Знайдено смертельно небезпечний спосіб розгадати парадокс чорних дір Стівена Гокінга

Вчені виявили у чорних дір так звані "острови", завдяки яким людство, ймовірно, могло б дізнатися, що саме відбувається із матерією, яка поглинається цими гігантами. Отримання цієї інформації могло б нарешті вирішити давній парадокс чорних дір Стівена Гокінга.

Про це йдеться у дослідженні вчених, яке опубліковано на сайт препринтів arXiv. New Scientist розповіло деталі роботи вчених, яка наразі очікує рецензування науковою спільнотою.

У 1970-х роках Гокінг зрозумів, що відповідно до законів квантової механіки чорні діри повинні мати випромінювання. Таке випромінення, яке міститиме лише частину інформації про все, що було поглинуто чорною дірою, врешті-решт призведе до повного її випаровування. Саме тут і виникав парадокс, оскільки відповідно до законів фізики інформація не може просто зникнути, а випромінювання вивільняло лише частину інформації, в той час як інша – зникала безслідно.

Згодом фізики намагалися вирішити цей парадокс, пропонуючи різні ідеї про те, що відбувається із цією інформацією.

Відповідно до принципу доповнюваності, втрачена інформація насправді зберігалася на межі чорної діри, водночас проникаючи в її середину. Тому така інформація виглядає для спостерігача по-різному, залежно від того, чи потрапила вона в чорну діру, чи залишилася ззовні. Цей принцип фактично говорить про створення двох копій, які насправді є лише різними точками зору, описаними в теорії відносності Альберта Ейнштейна, так що жоден спостерігач не може бачити обидві копії одночасно.

Однак 2012 року вчені виявили сценарій, за якого спостерігач міг бачити обидві копії одночасно, а це вже порушувало фундаментальний принцип квантової механіки, який називається теоремою про заборону клонування. Тому дослідники припустили, що навколо горизонту подій чорної діри (межі, після якої гравітація сягає такої сили, що втекти від неї не може навіть світло, – Ред.) існує такий собі захисний щит або брандмауер, який знищує все, що стикається з ним, розділяючи дві копії.

Оскільки вирішити цю проблему за допомогою експеримент було просто неможливо (це б передбачало відправку людини чи пристрій у самогубну місію), фізики шукали теоретичну відповідь про те, який з підходів правильніший.

Зрушення трапилося 2019 року, коли вчені виявили, що для деяких конкретних спрощених гіпотетичних чорних дір частину інформацію про їхній внутрішній світ можна виявити на поверхні горизонту подій, на так званому острові заплутаності.

Вчені виявили, що на горизонті подій чорної діри існують віртуальні пари частинок, які з'являються і зникають. Якщо одна з цих пар буде розділена горизонтом подій, то одна з частинок залишиться в чорній дірі, а інша – вилетить звідти у вигляді випромінювання Гокінга.

Натомість острівці заплутаності, якби їх можливо було виміряти, показали б, що відбувається з частинками, які опинилися в полоні чорної діри. Якби вони виявилися дублем поглинутої інформації, це б підтвердило, що принцип доповнюваності був правильним.

Дослідники тоді виявили, що такі острови можуть трохи виходити за горизонт подій, але ця відстань була надто малою, аби відкрити для нас можливість для вимірювання фізичних ефектів.

Тепер же автори нового дослідження Рафаель Буссо і Джефф Пенінгтон з Каліфорнійського університету в Берклі вирахували, що для більш складних чорних дір, острови можуть простягатися ще далі за горизонт чорної діри. Зокрема, якщо говорити про надмасивну чорну діру, то ця відстань може становити довжину атома, відкриваючи перспективу для вимірювання.

Буссо стверджує, що це означає, що "в принципі, немає ніяких перешкод для того, щоб дослідити їх і повернутися назад".

Але все ж є проблеми. Щоб робити дослідження на відстані ширини атома від горизонту подій чорної діри, потрібні технології, яких у людей наразі просто немає. Зокрема, жоден з існуючих космічних кораблів не є достатньо потужним, аби вирватися від гравітаційного тяжіння. Окрім того, найближча достатньо масивна чорна діра, яка може мати острів заплутаності, знаходиться за тисячі світлових років від нас. Тож це дослідження цілком реальне, але, ймовірно, для людства з майбутнього.

"Вам потрібно наблизитися до розміру атома від горизонту чорної діри, а потім повернутися назад. Це досить важко зробити. Дуже, дуже важко", – визнає Пеннінгтон.

Якщо дослідницький зонд випарується до того, як досягне горизонту подій, через щось інше, ніж очевидний фізичний ефект, спричинений випромінюванням або гравітаційними приливними силами, то це покаже, що інтерпретація брандмауера є правильною. Якщо ж зонд повернеться неушкодженим, то це покаже, що теорія доповнюваності, ймовірно, правильна.

Хуан Малдасена з Інституту перспективних досліджень у Прінстоні пропонує взагалі не ризикувати наближенням до надмасивної чорної діри, а змоделювати її на квантовому комп’ютері. Але й тут є проблема, оскільки така робота потребуватиме близько мільйона кубітів, що значно перевищує 1000 кубітів найкращих квантових комп'ютерів сьогодення.

Раніше OBOZ.UA розповідав про те, що чорні діри можуть працювати як машина часу.

Підписуйтесь на канали OBOZ.UA у Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.