Раньше попасть в черную дыру было легко: вы ничего не заметили.
Но может ли быть на вашем пути стена? По словам Эйнштейна, вы не заметите момент, когда пересекете горизонт событий черной дыры.
Но теперь исследователи доказывают, что на вашем пути может возникнуть стена огня (или кирпича).
Они все сразу сошли с ума? 
Доктор: Да.
Иногда очень сложно понять, зачем кому-то тратить время на решение такой академической проблемы, как потеря информации в черной дыре.
И я говорю это, потратив значительную часть последнего десятилетия на размышления о черных дырах.
Неужели физикам больше нечем заняться в мире, охваченном войнами и болезнями или, по крайней мере, грамматическими ошибками? Что движет этими исследователями, кроме надежды попасть в заголовки газет из-за решения головоломки 40-летней давности? 
Многие физики в наши дни работают над такими темами, как потеря информации в черных дырах, которые кажутся оторванными от реальности.
Черные дыры смогут уничтожить информацию после полного испарения, и этого не произойдет в ближайшие 100 миллиардов лет. Этими учеными движет не практическое применение своих идей, а осознание того, что сегодня кто-то должен проложить в науке тот путь, который станет необходим через сто, тысячу или десять тысяч лет. И читая заголовки новостей, описывающие происходящий бардак, я думаю, что неземная чистота этого аргумента и неизбежная логика, ведущая к парадоксу, только добавляют ему веса.
Еще меня могут увлечь проволочные головоломки.
Если потеря информации в черных дырах — это космический детектив, то жертвой является квантовая теория.
Стивен Хокинг в начале 1970-х годов показал, что сочетание квантовой теории с гравитацией дает нам тепловое излучение черных дыр.
Это «излучение Хокинга» состоит из частиц, не несущих никакой информации, кроме температуры.
А когда черная дыра полностью испаряется, вся информация о том, что в нее попало, уничтожается.
Но такое уничтожение информации несовместимо с самой квантовой теорией, использованной для доказательства этого вывода.
В квантовой теории все процессы обратимы во времени, но испарение черной дыры, по-видимому, необратимо.
И это серьезная загадка для физиков, поскольку она показывает, что гравитация и квантовая теория не хотят объединяться.
Ему также не удалось объяснить проблему, обратившись к неизвестной теории квантовой гравитации.
Излучение Хокинга не является квантовым гравитационным процессом, и хотя квантовая гравитация действительно становится важной в какой-то момент на заключительных стадиях испарения черной дыры, утверждается, что к тому времени уже слишком поздно извлекать всю информацию.
Ситуация резко изменилась к концу 1990-х годов, когда Малдасена предположил, что некоторые теории гравитации эквивалентны калибровочным теориям.
Это знаменитое «соответствие калибровочной гравитации» было обнаружено в теории струн, и хотя оно не доказано математически, оно устраняет проблему потери информации в черной дыре, поскольку все, что происходит во время испарения черной дыры, эквивалентно описывается в калибровочной теории.
Но калибровочная теория не убивает информацию, и поэтому проблемы нет. И хотя корреляция между калибром и гравитацией убедила многих, включая самого Стивена Хокинга, что черные дыры не уничтожают информацию, она не пролила никакого света на то, как именно информация ускользает из черной дыры.
Исследования продолжались, но среди физиков-теоретиков распространилась самоуспокоенность.
Теория струн, похоже, разрешила этот парадокс, и понимание его деталей — лишь вопрос времени.
Но все пошло не так.
Вместо этого в 2012 году группа физиков Альмхейри, Марольфа, Полчински и Салли (AMPS) показала, что это «решение» было спорным.
Они показали, что четыре предположения, которые большинство теоретиков струн считают верными, не могут одновременно выполняться.
Это предположения:
- Черные дыры не уничтожают информацию.
- Стандартная модель физики элементарных частиц и общая теория относительности действуют по мере того, как мы приближаемся к горизонту событий.
- Количество информации, хранящейся в черной дыре, пропорционально площади ее поверхности.
- Наблюдатель, пересекающий горизонт событий, этого не заметит.
Третий — вывод расчетов микросостояний черной дыры в теории струн.
Четвертое – принцип эквивалентности Эйнштейна.
Короче говоря, AMPS заявляет, что одно из этих предположений неверно.
Один из свидетелей лжет, но кто именно? В своей работе AMPS предложили, возможно, не очень серьезно, отказаться от наименее оспариваемого предположения: четвертого.
