Črne luknje so v naši domišljiji vedno ostale preproste.
Bili so časi, ko bi lahko s pravili splošne teorije relativnosti predstavili gosto neskončno singularnost. Obkrožena je bila z gravitacijskim območjem, iz katerega ni bilo mogoče pobegniti, in se je imenoval »dogodek obzorja«. Te komponente so skupaj z več dodatnimi podrobnostmi predstavljale osnovni opis anatomije črne luknje.
O tem zelo jasno piše učbenik: nič, niti žarek svetlobe ne more prodreti skozi gravitacijski primež obzorja dogodkov. To je samo enosmerna vozovnica. Če je astronavt preblizu obzorja dogodkov, ga bodo povlekli noter. In moral bo pasti v smrt, pričakuje strašne posledice spaghetifikacije.
Čeprav je to poenostavljena oblika, je služila kot dokaj razumna razlaga, kaj se dogaja v črni luknji . Toda v sedemdesetih letih je britanski guru teoretične fizike Stephen Hawking predstavil svojo glavno teorijo izhlapevanja črnih lukenj. V sodobnem času pa Hawking verjame, da so bili učbeniki narobe, kar nas je pripeljalo do ideje, da so črnci podobni enosmernim ulicam.
Problem Hawkingovega sevanja
Zapletenost dejstva, da se črne luknje lahko izhlapijo, je posledica čudnosti neizkušenega kvantnega sveta. Kvantni teoretiki kažejo, da v vakuumskem prostoru par "navideznih delcev" nenehno skoči iz prostora in se vanje vrne. Torej se izkaže, da »pravi vakuum« nikoli ni prazen. Pravzaprav je napolnjena s parovami kvantnih delcev, ki so rojeni v svetu, in se nato izničijo v majhnem časovnem intervalu. Običajno se tak proces odvija brez kljuke in kljuke - delci nastanejo iz vakuuma, nato pa se s svojim partnerjem izničijo in vesolje opravi svoje osebno poslovanje. Ampak, če dodate mešanici črno luknjo, potem vse okoli vas pridobi značilnosti norosti.
Kot smo omenili zgoraj, se obzorje dogodkov v črni luknji spremeni v točko, iz katere ni vrnitve. Torej, kaj se bo zgodilo, ko se par navideznih delcev dvigne v splošnem obstoju na obzorju in samo eden pade v notranjost? No, drugi »virtualni delci«, ki so izgubili svojega partnerja za uničenje, so dobesedno izgnani iz črne luknje in postane kategorija »realnosti«. V procesu postajanja »realnosti« ta delček prevzame del mase iz črne luknje (kvantna mehanika nikoli ni trdila, da izraža logični pomen). Zaradi tega procesa, ki nenehno divja na obzorju dogodkov, črna luknja začne izgubljati fizično maso. To je, kar je Hawkingovo sevanje izhlapevanje.
Do tega trenutka sem segreval vaš apetit za nenavadnostjo kvantne teorije polja, in potem bo samo bolj čudno. Najprej pa se moramo dotakniti nekaterih dodatnih informacij.
Splošna teorija relativnosti in kvantna teorija polja igrajo med seboj s pravili. Obe področji fizike obravnavata temeljne opise prostora, časa in materije na mikro (kvantni) in makro (kozmološki) ravni. Nahajajo se na nasprotnih straneh tehtnice. Po nedavnem odkritju Higgsovega bozona je kvantna »knjiga receptov«, imenovana Standardni model, še enkrat pomagala dokazati, da je to natančen opis delovanja našega vesolja.
Zdi se, da ima standardni model temeljni problem z gravitacijo. Doslej fiziki niso mogli najti delca, ki posreduje v gravitacijski sili (hipotetično ime je »graviton«). In kljub vsem njihovim prizadevanjem se zdi, da še vedno ni načina za rešitev te uganke. In v zadnjih letih so črne luknje postale še eno bojno polje med splošno teorijo relativnosti in kvantno teorijo polja.
Antiteza »brez drame«
Ko materija (in s tem »informacije«) vstopi v prostor črne luknje, se odstrani iz znanih meja vesolja in se učinkovito uniči. To je težava. Splošna teorija relativnosti ne skrbi za informacije, ki jih ima. Kvantna teorija pa je po drugi strani preveč zainteresirana za te informacije in verjame, da je ni mogoče »očistiti«.
Leta 2004 se je zgodil slavni dogodek, ko je Hawking priznal poraz v sporu s fizikom teoretikom Johnom Presquilom. Potrdil je, da so informacije »izgubljene« v črni luknji kodirane v Hawkingovem sevanju (sprva je trdil, da črne luknje uničujejo informacije, informacije v sevanju pa je nova koda, ki se ne nanaša na predmet, ki vstopa v luknjo).
