Hawking meklē "avārijas izeju" melnajā caurumā

Melnie caurumi vienmēr ir bijuši vienkārši mūsu iztēlē.

Bija laiks, kad, izmantojot vispārējās relativitātes teorijas noteikumus, varētu iedomāties blīvu bezgalīgu singularitāti. To ieskauj gravitācijas zona, no kuras nebija iespējams aizbēgt, un to sauca par “notikumu horizontu”. Šie komponenti kopā ar vairākām papildu detaļām bija melnā cauruma anatomijas pamatprincips.

Grāmatu par to raksta ļoti skaidri: nekas, ne pat gaismas staru var izjaukt objekta notikumu horizonta gravitācijas vice. Tā ir tikai viena virziena biļete. Ja astronauts ir pārāk tuvu notikuma horizontam, viņš tiks vilkts iekšā. Un viņam būs jāsamierinās līdz nāvei, gaidot briesmīgas sekas no spagetēšanas.

Lai gan tas ir vienkāršota forma, tas kalpoja kā diezgan pienācīgs paskaidrojums par to, kas notiek melnajā caurumā. Taču 1970. gados Britu teorētiskās fizikas guru Stephen Hawking iepazīstināja ar savu galveno teoriju par melno caurumu iztvaikošanu. Un mūsdienās Hawking uzskata, ka mācību grāmatas bija nepareizas, liekot mums domāt, ka melni izskatās vienvirziena ielās.

Hawking radiācijas problēma

Faktu, ka melnie caurumi var iztvaikot, sarežģītība ir neizpētītās kvantu pasaules dīvainības sekas. Kvantu teorētiķi norāda, ka vakuuma telpā „virtuālo daļiņu” pāris pastāvīgi izlēkt no telpas un atgriežas tajā. Tātad izrādās, ka „īstais vakuums” nekad nav tukšs. Faktiski, tas ir piepildīts ar pāriem kvantu daļiņām, kas ir dzimušas pasaulē, un pēc tam iznīcina tiny laika intervālā. Parasti šāds process notiek bez sakabes un pacēluma daļiņas rodas no vakuuma, tad tās iznīcina ar savu partneri, un Universe dara savu personīgo biznesu. Bet, ja maisījumam pievienojat melnu caurumu, tad viss ap jums iegūst ārprāts.

Kā minēts iepriekš, notikumu horizonts melnajā caurumā kļūst par punktu, no kura nav atgriešanās. Tātad, kas notiks, kad virtuālās daļiņas pāris vispārējā eksistencē uz horizonta un tikai viens iekrīt? Nu, otrā „virtuālā daļiņa”, kas ir zaudējusi savu iznīcināšanas partneri, burtiski tiek izspiesta no melnā cauruma un kļūst par “realitātes” kategoriju. Kļūstot par “realitāti”, šī daļiņa no melnā cauruma ņem daļu masas (kvantu mehānika nekad nav apgalvojusi, ka tā nodod loģisku nozīmi). Sakarā ar šo procesu, pastāvīgi nikns notikumu horizontā, melnais caurums sāk zaudēt fizisko masu. Tas ir tas, ko Hawking starojums iztvaiko.

Līdz šim es tikai uzsildīju jūsu apetīti par kvantu lauka teorijas dīvainībām, un tad tas būs tikai pārāks. Bet vispirms mums ir jāpieskaras papildu informācijai.

Vispārējie relativitātes teorijas un kvantu lauka teorijas savstarpēji izpaužas kā noteikumi. Abas fizikas jomas nodarbojas ar telpas, laika un materiāla fundamentāliem aprakstiem mikro (kvantu) un makro (kosmoloģiskajā) līmenī. Tie atrodas skalu pretējās pusēs. Un pēc nesenās Higga bosona atklāšanas, kvantu „receptes grāmata”, ko sauca par standarta modeli, atkal palīdzēja pierādīt, ka tas ir precīzs apraksts par mūsu Visuma darbību.

Šķiet, ka standarta modelim ir būtiska smaguma problēma. Līdz šim fiziķi nav spējuši atrast daļiņu, kas ietekmē gravitācijas spēku (hipotētiskais nosaukums ir “gravitons”). Un, neskatoties uz visiem saviem centieniem, šķiet, ka joprojām nav iespējams atrisināt šo mīklu. Un pēdējos gados melnais caurums ir kļuvis par vēl vienu kaujas laukumu starp vispārējo relativitātes teoriju un kvantu lauka teoriju.

“Ne drāmas” antisēze

Kad materiāls (un tātad „informācija”) nonāk melnā cauruma telpā, tas tiek noņemts no zināmiem Visuma ierobežojumiem un tiek efektīvi iznīcināts. Tā ir problēma. Vispārējā relativitātes teorija maz rūp par informāciju, kas ir svarīga. Bet, no otras puses, kvantu teorija ir pārāk ieinteresēta šajā informācijā un uzskata, ka to nevar “noskaidrot”.

