Найден смертельно опасный способ разгадать парадокс черных дыр Стивена Гокинга

Ученые обнаружили у черных дыр так называемые "острова", благодаря которым человечество, вероятно, могло бы узнать, что именно происходит с поглощаемой этими гигантами материей. Получение этой информации могло бы наконец-то решить давний парадокс черных дыр Стивена Хокинга.

Об этом говорится в исследовании ученых, опубликованном на сайте препринтов arXiv. New Scientist рассказало детали работы ученых, которая ожидает рецензирования научным сообществом.

В 1970-х годах Хокинг понял, что согласно законам квантовой механики черные дыры должны иметь излучение. Такое излучение, которое будет содержать лишь часть информации обо всем, что было поглощено черной дырой, в конце концов приведет к полному ее испарению. Именно здесь и возникал парадокс, поскольку согласно с законами физики информация не может просто исчезнуть, а излучение высвобождало лишь часть информации, в то время как другая исчезала бесследно.

Впоследствии физики пытались решить этот парадокс, предлагая разные идеи о том, что происходит с этой информацией.

Согласно принципу дополняемости, утраченная информация на самом деле сохранялась на грани черной дыры, одновременно проникая в ее середину. Поэтому такая информация выглядит для наблюдателя по-разному, в зависимости от того, попала ли она в черную дыру или осталась извне. Этот принцип фактически говорит о создании двух копий, которые на самом деле являются лишь разными точками зрения, описанными в теории относительности Альберта Эйнштейна, так что ни один наблюдатель не может видеть обе копии одновременно.

Однако в 2012 году ученые обнаружили сценарий, при котором наблюдатель мог видеть обе копии одновременно, а это уже нарушало фундаментальный принцип квантовой механики, который называется теоремой о запрете клонирования. Поэтому исследователи предположили, что вокруг горизонта событий черной дыры (границы, после которой гравитация достигает такой силы, что убежать от нее не может даже свет, – Ред.) существует некий защитный щит или брандмауэр, уничтожающий все, что сталкивается с ним, разделяя две копии.

Поскольку решить эту проблему с помощью эксперимента было просто невозможно (это предполагало бы отправку человека или устройства в самоубийственную миссию), физики искали теоретический ответ о том, какой из подходов правильнее.

Сдвиг произошел в 2019 году, когда ученые обнаружили, что для некоторых конкретных упрощенных гипотетических черных дыр часть информации об их внутреннем мире можно обнаружить на поверхности горизонта событий, на так называемом острове запутанности.

Ученые обнаружили, что на горизонте событий черной дыры существуют виртуальные пары появляющихся и исчезающих частиц. Если одна из этих пар будет разделена горизонтом событий, то одна из частиц останется в черной дыре, а другая вылетит оттуда в виде излучения Хокинга.

В то же время островки запутанности, если бы их можно было измерить, показали бы, что происходит с частицами, оказавшимися в плену черной дыры. Если бы они оказались дублем поглощенной информации, это подтвердило бы, что принцип дополняемости был правильным.

Исследователи тогда обнаружили, что такие острова могут немного выходить за горизонт событий, но это расстояние было слишком мало, чтобы открыть для нас возможность для измерения физических эффектов.

Теперь же авторы нового исследования Рафаэль Буссо и Джефф Пеннингтон из Калифорнийского университета в Беркли высчитали, что для более сложных черных дыр, острова могут простираться еще дальше за горизонт черной дыры. В частности, если говорить о сверхмассивной черной дыре, то это расстояние может составлять длину атома, открывая перспективу для измерения.

Буссо утверждает, что это означает, что "в принципе нет никаких препятствий для того, чтобы исследовать их и вернуться назад".

Но все же есть проблемы. Чтобы проводить исследования на расстоянии ширины атома от горизонта событий черной дыры, нужны технологии, которых у людей просто нет. В частности, ни один из существующих космических кораблей не достаточно мощный, чтобы вырваться от гравитационного тяготения. Кроме того, ближайшая достаточно массивная черная дыра, которая может иметь остров запутанности, находится в тысячах световых лет от нас. Это исследование вполне реально, но, вероятно, для человечества из будущего.

"Вам нужно приблизиться на размер атома от горизонта черной дыры, а затем вернуться назад. Это достаточно трудно сделать. Очень, очень трудно", – признает Пеннингтон.

Если исследовательский зонд испарится до того, как достигнет горизонта событий, из-за чего-то другого, кроме очевидного физического эффекта, вызванного излучением или гравитационными приливными силами, то это покажет, что интерпретация брандмауэра правильна. Если зонд вернется невредимым, то это покажет, что теория дополняемости, вероятно, правильная.

Хуан Малдасен из Института перспективных исследований в Принстоне предлагает вообще не рисковать приближением к сверхмассивной черной дыре, а смоделировать ее на квантовом компьютере. Но и здесь есть проблема, поскольку такая работа потребует около миллиона кубитов, что значительно превышает 1000 кубометров лучших квантовых компьютеров современности.

Ранее OBOZ.UA рассказывал о том, что черные дыры могут работать как машина времени.

Подписывайтесь на каналы OBOZ.UA в Telegram и Viber, чтобы быть в курсе последних событий.