Juodosios skylės mūsų vaizduotėje visada liko paprastos.
Buvo laikas, kai, naudojant bendrosios reliatyvumo teorijos taisykles, galima įsivaizduoti tankų begalinį savitumą. Jį apsupo gravitacinė zona, iš kurios buvo neįmanoma pabėgti, ir buvo vadinamas „įvykių horizontu“. Šie komponentai ir kelios papildomos detalės buvo pagrindinė juodosios skylės anatomijos aprašas.
Apie šį vadovėlį labai aiškiai rašoma: niekas, net šviesos spindulys negali prasiskverbti pro objekto įvykio horizontą. Tai tiesiog vienintelis bilietas. Jei astronautas yra per arti įvykio horizonto, jis bus traukiamas viduje. Ir jis turės nukristi iki jo mirties, tikėdamasis siaubingas pasekmes iš spagetavimo.
Nors tai yra supaprastinta forma, ji tarnauja kaip gana padorus paaiškinimas, kas vyksta juodojoje skylėje . Tačiau aštuntajame dešimtmetyje britų teorinės fizikos guru, Stephen Hawking, pristatė savo pagrindinę teoriją apie juodųjų skylių išgarinimą. Šiuolaikiniais laikais Hawking mano, kad vadovėliai buvo neteisingi, todėl mus suprato, kad juodos spalvos atrodo kaip vienpusės gatvės.
Hawking radiacijos problema
Tai, kad juodosios skylės gali išgaruoti, yra sudėtingos neišnagrinėto kvantinio pasaulio pasekmė. Kvantinės teoretikai teigia, kad vakuuminėje erdvėje „virtualių dalelių“ pora nuolat šokinėja iš erdvės ir grįžta į ją. Taigi, paaiškėja, kad „tikrasis vakuumas“ niekada nėra tuščias. Tiesą sakant, jis yra užpildytas poromis kvantinių dalelių, kurios gimsta į pasaulį, ir tada sunaikinamos mažu laiko intervalu. Paprastai toks procesas vyksta be prikabinimo, o dulkių dalelės kyla iš vakuuminio pluošto, tada jos sunaikinamos su savo partneriu ir visata daro savo asmeninį verslą. Bet jei prie mišinio pridedate juodąją skylę, tada viskas aplink jus įgyja beprotybės savybes.
Kaip jau minėjome, įvykių horizontas juodojoje skylėje tampa ta vieta, iš kurios negrįžta. Taigi, kas atsitiks, kai virtualios dalelės pora visuotinėje egzistencijoje horizontoje ir tik vienas patenka į vidų? Na, antroji „virtualioji dalelė“, praradusi savo sunaikinimo partnerį, tiesiog išstumiama iš juodosios skylės ir tampa „realybės“ kategorija. Vykstant „realybei“, ši dalelė užima dalį masės iš juodosios skylės (kvantinė mechanika niekada nepareiškė logiškos reikšmės). Dėl šio proceso, nuolat vykstantį į įvykių horizontą, juodoji skylė pradeda prarasti fizinę masę. Būtent tai yra Hawking radiacijos garavimas.
Iki šiol aš tik apšiliauu jūsų apetitą kvantinio lauko teorijos keistumams, ir jis bus tik svetimas. Tačiau pirmiausia turime paliesti tam tikrą papildomą informaciją.
Bendra reliatyvumo teorija ir kvantinio lauko teorija tarpusavyje siejasi pagal taisykles. Abi fizikos sritys sprendžia pagrindinius erdvės, laiko ir medžiagos aprašymus mikro (kvantinėje) ir makro (kosmologinėse) srityse. Jie yra priešingose skalių pusėse. Ir po to, kai neseniai buvo rastas Higgso bosonas, kvantinė „receptų knyga“, vadinama standartiniu modeliu, dar kartą padėjo įrodyti, kad tai yra tikslus mūsų Visatos veikimo aprašymas.
Atrodo, kad standartinis modelis turi pagrindinę sunkumo problemą. Iki šiol fizikai negalėjo rasti dalelės, kuri tarpininkauja gravitacinėje jėgoje (hipotetinis pavadinimas yra „gravitonas“). Ir, nepaisant visų savo pastangų, atrodo, kad vis dar nėra galimybės išspręsti šio galvosūkio. Ir pastaraisiais metais juodosios skylės tapo dar viena mūšio vieta tarp bendrosios reliatyvumo teorijos ir kvantinio lauko teorijos.
„Nėra dramos“ antitezė
Kai medžiaga (taigi „informacija“) patenka į juodosios skylės erdvę, ji pašalinama iš žinomų Visatos ribų ir yra veiksmingai sunaikinta. Tai yra problema. Bendra reliatyvumo teorija mažai rūpinasi informacija, kuri yra svarbi. Bet kvantinė teorija, kita vertus, yra per daug suinteresuota šia informacija ir mano, kad ji negali būti „išvalyta“.
2004 m. Garsus įvykis įvyko, kai Hawkingas pripažino pralaimėjimą ginče su teoriniu fiziku Johnu Presquilu. Jis patvirtino, kad „prarasta“ informacija juodojoje skylėje yra užkoduota „Hawking“ spinduliuotėje (jis iš pradžių teigė, kad juodosios skylės sunaikina informaciją, o informacija spinduliuotėje yra naujas kodas, nesusijęs su objektu, įeinančiu į skylę).
