Naukowcy: „Włosy kwantowe” mogą rozwiązać paradoks czarnej dziury Hawkinga

Paradoks informacji o czarnych dziurach Stephena Hawkinga od pół wieku zbija z tropu naukowców i skłania niektórych do kwestionowania podstawowych praw fizyki. Naukowcy twierdzą, że mogli rozwiązać ten niesławny problem, pokazując, że czarne dziury mają właściwość znaną jako „włosy kwantowe”.

Jeśli to prawda, byłby to ogromny postęp w fizyce teoretycznej.

Profesor Xavier Calmette z University of Sussex, który kierował pracami, powiedział, że po dziesięciu latach pracy nad matematyką stojącą za problemem, jego zespół poczynił w ciągu ostatniego roku szybkie postępy, które dały im pewność, że w końcu rozwiązali problem .

„W społeczności naukowej powszechnie zakładano, że rozwiązanie tego paradoksu wymagałoby ogromnej zmiany paradygmatu w fizyce, wymuszając możliwe przeformułowanie mechaniki kwantowej lub ogólnej teorii względności” – powiedział Calmette. „Odkryliśmy – i myślę, że jest to szczególnie ekscytujące – że nie jest to konieczne”.

Paradoks Hawkinga można podsumować następująco: Zasady fizyki kwantowej mówią, że informacja jest zachowywana. czarne dziury Stanowi wyzwanie dla tego prawa, ponieważ gdy obiekt wejdzie do czarnej dziury, znika na zawsze – wraz z zaszyfrowaną w nim informacją. Hawking zidentyfikował ten paradoks i przez dziesięciolecia nadal dezorientował uczonych.

Istnieje mnóstwo proponowanych rozwiązań, w tym „teoria zapory ogniowej”, w której informacje rzekomo spalają się przed wejściem do czarnej dziury, „teoria kuli rozmytej”, w której uważano, że czarne dziury mają rozmyte granice, oraz różne gałęzie teorii strun. Jednak większość z tych propozycji wymagała przepisania praw mechaniki kwantowej lub teorii grawitacji Einsteina, dwóch filarów współczesnej fizyki.

Natomiast teoria poezji kwantowej twierdzi, że rozwiązuje ten paradoks, wypełniając lukę między ogólną teorią względności a mechaniką kwantową za pomocą nowego wzoru matematycznego.

Nazwa jest ukłonem w stronę opartej na fizyce klasycznej opinii, że czarne dziury można uznać za obiekty zaskakująco proste, określone jedynie ich masą i prędkością obrotową. Przewidywanie pozbawionych cech charakterystycznych łysych czarnych dziur od lat 70. nazywa się „teorią bezwłosych”.

Calmette i jego współpracownicy uważają, że czarna dziura jest bardziej złożona — lub owłosiona. Sugerują, że gdy materia zapada się w czarną dziurę, pozostawia słaby ślad w swoim polu grawitacyjnym. Ten odcisk palca jest określany jako „włosy kwantowe”, a autorzy twierdzą, że zapewni mechanizm, dzięki któremu informacje są zachowywane podczas zapadania się czarnej dziury. Zgodnie z tą teorią dwie czarne dziury o identycznych masach i promieniach, ale o innej konfiguracji wewnętrznej, miałyby bardzo subtelne różnice w swoich polach grawitacyjnych.

„Nasze rozwiązanie nie wymaga spekulatywnego pomysłu; zamiast tego nasze badania pokazują, że obie teorie można wykorzystać do wykonywania spójnych obliczeń czarnych dziur i wyjaśniania, jak przechowywać informacje bez potrzeby radykalnie nowej fizyki”.

Nie ma oczywistego sposobu sprawdzenia teorii za pomocą obserwacji astronomicznych – fluktuacje grawitacyjne byłyby zbyt małe do zmierzenia. Ale teoria prawdopodobnie zostanie poddana intensywnej analizie ze strony społeczności teoretycznej.

Profesor Toby Wiseman, fizyk teoretyczny z Imperial College London, nazwał artykuł „dobrą robotą”, ale nie był przekonany, że rozwiązał on paradoks sprzed dziesięcioleci.

Co najważniejsze, powiedział, artykuł sugerował, że możliwe jest zebranie dodatkowych informacji o tym, co znajduje się wewnątrz czarnej dziury – ale nie pokazał, że to zjawisko może wyjaśnić wszystkie pozornie brakujące informacje. „Nie pojawili się i to jest sedno sprzeczności” – powiedział.

„Mam wrażenie, że aby naprawdę rozwiązać ten paradoks, musisz w pełni zrozumieć, jak łączą się mechanika kwantowa i grawitacja” – powiedział. „Oni patrzą na małe poprawki, ale nie na całą mieszankę tych dwóch”.

Calmette powiedział: „Kiedy masz duże roszczenie, musisz je poprzeć. To zajmie trochę czasu, zanim ludzie w pełni to zaakceptują. Ironia istnieje od dawna i masz sławnych ludzi na całym świecie, którzy pracują nad tym przez lata.”

Praca została opublikowana w Physical Review Letters.