Если №4 оставить, остальные три заставят наблюдателя, упавшего в черную дыру, удариться о «огненную стену» и сгореть к черту.
Однако принцип эквивалентности является догмой общей теории относительности, и отказаться от него можно лишь в крайнем случае.
Непосвященному наблюдателю покажется очевидным, что 3-й свидетель лжет. В отличие от других предположений, которые следуют из уже известных и весьма точно проверенных теорий, число 3 следует из непроверенной.
Итак, если бы мы отбросили одно предположение, возможно, теория струн права относительно информационного содержания черных дыр.
Но эта возможность, естественно, не пользуется большой популярностью среди теоретиков струн.
Менее чем через несколько месяцев раздел теоретической физики высоких энергий на сайте arxiv был наполнен попытками согласовать приведенные выше предположения.
Были предложены всевозможные решения, от принятия теории огненной стены до мультивселенных и сложных мысленных экспериментов, демонстрирующих, что наблюдатель, падающий в черную дыру, не заметит, что он сгорает. Да, это для вас современная физика.
Я тоже внес свой вклад в это обсуждение.
Все свидетели мне показались убедительными, ни один из них не произвел впечатления лжеца.
Приняв это, я понял, что их кажущаяся несовместимость проистекает из пятого, невысказанного предположения, использованного в доказательстве.
Точно так же, как кажущиеся противоречивыми утверждения могут внезапно обрести смысл, когда вы осознаете, что жертва была убита не в том месте, где было найдено тело, эти четыре утверждения обретают смысл, когда вам не нужно хранить информацию определенным образом (например, итоговое состояние не будет «типичным»).
Вместо этого требование локального сохранения энергии вблизи горизонта событий делает невозможным создание огненной стены, одновременно показывая, что испарение черной дыры остается совместимым с квантовой теорией.
Я не думаю, что кому-то понравилась моя работа.
Возможно, потому, что там неясная картинка.
Или из-за вывода, что где-то возле горизонта событий есть граница, меняющая квантовую теорию, причем так, что она не заметна ни одному наблюдателю, находящемуся вблизи черной дыры.
Эффекты, создаваемые этой границей, можно измерить, но только на большом расстоянии.
И хотя мое предположение решило загадку с огненной стеной, оно не решило проблему потери информации в черной дыре.
Я упомянул в заметке, что в принципе можно использовать эту границу для передачи информации уходящему излучению, но это все равно не объясняет, как информация вообще попадет на эту границу.
После публикации работы я снова поклялся больше не думать об испарении черной дыры.
Но на прошлой неделе в архиве появился препринт от 't Hooft. Он один из первых, кто занимается термодинамикой черных дыр, и в своей новой статье 'т Хоофт предполагает, что горизонт событий черной дыры действует как граница, отражающая информацию – «кирпичная стена», как ее описал журнал New Scientist. Идея была вдохновлена недавним предположением Стивена Хокинга о том, что большая часть информации, попадающей в черную дыру, хранится на горизонте.
Если это правда и горизонту можно дать возможность работать, то информация снова сможет покинуть черную дыру.
Конечно, я не думаю, что кирпичи намного лучше огня, и я уверен, что эта идея не прокатит. Но после всей этой путаницы это может помочь нам лучше понять, как именно горизонт взаимодействует с излучением Хокинга и как ему удается кодировать в него информацию.
Перенесемся на тысячу лет вперед. Там нас ждет теория квантовой гравитации, позволяющая понять поведение пространства и времени на кратчайших расстояниях, и, как многие надеются, источник самой квантовой теории или даже материи.
Прогресс идет маленькими шажками, и иногда история водит нас по кругу, но физиков воодушевляет осознание того, что решение должно существовать и что информационный убийца будет пойман.
Нет ничего сложного в том, чтобы прочитать последнюю страницу книги — она еще не написана.
Теги: #Популярная наука #физика #квантовая физика #черные дыры #физика высоких энергий #Эйнштейн #теория струн #Излучение Хокинга #огненная стена
-
Netapp Snapmanager Для Сетей Oracle И San
19 Oct, 24 -
Уголовное Дело За Брелок
19 Oct, 24 -
Microsoft Search Server 2010 Экспресс
19 Oct, 24 -
Скрытые Программисты.
19 Oct, 24 -
Ускоренное Продвижение Java Вперед
19 Oct, 24 -
Фотофон Со Сменным Объективом
19 Oct, 24