2004. gadā notika slavens notikums, kad Hawking atzina sakāvi strīdā ar teorētisko fiziķi Johnu Presquilu. Viņš apstiprināja, ka melnajā caurumā zaudētā informācija ir kodēta Hawking starojumā (viņš sākotnēji apgalvoja, ka melnie caurumi iznīcina informāciju, un informācija radiācijā ir jauns kods, kas neattiecas uz objektu, kas ienāk caurumā).

Taču šī ātrā labošana radīja vēl vienu problēmu. 2012. gadā Kalifornijas Universitātes Džozefs Polčinskis (Santa Barbara) vadītā fiziķu grupa saprata, ka informācijas glabāšanai Hawking starojumā būtu nepieciešams spēcīga kvantu enerģijas „ugunsmūris”, kas viss izspiestu ārpus notikumu horizonta.

Atgādinot mūsu nelaimīgo kosmonautu, kurš nonāca pie melnā cauruma notikuma horizonta, ar vispārējo relativitātes teoriju, viņš neko neredzēs, kamēr tas šķērsos šo zonu (protams, ja ne Matthew McConaughey redzētu spilgtas gaismas). Protams, galu galā astronauts iedalīsies mazos gabaliņos, bet tas tiks sadedzināts. Šāds domāšanas eksperiments ir pazīstams kā bez drāmas postulāts.

Bet viss mainās no ugunsmūra. Viņš vienkārši pārkāpj drāmas likumus un rada tieši pretējo. Tas ir, tas pilnībā pārkāpj vispārējo relativitātes teoriju un teoriju, kas kontrolē melno caurumu, ar kuru mēs sākām.

Tāpēc fiziķiem ir jācīnās ar vienādojumiem un jāmēģina atrisināt “informācijas paradoksu”. Tas ir tas, ko pēdējos gadu desmitos ir darījuši vislielākie prāti. Stephen Hawking pats pat neatstāj šīs debates. Piemēram, pagājušajā gadā viņš apsprieda iespēju aizstāt savu teoriju ar teorētisku konstrukciju, kas pazīstama kā “šķietamais horizonts”, nevis noteiktām robežām. Iespējams, ka šī koncepcija ir jāuzlabo un patiesībā šis horizonts maina tās veidošanos, reaģējot uz kvantu svārstībām melnajā caurumā. Tas rada haotisku traucējumu informācijā, kas pārsniedz redzamo horizontu, kas neierobežo kvantu dinamikas likumus, ne arī vispārējo relativitātes teoriju.

„Tādējādi, tā kā laika prognozēšana uz Zemes, informācija tiks efektīvi zaudēta, ja nebūs zaudētas vienotības,” rakstīja Hokss rakstā. Tas nozīmē, ka, lai gan informācija var tikt atbrīvota no melnā cauruma, tās nejaušību nevar interpretēt, neatrisinot problēmu ar ugunsmūri.

Lieki teikt, ka tas nav beigas debatēm starp Hawking vienaudžiem.

Un tagad Hawking, kas 24. augustā Stokholmā ieradās uz Royal Institute of Technology, sniedza izsmalcinātu paskaidrojumu ar publisku lekciju. Viņš man teica, ka viņš domā par vadu apstrādi melnajos caurumos.

„Es uzskatu, ka informācija netiek glabāta melnā cauruma vidū, kā varētu domāt, bet tās robežas, notikumu horizontā,” viņš teica lekcijā.

Zinātnieks sīki izskaidroja, ka informācija tiek glabāta uz melnā caurumā nonākušiem objektiem un tiek pārvērsta divdimensiju hologrammās, pēc tam tie tiek uzņemti Hawking starojumā un izņemti no melnā cauruma. Bet tajā nav romantikas, jo tas nav izskatījies kā moderns datora cietais disks. Tā vietā tas ir īsts haotisks haoss.

„Es domāju, ka melnās caurumi nav tāda pati, kā tie ir aprakstīti,” viņš paskaidroja. - „Tie nav mūžīgs cietums, kā jau iepriekš tika uzskatīts. Lietas var iet no cauruma uz ārējiem vai citiem Visumiem. " Mēs gaidām dokumentus, ko Hawking un viņa darbinieki plāno publicēt dažu nedēļu laikā, lai saprastu, ko viņš domā ar vārdu „citi”. Bet ir pieņēmumi, kas skaidri parāda, ka caurumi var kalpot par durvīm paralēlām pasaulēm vai pat visaptverošiem Visumiem.

Pasākuma Horizon teleskops

Pašlaik Hawking varēja formulēt „avārijas izeju”, lai iegūtu informāciju no tēmas, kas ir nokritusi melnajā caurumā. Bet mēs nevarēsim precīzi zināt procesu, līdz mēs pilnībā izpētīsim šo objektu raksturu.

Pasākuma Horizon teleskopa astronomi ir tuvu redzēt mūsu galaktikas dziļu kodolu. Viņi var redzēt projicēto gaismas disku, kas ieskauj Piena ceļa melno caurumu , Strēlnieks A, kas atrodas 20 tūkstošu gaismas gadu attālumā.