Tačiau ši greita pataisa sukėlė dar vieną problemą. 2012 m. Kalifornijos universiteto Kalifornijos universiteto vadovo Juozapo Polčinskio vadovaujamų fizikų grupė suprato, kad informacijos saugojimui Hawking spinduliuotėje reikės stiprios kvantinės energijos „ugniasienės“, kuri viską išspaustų už įvykių ribų.
Prisimindamas mūsų nelaimingą kosmonautą, patekusį į juodosios skylės įvykio horizontą, su bendra reliatyvumo teorija, jis nieko nejaučia, kol nutekės per šią sritį (žinoma, jei ne Matthew McConaughey matytų ryškias šviesas). Žinoma, galų gale astronautas įsiskverbia į mažus gabalus, bet jis bus sudegintas. Toks minties eksperimentas yra žinomas kaip ne dramos postulatas.
Bet viskas keičia ugniasienės aklavietę. Jis tiesiog pažeidžia dramos įstatymus ir sukuria visiškai priešingą. Tai reiškia, kad ji visiškai pažeidžia bendrąją reliatyvumo teoriją ir teoriją, kuri kontroliuoja juodąją skylę, su kuria mes pradėjome.
Taigi dabar fizikai turi kovoti su lygtimis ir bandyti išspręsti „informacijos paradoksą“. Štai ką pastaruosius dešimtmečius daro didžiausi protai. Pati Stephen Hawking net nepalieka šios diskusijos. Pvz., Praėjusiais metais jis aptarė galimybę pakeisti savo teoriją teoriniu konstruktu, vadinamu „matomu horizontu“, o ne tam tikromis ribomis. Galbūt šią koncepciją reikia tobulinti ir iš tikrųjų šis horizontas keičia jo formavimąsi reaguojant į kvantinius svyravimus juodojoje skylėje. Tai sukuria chaotišką sutrikimą informacijoje, esančioje už akivaizdaus horizonto, kuris nepažeidžia kvantinės dinamikos įstatymų, nei bendra reliatyvumo teorija.
„Taigi, kaip prognozė apie orą Žemėje, informacija bus veiksmingai prarasta, jei nebus vienybės praradimo“, - rašė „Hawking“. Tai reiškia, kad, nors informacija gali būti išleista iš juodosios skylės, jos atsitiktinumas negali būti aiškinamas neišsprendžiant ugniasienės problemos.
Nereikia nė sakyti, kad tai nėra diskusijų tarp „Hawking“ bendraamžių pabaiga.
O dabar „Hawking“, pasirodžiusi rugpjūčio 24 d. Stokholme vykusioje Karališkojo technologijos instituto naujienose, viešai skaitė savo išskirtinį paaiškinimą. Jis man pasakė, kad jis galvoja apie vielos apdorojimo informaciją juodose skylėse.
„Manau, kad informacija nėra saugoma juodosios skylės viduryje, kaip galima galvoti, bet jos ribose, renginio horizonte“, - sakė jis paskaitoje.
Mokslininkas išsamiai paaiškino, kad informacija yra saugoma objektuose, kurie patenka į juodąją skylę, ir paverčiami dvimatėmis hologramomis, po kurių jie užfiksuojami Hawking spinduliuotėje ir pašalinami iš juodosios skylės. Tačiau jame nėra romantikos, nes ji neatrodo kaip itin pažangus kompiuterio kietasis diskas. Vietoj to, tai tikra chaotiška netvarka.
„Manau, kad juodosios skylės nėra visiškai tokios pačios spalvos, kaip jos aprašytos“, - aiškino jis. - „Jie nėra amžinas kalėjimas, kaip minėta anksčiau. Daiktai gali pereiti nuo skylės iki išorinių ar kitų visatų. “ Mes laukiame dokumentų, kuriuos Hawkingas ir jo darbuotojai ketina paskelbti per kelias savaites, kad suprastų, ką jis reiškia žodžiais „kitos“ visatos. Tačiau yra prielaidų, kad aišku, kad skylės gali tapti durimis į lygiagrečius pasaulius ar net visatas.
Įvykio „Horizon“ teleskopas
Šiuo metu „Hawking“ galėjo parengti „avarinį išėjimą“, kad gautų informaciją iš temos, kuri pateko į juodąją skylę. Tačiau mes negalėsime tiksliai žinoti proceso, kol visiškai neišnagrinėsime šių objektų pobūdžio.
„Horizon Telescope“ astronomai yra artimi mūsų galaktikos giliai matyti. Jie gali matyti projektuojamą šviesos diską, kuris supa Paukščių tako juodąją skylę, Šaulį A, esantį 20 tūkstančių šviesmečių.
„Jau daugelį metų„ Hawking “bandė rasti informacijos paradokso sprendimus: arba ją sureguliuoti, kad kvantinio lauko teorija sujungtų su bendru reliatyvumu, arba pakeisti būdą žiūrėti juodą skylę“, - rašo Arizonos universiteto astronomijos ir fizikos profesorius Dimitrios Psaltis . „Jei viskas veikia su antruoju variantu,„ Event Horizon “teleskopas galės matyti unikalų vaizdą.“
„Hawking“ darbas gali pasiūlyti naujas pažangiausias idėjas ir suteikti galimybę apsvarstyti kai kuriuos informacijos paradokso aspektus.
