Nova rješenja za paradoks gubitka informacija u crnim rupama
Tim znanstvenika nedavno je iznio moguće rješenje za poznati paradoks gubitka informacija u crnim rupama, koji je prvi put predložio profesor Stephen Hawking prije gotovo 50 godina. Crne rupe su neob objekti koji, iako smo o njima saznali mnogo, i dalje zbunjuju naše razumijevanje fizike.
Što su crne rupe?
Crne rupe nastaju kada masivne zvijezde kolabiraju, stvarajući područja u svemiru gdje je gravitacija toliko jaka da ni svjetlost ne može pobjeći. Njihovo postojanje predstavlja problem prilikom proučavanja putem termodinamike. Konačno stanje crne rupe, kada dođe do ravnoteže, ovisi samo o tri parametra: njenoj masi, kutnoj momentu i električnom naboju.
„U klasičnoj općoj relativnosti, crna rupa sprječava bilo koju česticu ili oblik zračenja da pobjegne iz svoje kozmičke tamnice,“ objašnjava francuski astrofizičar Jean-Pierre Luminet u pregledu iz 2016. godine. „Za vanjskog promatrača, kada materijalno tijelo prijeđe horizont događaja, sva znanja o njegovim materijalnim svojstvima su izgubljena. Samo nove vrijednosti M [masa], J [kutna moment] i Q [električni naboj] ostaju. Kao rezultat toga, crna rupa proždire ogroman broj informacija.”
Hawkingovo zračenje i paradoks informacija
Iako cijela situacija zvuči jednostavno, crne rupe, koje imaju značajnu masu, prema prvom zakonu termodinamike, trebaju imati i temperaturu. U skladu s drugim zakonom termodinamike, trebale bi isijavati toplinu. Stephen Hawking pokazao je da crne rupe trebaju emitirati zračenje – danas poznato kao Hawkingovo zračenje – koje nastaje na granici crne rupe.
„Hawking je tada ukazao na paradoks. Ako se crna rupa može ispariti, dio informacija koje sadrži se gubi zauvijek,“ nastavlja Luminet. „Informacije sadržane u termalnom zračenju koje isijava crna rupa su degradirane; ne sažimaju informacije o materiji koja je prethodno progutana. Nepovratni gubitak informacija suprotstavlja se jednom od osnovnih postulata kvantne mehanike. Prema Schrödingerovoj jednadžbi, fizički sustavi koji se mijenjaju tijekom vremena ne mogu stvarati ili uništavati informacije, svojstvo poznato kao unitaritet.”
Proposed Solutions to the Paradox
Ovo je poznato kao paradoks informacija crnih rupa i, s obzirom na to da se čini da krši naše trenutno razumijevanje svemira, predmet je mnogih istraživanja i rasprava. Prijedlozi rješenja uključuju mogućnost postojanja „vatrenih zidova“, da su crne rupe pomalo mutne ili da su zapravo gravastari umjesto onoga što smatramo crnom rupom.
Jedno od područja fokusiranja bila su ponašanja povezane čestice koje padaju u crnu rupu. Kvantna mehanika nam govori da mjerenje jedne povezane čestice može pružiti informacije o njenom povezanom partneru, a sugerirano je da bi ta nelokalnost mogla pružiti rješenje.
Non-Violent Non-Locality (NVNL)
„Giddings je predložio da informacije koje su pale u crnu rupu mogu pobjeći putem nelokalne interakcije (NVNL), koja osigurava nelokalnu interakciju između unutrašnjosti i vanjštine crne rupe, uz povezane nenasilne fluktuacije prostor-vremena tijekom prijenosa informacija,“ objašnjava tim u svom novom radu, koji je objavljen kao preprint i još nije pregledan.
„Za razliku od vatrenih zidova, ove kvantne fluktuacije bile bi rasprostranjene na većoj udaljenosti – do Schwarzschildovog radijusa.” Ako su informacije uistinu sposobne pobjeći iz crne rupe zbog nelokalnosti, tim sugerira da bi trebali moći detektirati te informacije u gravitacijskim valovima, pri čemu bi ti valovi nosili informacije o onome što je ušlo u crnu rupu, umjesto nasumične šumove.
Potencijalni testovi rješenja
„Otkrili smo da oblik vala pokazuje nasumične odstupanja koja su osobito važna u kasnoj fazi inspiralnog uranjanja. Pronalazimo optimalne parametre de faze za detekciju ovog efekta pomoću analize glavnih komponenti,“ piše tim. „Ovo je osobito intrigantno jer predviđa nasumične promjene faze tijekom raznih događaja gravitacijskih valova, pružajući teorijsku podršku za hijerarhijske testove opće relativnosti.”
Ova ideja je zanimljiva i tim vjeruje da bi se mogla testirati mrežom Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i Virgo Gravitational Wave Interferometer (Virgo), ili sljedeće generacije detektora gravitacijskih valova. Iako je zanimljivo, tim još ima mnogo posla, uključujući modeliranje „utjecaja NVNL perturbacija na propagaciju valova kroz konačno prostor-vrijeme crne rupe kako bi se uočilo kako će valovi ringdown biti modificirani,” i uzimanje u obzir vrtnje crnih rupa. Detekcija takvih valova mogla bi potrajati još duže.
Studija je objavljena na preprint serveru arXiv.
Zaključak
Ova nova istraživanja o crnim rupama i informacijskom paradoksu pružaju uzbudljive perspektive za buduće razumijevanje svemira. S daljnjim istraživanjima i potencijalnim testovima, možda ćemo i saznati više o tim misterioznim objektima i njihovoj ulozi u strukturi svemira.