Toda ta hitra rešitev je ustvarila še en problem. Leta 2012 je skupina fizikov, ki jo je vodil Joseph Polchinski z Univerze v Kaliforniji v Santa Barbari, spoznala, da bi shranjevanje informacij v Hawkingovem sevanju zahtevalo »požarni zid« močne kvantne energije, ki bi iztisnila vse, kar bi preseglo obzorje dogodkov.
Spominja se na našega nesrečnega kozmonauta, ki je prišel na obzorje dogodka črne luknje, s splošno teorijo relativnosti, ne bo doživel ničesar, medtem ko bo šel skozi to območje (seveda, če ne bi Matthew McConaughey videl svetlobo). Seveda bo na koncu astronavt razbil na majhne koščke, vendar bo zgorel. Takšen miselni eksperiment je znan kot noben dramski postulat.
Toda vse, kar spremeni slepo ulico iz požarnega zidu. Preprosto krši drame in ustvarja ravno nasprotno. To pomeni, da popolnoma krši splošno teorijo relativnosti in teorijo, ki nadzoruje črno luknjo, s katero smo začeli.
Zdaj se morajo fiziki boriti z enačbami in poskušati rešiti »informacijski paradoks«. To je tisto, kar so največji umi delali v zadnjih desetletjih. Sam Stephen Hawking niti te razprave ne zapusti. Lani je na primer razpravljal o možnosti zamenjave svoje teorije s teoretičnim konstruktom, znanim kot »navidezni obzorje«, ne pa določene meje. Morda je treba ta koncept izboljšati in dejansko to obzorje spremeni svojo formacijo kot odziv na kvantna nihanja v črni luknji. To ustvarja kaotično nered v informacijah onstran navideznega obzorja, ki ne krši zakonov kvantne dinamike, niti splošne teorije relativnosti.
»Tako bo napovedovanje vremena na Zemlji učinkovito izgubljeno, če ne bo izgube enotnosti,« je zapisal Hawking v članku. To pomeni, da čeprav se lahko informacije sproščajo iz črne luknje, njihove naključnosti ni mogoče razlagati brez reševanja problema z požarnim zidom.
Ni treba posebej poudarjati, da to ni konec razprave med Hawkingovimi vrstniki.
In zdaj je Hawking, ki se je pojavil na novicah na Kraljevem inštitutu za tehnologijo v Stockholmu 24. avgusta, podal svoje izjemno razlago na javnem predavanju. Povedal mi je, da razmišlja o informacijah o obdelavi žice v črnih luknjah.
»Verjamem, da informacije niso shranjene sredi črne luknje, kot se lahko zdi, ampak na njeni meji, v obzorju dogodkov,« je dejal na predavanju.
Znanstvenik je podrobno razložil, da so podatki shranjeni na objektih, ki spadajo v črno luknjo, in se pretvori v dvodimenzionalne holograme, potem pa so zajeti v Hawkingovem sevanju in odstranjeni iz črne luknje. Toda v njej ni nobene romance, ker ne izgleda kot super napreden računalniški trdi disk. Namesto tega je pravi kaotični nered.
»Mislim, da črne luknje sploh niso enake barve, kot so opisane,« je pojasnil. - Ne predstavljajo večnega zapora, kot se je prej mislilo. Stvari lahko gredo od luknje do zunanjih ali drugih vesolij. " Čakamo na dokumente, ki jih namerava Hawking in njegovo osebje objaviti v nekaj tednih, da bi razumeli, kaj je mislil z besedo »drugi«. Vendar obstajajo predpostavke, ki pojasnjujejo, da lahko luknje služijo kot vrata k vzporednim svetovom ali celo popolnim vesoljem.
Teleskop Horizon dogodkov
Trenutno je lahko Hawking oblikoval "izhod v sili", da pridobi informacije od subjekta, ki je padel v črno luknjo. Vendar ne bomo mogli natančno poznati procesa, dokler ne bomo v celoti preučili narave teh objektov.
Astronomi s teleskopa Event Horizon so blizu ogledu globokega jedra naše galaksije. Vidijo lahko projicirani disk svetlobe, ki obdaja supermasivno črno luknjo Rimske ceste , Strelec A, ki se nahaja na razdalji 20 tisoč svetlobnih let.
»Dolga leta je Hawking poskušal najti rešitve za informacijski paradoks: ali ga prilagoditi tako, da se kvantna teorija polja združi s splošno relativnostjo ali spremeniti način gledanja na črno luknjo,« piše Dimitrios Psaltis, profesor astronomije in fizike na Univerzi v Arizoni . "Če se bo z drugo možnostjo vse zgodilo, bo teleskop Event Horizon videl edinstven pogled."
Hawkingovo delo lahko predlaga nove vrhunske ideje in ponuja priložnost, da razmisli o nekaterih vidikih informacijskega paradoksa.
