Slyšeli jste, že černé díry ničí jakoukoli informaci, která se do nich dostane? Proč je to pro fyziku tak velký problém?
Za mých časů byly věci jednoduché. Robotičtí psi měli kola a laserové nosy. Škola byla v obou směrech do kopce. Nechtěné děti se odstranily z trávníků a my jsme nepotřebovali ty hrozné elektrifikované chapadla. Střih mého ramene byl naprosto bez výčitek. Nathan Fillion byl kapitánem Serenity celý den, každý den. ... A černé díry byly díry, které byly černé. Tím myslím, že černé díry by stlačovaly hmotu a energii do nekonečně husté singularity a nevytvářely zdánlivě nepřekonatelný informační paradox. Jo, to byly ty dobré časy.
Ale ty dny jsou pryč. Nyní je to všechno 50 odstínů šedi, přičemž fyzikální zákony se ohýbají podle jiných fyzikálních zákonů. 'Hashtag není můj křesťan.' To, o čem mluvím, je informační paradox černých děr.
Nejprve si povíme informace. Když fyzici mluví o informacích, mluví o specifickém stavu každé jednotlivé částice ve vesmíru: hmota, poloha, rotace, teplota, co si jen vzpomenete. Otisk prstu, který každého z nich jednoznačně identifikuje, a pravděpodobnosti toho, co budou ve vesmíru dělat. Můžete měnit atomy, drtit je dohromady, ale kvantová vlnová funkce, která je popisuje, musí být vždy zachována.
Kvantová fyzika vám umožňuje spustit celý vesmír dopředu a dozadu, pokud obrátíte vše ve své matematice: náboj, paritu a čas. Zde je důležitá část. Velké mozky nám říkají, že informace musí žít dál, ať se děje cokoliv. Přemýšlejte o tom jako o energii. Energii nemůžete zničit, vše, co můžete udělat, je transformovat ji.
Nyní rekapitulace černé díry. Přirozeně vznikl, když se největší hvězdy, ty s více než 20násobnou hmotností Slunce, prudce zhroutí a explodují. Zde je hustota hmoty tak vysoká, že úniková rychlost přesahuje rychlost světla. Ty luxusní mají přehřátý akreční disk hmoty vířící kolem horizontu událostí černé díry, kde lze na oběžnou dráhu vytáhnout i světlo.
Zde dostáváme jeden z nejpodivnějších vedlejších efektů relativity: dilataci času. Představte si, že hodiny padají směrem k černé díře a pohybují se hlouběji do gravitační studny. Zdálo by se, že se zpomaluje, jak se přibližuje k černé díře, a nakonec zamrzne na okraji horizontu událostí. Fotony z hodin by se roztáhly a barva hodin by se posunula do červena. Nakonec zmizí, když se fotony roztáhnou nad rámec toho, co naše oči dokážou zachytit.
Kdybyste se mohli dívat na černou díru miliardy let, viděli byste všechno, co kdy shromáždila, přilepené k vnějšímu povrchu jako mucholapka. Mohli byste ukázat hodiny, Titanic, Ranger a USS Cygnus a teoreticky byste mohli identifikovat kvantový stav každé jednotlivé částice a fotonu, které se dostaly do černé díry. Vzhledem k tomu, že bude trvat nekonečně dlouho, než úplně zmizí, je vše v pořádku.
Černá díra s vizualizací disku a trysek s laskavým svolením ESA
Jejich informace jsou navždy uchovány na povrchu černé díry. Všichni jsou úplně mrtví, ale jejich informace, jejich vzácné vzácné kvantové informace, jsou naprosto bezpečné.
Pokud byste dokázali rozluštit černou díru, mohli byste získat veškeré kvantové informace popisující vše, co kdy černá díra pohltila. A přinejmenším, tak to bylo za starých dobrých časů.
Ale v roce 1975 Hawking shodil bombu. Uvědomil si, že černé díry mají teplotu, během dlouhých časových období se vypařují, dokud nezůstane nic. uvolňují svou hmotu a energii zpět do vesmíru. Nepřekvapivě známé jako Hawkingovo záření.
Ale tato... myšlenka vytvořila paradox. Informace o tom, co se dostalo do černé díry, je zachována dilatací času, ale s vypařováním samotné hmoty černé díry. Nakonec úplně zmizí a kam potom jdou naše informace? Tyto informace, které nelze zničit…?
To není striktně kriket a astronomové to mate. Na jejich vyřešení pracují desítky let. Zde je zábavná hromada možností:
Černé díry se vůbec nevypařují a Hawking se mýlil.
Informace uvnitř černé díry nějak unikají, zatímco Hawkingovo záření uniká.
Černá díra to všechno zadrží až do úplného konce, a jak se poslední dvě částice vypaří, všechny informace jsou náhle uvolněny zpět do vesmíru.
Všechno jde do nejmenších možných kousků a nic se neztratí NEBO Informace je stlačena do mikroskopického prostoru, který zůstane po odpaření samotné černé díry.
Umělcova reprezentace zobrazující odtok ze supermasivní černé díry uprostřed galaxie. Poděkování: NASA/CXC/M.Weiss
A možná na to fyzici nikdy nepřijdou. Hawking nedávno navrhl nový nápad, jak vyřešit informační paradox černých děr. Navrhl, že existuje způsob, jak by nové Hawkingovo záření mohlo být otištěno informací o nové hmotě padající do černé díry.
Takže informace o všem, co do ní padá, je zachována odcházejícím zářením, vrací ji do Vesmíru a řeší paradox. To je jen domněnka, protože Hawkingova radiace nebyla nikdy detekována. Jsme desítky let daleko od toho, abychom věděli, zda je to správným směrem, nebo dokonce, zda existuje způsob, jak tento paradox vyřešit.
V situacích, jako je tato, si připomínáme, jak málo vesmíru skutečně rozumíme. Některé aspekty našeho chápání celého tohoto procesu jsou nejasné a bude to vyžadovat mnohem více detektivní práce a experimentování, abychom se přiblížili pravdě.
Jaké informace by chtěly být navždy zničeny z Vesmíru? Sdělte nám všechna svá tajemství v komentářích níže.
Podcast (audio): Stažení (Trvání: 6:16 – 5,7 MB)
Předplatit: Apple podcasty | RSS
Podcast (video): Stažení (Trvání: 6:41 – 79,2 MB)
Předplatit: Apple podcasty | RSS
