«Мягкие волосы» черных дыр

Стивен Хокинг представил обновленные идеи по решению информационного парадокса черных дыр.

В последние годы известный астрофизик и космолог Стивен Хокинг, один из создателей современной теории черных дыр, пытается загнать в бутылку джинна, которого сам и выпустил. Речь идет об информационном парадоксе, связанном с черными дырами, а именно о том, что  происходит с информацией, которую несут о себе частицы, поглощаемые черной дырой.

Первоначально считалось, что в черных дырах информация пропадает для окружающего мира. Ведь после того, как частицы сгинули в этих «бездонных ямах» о них ничего нельзя узнать. Сами же черные дыры кроме массы, заряда и углового момента других характеристик не имеют. Это астрофизик Джон Уилер образно назвал теоремой о том, что «черные дыры не имеют волос», подразумевая под волосами прочие характеристики.

Однако, в 1975 году Стивен Хокинг пришел к выводу, что черные дыры могут «испаряться», порождая так называемое излучение Хокинга. Это означает, что они в результате могут полностью испариться и прекратить свое существование. Но что тогда происходит с накопленной внутри них информацией? В соответствии с законами квантовой механики она не может полностью исчезнуть. Разумеется, часть информации выходит вместе с излучением Хокинга, но его случайная природа приводит к тому, что эта информация не совпадает с поглощенной. Возникла проблема, которую физики пытаются решить уже 40 лет.

С 2015 года Стивен Хокинг озвучивает новую идею, что информация не попадает вовнутрь черной дыры, а хранится на горизонте событий в виде огромного количества фотонов или гравитонов с почти нулевой энергией. Такие частицы называют мягкими (напомним, что высокоэнергичное излучение называют жестким). Соответственно, следуя традиции, сохраненную таким образом информацию физики назвали «мягкими волосами». Таким образом, у черных дыр будет не четкая граница горизонта событий, а целая «прическа» из мягких фотонов. Ее можно сравнить с размещенной на границе горизонта голограммой, на которой записана информация. Эта голограмма изменяется каждый раз, когда частица пересекает горизонт событий или излучается черной дырой. Количество «мягких волос» пропорционально площади горизонта в единицах планковской длины (1,6×10-35 м).

В январе 2016 года Стивен Хокинг, Малькольм Перри и Эндрю Стромингер разместили на сайте arxiv.org препринт, в котором показали, что если учесть эти фотоны в уравнениях, описывающих черные дыры, то они станут переносчиками информации о тех частицах, которые когда-то были поглощены черной дырой. Правда извлечь ее будет крайне сложно. Эндрю Стромингер однажды образно описал это, как попытку узнать, какой конкретно объект был сожжен, глядя на пламя и дым. Кроме того, современная аппаратура не способна зафиксировать фотоны столь малой энергии. Статья вызвала бурное обсуждение и раскол в рядах физиков. Многие из них заняли скептическую позицию и высказали критические замечания.

В опубликованной 6 июня 2016 года в журнале Physical Review Letters статье исследователи представили доработанный вариант теории. Они пока не решили проблему полностью, но переработали математический аппарат теории и нашли дополнительные убедительные аргументы в пользу гипотезы «мягких волос». Из оставшихся проблем стоит отметить, что авторам еще предстоит объяснить, как информация восстанавливается излучением Хокинга, когда черная дыра полностью испарится, а так же повторить анализ для случая гравитации. Кроме того, возможно, «мягких волос» будет недостаточно для хранения всей информации. Однако имеется надежда, что на этом пути в один прекрасный день парадокс будет разрешен.

 Источник

Мы делаем Golbis для вас, жмите "нравится", чтобы читать нас на фейсбуке!








Мы делаем Golbis для вас, жмите "нравится", чтобы читать нас на фейсбуке!