Miesiąc po tym, jak Stephen Hawking i jego koledzy opublikowali artykuł na temat czarnych dziur, fizycy wciąż walczą o osiągnięcie konsensusu. Niektórzy chwalą jego najnowsze dzieło jako świeży sposób rozwiązania zagadki czarnej dziury; inni nie są pewni jej autorytetu. Te pierwsze potwierdzają twierdzenie preprint, że zapewnia obiecujący sposób rozwiązania tajemnicy tak zwanego paradoksu informacji o czarnej dziurze, który Hawking wydedukował ponad 40 lat temu.
„Myślę, że jest ogólne podekscytowanie, że możemy spojrzeć na znane rzeczy w inny sposób, przełamiemy impas” - mówi Andrew Strominger, fizyk z Uniwersytetu Harvarda w Cambridge, współautor jednej z najnowszych prac. Strominger zaprezentował wyniki swojej pracy 18 stycznia 2016 roku na Uniwersytecie Cambridge, gdzie ma swoją siedzibę Hawking.
Wielu nie jest przekonanych, że takie podejście może rozwiązać paradoks, chociaż przyznają, że oświetla różne problemy w fizyce. W połowie lat 70. Hawking odkrył, że czarne dziury nie są całkowicie czarne, ale emitują niewielkie ilości promieniowania. Zgodnie z fizyką kwantową z fluktuacji kwantowych tuż za horyzontem zdarzeń - punktem, z którego czarna dziura nie ma powrotu - powinny powstać pary cząstek. Niektóre z tych cząstek opuszczają grawitację czarnej dziury, ale zabierają część jej masy, w wyniku czego czarna dziura powoli się kurczy i ostatecznie zanika.
W artykule opublikowanym w 1976 roku Hawking wskazał, że uciekające cząstki - obecnie znane jako promieniowanie Hawkinga - będą miały całkowicie losowe właściwości. W rezultacie, gdy czarna dziura zniknie, zapisane w niej informacje zostaną utracone dla Wszechświata. Ale wynik ten nie jest zgodny z prawami fizyki, zgodnie z którymi zachowywana jest informacja, podobnie jak energia, co rodzi paradoks. „Ta praca powoduje więcej bezsennych nocy fizyków teoretycznych niż jakakolwiek inna praca w historii” - wspomina Strominger.
Wyjaśnił, że pomyłką było ignorowanie potencjału pustej przestrzeni do przenoszenia informacji. W swojej pracy, wraz z Hawkingiem i trzecim współautorem Malcolmem Perrym, również z University of Cambridge, zwraca się ku cząstkom miękkim. Są to niskoenergetyczne wersje fotonów, hipotetyczne cząstki znane jako grawitony i inne cząstki. Do niedawna były używane głównie do obliczeń w fizyce cząstek elementarnych. Ale autorzy zauważają, że próżnia, w której znajduje się czarna dziura, nie musi być pozbawiona cząstek - tylko energii - i dlatego miękkie cząstki mogą być w niej obecne w stanie zerowej energii.
Wszystko, co wpada w czarną dziurę, kontynuują, pozostawia odcisk - odcisk - na tych cząstkach. „Jeśli jesteś w próżni i robisz wdech - przypuśćmy, że wdychasz dużo miękkich grawitonów” - mówi Strominger. Po tym zakłóceniu próżnia wokół czarnej dziury zmienia się, a informacja zostaje ostatecznie zapisana.
W dalszej części artykułu zaproponowano mechanizm przenoszenia tej informacji do czarnej dziury - co teoretycznie rozwiązuje paradoks. Aby to zrobić, autorzy obliczyli sposób dekodowania danych w kwantowym opisie horyzontu zdarzeń, znanego jako „włosy czarnej dziury”.
Film promocyjny:
Trudne przejście
Niemniej praca jest daleka od ukończenia. Abhay Ashtekara, który studiuje grawitację na University of Pennsylvania w University Park, uważa, że sposób autorów na przekazywanie informacji do czarnej dziury („miękkie włosy”) jest nieprzekonujący. A autorzy przyznają, że nie wiedzą jeszcze, w jaki sposób ta informacja mogłaby zostać następnie przekazana za pomocą promieniowania Hawkinga i jest to konieczny następny krok.
Stephen Avery, fizyk teoretyczny z Brown University w Providence w stanie Rhode Island, jest sceptyczny co do możliwości rozwiązania paradoksu przez to podejście, ale zdecydowanie uważa, że poszerzy ono znaczenie cząstek miękkich. Zauważa, że Strominger odkrył, że miękkie cząstki ujawniają subtelne symetrie znanych sił natury, „z których niektóre są nam znane, a niektóre nowe”.
Inni fizycy są bardziej optymistyczni co do perspektyw tej metody w rozwiązaniu paradoksu informacyjnego. Sabine Hossenfelder z Institute for Advanced Study w Niemczech twierdzi, że wyniki badań „miękkich włosów” w połączeniu z jej własnymi badaniami mogą rozwiązać kontrowersje wokół czarnych dziur, takich jak problem z zaporą ogniową. Widzisz, pojawia się pytanie, czy horyzont zdarzeń może stać się bardzo gorący z powodu promieniowania Hawkinga. Zaprzecza to ogólnej teorii względności Einsteina, zgodnie z którą obserwator spadający za horyzont nie zauważyłby nagłych zmian w środowisku.
„Jeśli próżnia ma różne stany” - mówi Hossenfelder - „możesz przekazywać informacje do promieniowania bez umieszczania energii na horyzoncie. Dlatego nie będzie zapory”.