокс черной дыры был одним из определяющих вопросов для людей, работающих над квантовой гравитацией. И, поскольку он остается без ответа, я думаю, что он остается самым интересным вопросом, который возник».
