Червоточини можуть допомогти вирішити сумнозвісний феномен чорних дір

Малюнок чорної діри

Що відбувається з інформацією після того, як вона вийшла за горизонт подій чорної діри? Були припущення, що геометрія червоточин може допомогти нам вирішити цю прикру проблему, але математика виявилася, м’яко кажучи, складною.

У новій статті міжнародна група фізиків знайшла обхідний шлях для кращого розуміння того, як чорна діра, що схлопується, може уникнути порушення фундаментальних законів квантової фізики.

Незважаючи на те, що ця робота є дуже теоретичною, вона припускає, що, ймовірно, ми упускаємо деякі речі в прагненні вирішити загальну теорію відносності за допомогою квантової механіки.

«Ми виявили нову геометрію простору-часу зі структурою, схожою на червоточину, яка упускалася з уваги при звичайних обчисленнях», — каже фізик Канато Гото з Корнельського університету та RIKEN у Японії.

“Ентропія, обчислена з використанням цієї нової геометрії, дає зовсім інший результат”.

Інформаційний парадокс чорної діри – одна з невирішених протиріч між загальною теорією відносності Ейнштейна та квантовою механікою.

Відповідно до загальної теорії відносності горизонт подій чорної діри – це точка неповернення. Все, що виходить за межі цієї критичної точки, невблаганно втягується в гравітаційний колодязь чорної діри, і ніяка швидкість у Всесвіті, навіть швидкість світла у вакуумі, тут не є достатньою.

Потім у 1970-х роках з’явився Стівен Хокінг, який припустив, що, якщо взяти до уваги квантову механіку, чорні дірки таки можуть випромінювати випромінювання.

Це, згідно з теорією, відбувається в результаті інтерференції чорної діри з хвильовими властивостями оточуючих частинок, ефективно змушуючи її «світитися» з температурою, яка стає все більш гарячою в міру того, як чорна діра стає меншою.

Зрештою, це світіння має змусити чорну дірку стиснутися до нуля.

«Це називається випаровуванням чорної діри, тому що чорна діра стискається, як крапля води, що випаровується», — пояснює Гото.

Оскільки «світління» не схоже на те, що спочатку потрапило в чорну дірку, може здатися, що все, що потрапило в чорну дірку, що випарувалося, зникло назавжди. Але згідно з квантовою механікою інформація не може просто зникнути із Всесвіту. Багато фізиків досліджували можливість того, що ця інформація якимось чином закодована у випромінюванні Хокінга.

Гото та його команда хотіли математично досліджувати цю ідею, розрахувавши ентропію випромінювання Хокінга навколо чорної діри. Це міра безладдя в системі, і її можна використовувати для діагностики втрати інформації під час випромінювання Хокінга.

Відповідно до статті 1993 року фізика Дона Пейджа, якщо безлад змінюється на протилежний і ентропія падає до нуля, коли чорна діра зникає, слід уникати парадоксу інформації, якої бракує. На жаль, у квантовій механіці немає нічого, що могло б дозволити статися такому поводженню.

Увійдіть в червоточину або принаймні в її математичну копію при дуже конкретних моделях Всесвіту. Це зв’язок між двома областями викривленого аркуша простору-часу, щось подібне до мосту через яр.

Думаючи про це таким чином у поєднанні з чорними дірками, ми отримуємо інший спосіб розрахунку ентропії випромінювання Хокінга, каже Гото.

«Армоточина з’єднує внутрішню частину чорної дірки та випромінювання зовні, як міст», — пояснює він.

Коли команда виконала свої розрахунки з використанням моделі червоточини, їх результати збіглися з кривою ентропії Пейджа. Це говорить про те, що інформація, що опинилась за обрієм подій чорної діри, не може бути втрачена назавжди.

Але є, звісно, ​​ще деякі питання, що залишаються. Поки на них не буде дано відповіді, ми не можемо вважати, що інформаційний парадокс чорної діри остаточно вирішено.

“Ми досі не знаємо основного механізму того, як інформація забирається випромінюванням”, – говорить Гото. “Нам потрібна теорія квантової гравітації”.

Дослідження опубліковано у журналі Journal of High Energy Physics.

Прокоментуйте: