By 
Один із найвідоміших парадоксів фізика Стівена Хокінга, нарешті, може бути розв’язаний: нові дослідження показують, що чорні діри насправді можуть зберігати інформацію про масивні зірки, які їх створили. Ця інформація може ховатися у випромінюванні навколо чорних дір — у просторіччі відомих як «квантове волосся» — і, теоретично, може бути отримана, щоб переказати походження цих чорних дір, припускає дослідження. Ці знахідки можуть нарешті розв’язувати складну проблему, над якою Гокінг працював в останні роки життя.
Проблема чорної діри
Відповідно до роботи Стівена Хокінга, радіація повільно «витікає» з чорних дір у формі теплової енергії, яка стала відомою як «випромінювання Хокінга». Але через свою теплову природу це випромінювання не може нести інформацію. Це означає, що коли чорні діри випаровуються, вони методично знищують всю інформацію про зірки, які їх створили. Це суперечить законам квантової механіки, які стверджують, що інформація не може бути знищена і що кінцевий стан об’єкта може виявити підказки про його початковий стан. Ця проблема десятиліттями хвилювала космологів і відома як «інформаційний парадокс Гокінга».
«[Це дослідження] — останній цвях у кришку гробу парадокса, тому що тепер ми розуміємо точне фізичне явище, завдяки якому інформація вислизає з чорної діри, що розпадається», — Ксав’єр Калмет, професор фізики Університету Сассекса і провідний автор дослідження, повідомив дочірньому виданню Space. com Live Science електронною поштою. Він пропонує модифікацію випромінювання Хокінга, яка робить його «нетепловим» і, таким чином, здатним забирати з собою інформацію від остаточної долі чорної діри.
Чорні діри — це настільки масивні об’єкти, що ніщо не може уникнути впливу їх гравітації, навіть світло. Вони утворюються, коли величезні зірки закінчуються паливом і колапсують самі.
У класичній фізиці чорні діри є «дуже простими об’єктами», сказав Калмет. «Настільки просто, що їх можна охарактеризувати трьома числами: їх масою, кутовим моментом і електричним зарядом».
Відомий фізик Джон Вілер описав цю відсутність відмінних характеристик, сказавши, що «чорні діри не мають волосся». Але, пояснив Калмет, не зважаючи на те, що остаточна чорна діра дуже проста, первісна зірка, яка її породила, є складним астрофізичним об’єктом, що складається зі складної амальгами протонів, електронів і нейтронів, які об’єднуються, щоб утворити елементи, що будують хімічний склад цієї зірки.
Хоча чорні діри не несуть «пам’яті» про зірки, якими вони колись були, правила квантової фізики стверджують, що інформацію не можна просто стерти із Всесвіту. У 1976 році Хокінг познайомився з цією космічною маззю, показавши, що ця інформація також не може нескінченно зберігатися в чорних дірах, закритих від зовнішнього Всесвіту. Застосовуючи правила квантової механіки до чорних дір, Гокінг припустив, що вони випромінюють тип теплового випромінювання, яке пізніше назвали випромінюванням Хокінга. Протягом величезних періодів часу витік цього випромінювання призводить до повного випаровування чорних дір, залишаючи лише вакуум. Таким чином інформація втрачається безповоротно.
«Однак це не допускає квантова фізика, яка припускає, що фільм «життя» цієї чорної діри можна перемотати назад», — сказав Калмет. «Починаючи з випромінювання, ми зможемо відновити оригінальну чорну діру, а потім, зрештою, і зірку».
Пошук «волосся» чорної діри
Разом зі своїм колегою Стівом Хсу, професором теоретичної фізики в Університеті штату Мічиган, Калмет з 2021 року працює над розгадкою парадокса Хокінга. У попередньому дослідженні, опублікованому в березні 2022 року, команда стверджувала, що чорні діри справді мають «квантове волосся,» у вигляді унікального квантового відбитка в гравітаційних полях, які їх оточують
У своєму новому дослідженні команда переоцінила розрахунки Гокінга 1976 року, але цього разу врахувала ефекти «квантової гравітації» — опису гравітації відповідно до принципів квантової механіки — чого Гокінг не робив.
«Хоча ці квантові гравітаційні поправки незначні, вони мають вирішальне значення для випаровування чорної діри», — сказав Калмет. «Ми змогли показати, що ці ефекти змінюють випромінювання Хокінга таким чином, що це випромінювання стає нетепловим. Іншими словами, враховуючи квантову гравітацію, випромінювання може містити інформацію».
У той час як квантове волосся, запропоноване в попередній роботі Калмета та Хсу, було абстрактним математичним поняттям, тепер команда визначила точний фізичний феномен, завдяки якому інформація виходить із чорної діри через випромінювання Хокінга, і як її може отримати сторонній спостерігач .(відкривається в новій вкладці). Наразі це неможливо, оскільки для цього знадобиться прилад, достатньо чутливий для вимірювання випромінювання Хокінга, яке наразі є суто теоретичним.
Наразі для астрофізиків немає реального способу виміряти ефект, який пропонують дослідники, оскільки він незначний, визнав Калмет. Натомість він пропонує один зі способів розвитку цієї теорії — вивчення моделювання чорних дір у лабораторіях на Землі. Розроблене командою математичне моделювання випромінювання Хокінга та чорних дір може виявитися неоціненним у цьому моделюванні.
Comments