Вчених давно бентежить одна з найкарколомніших таємниць Всесвіту — парадокс чорних дір. Проривне дослідження виявило нове розуміння того, як інформація «вислизає» з них, розв’язуючи десятирічну проблему, яка спантеличувала навіть найвидатніших фізиків.
Дослідження, опубліковане в журналі Physical Review Letters, проливає світло на механізм, за допомогою якого чорні діри випромінюють частинки, відомі як випромінювання Гокінга. Воно розкриває вирішальну роль, яку відіграють квантові поправки до зовнішньої метрики, або «квантове волосся».
Що таке випромінювання Гокінга?
Щоб зрозуміти цей парадокс, ми повинні повернутись у 1974 рік, до великої ідеї Стівена Гокінга. Вчений зрозумів, що чорні діри з часом випаровуються. Подібно до висихаючої калюжі, чорна діра повільно зменшуватиметься, частинка за частинкою, доки від неї не залишиться нічого.
Його відкриття походить із квантової фізики, яка показує нам, що порожній простір насправді не є порожнім. Замість цього з вакууму постійно виникають пари так званих віртуальних частинок. Ці пари зазвичай залишаються разом, за винятком небагатьох, які виникають по обидва боки від межі чорної діри, яка називається горизонтом подій. У цьому випадку один член пари може опинитись у гравітаційній пастці, а інший — несе енергію. Згодом ця «втеча» енергії зводить чорну діру нанівець.
Єдина проблема цього сценарію полягає в тому, що якщо чорні діри можна знищити, то можна знищити й усю інформацію про те, що в них потрапило. Здавалося б, це має порушувати фундаментальний закон фізики, який твердить, що інформацію не можна знищити. Це і є парадокс. Майже 50 років фізики були спантеличені цією проблемою.
Чорні діри та «нетеплове» випромінювання
Згідно з нещодавнім дослідженням фізиків з Університету Сассекса та Університету штату Мічиган, проблема «інформаційного парадокса чорної діри» нарешті розв’язана. Дослідження припускає, що інформація може бути прихована в радіації, що оточує чорні діри (її також називають «квантовим волоссям»), і що одного разу її можна буде відновити та реконструювати історію цих об’єктів.
Команда використала метод тунелювання, який враховує збурення енергії, щоб показати, як «квантове волосся» впливає на квантову амплітуду Гокінга. Результатом виявилось те, що фон або середовище, в якому виникає випромінювання Гокінга, зазнає впливу «квантового волосся». Це означає, що випаровування чорних дір насправді є унітарним. Тобто інформація не може бути втрачена, а остаточний стан об’єкта все ще може містити натяки на його початок. Крім того, дослідники розкрили, що додавання модифікації розрахунків Гокінга зробить випромінювання «нетепловим» і, отже, здатним нести інформацію.
Цей прорив може привести до кращого розуміння того, як поводяться чорні діри та як вони взаємодіють із Всесвітом навколо них.
Раніше ми розповідали про те, що таке чорні діри та як вони виникають.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine
