Πιστωτική εικόνα: NASA
Ο Stephen Hawking και ο Kip Thorne οφείλουν τον John Preskill ένα σύνολο εγκυκλοπαίδειας.
Το 1997, οι τρεις κοσμολόγοι έκαναν ένα διάσημο στοίχημα σχετικά με το αν παύει να υπάρχει πληροφορία που εισέρχεται σε μια μαύρη τρύπα - δηλαδή αν το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας αλλάζει καθόλου από τα χαρακτηριστικά των σωματιδίων που εισέρχονται σε αυτήν.
Η έρευνα του Hawking έδειξε ότι τα σωματίδια δεν έχουν καμία απολύτως επίδραση. Αλλά η θεωρία του παραβίασε τους νόμους της κβαντικής μηχανικής και δημιούργησε μια αντίφαση γνωστή ως «παράδοξο πληροφοριών».
Τώρα οι φυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο έχουν προτείνει μια λύση χρησιμοποιώντας τη θεωρία χορδών, μια θεωρία που υποστηρίζει ότι όλα τα σωματίδια στο σύμπαν είναι κατασκευασμένα από μικροσκοπικές δονούμενες χορδές.
Ο Samir Mathur και οι συνάδελφοί του έχουν βρει ένα εκτεταμένο σύνολο εξισώσεων που υποδηλώνουν έντονα ότι οι πληροφορίες εξακολουθούν να υπάρχουν - δεσμευμένες σε ένα τεράστιο κουβάρι από χορδές που γεμίζει μια μαύρη τρύπα από τον πυρήνα της στην επιφάνειά της.
Το εύρημα υποδηλώνει ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι ομαλές, χωρίς χαρακτηριστικά οντότητες όπως οι επιστήμονες έχουν από καιρό σκεφτεί.
Αντ 'αυτού, είναι χορδές; fuzzballs.;
Ο Mathur, καθηγητής φυσικής στο Ohio State, υποψιάζεται ότι οι Hawking και Thorne δεν θα εκπλαγούν ιδιαίτερα από το αποτέλεσμα της μελέτης, η οποία εμφανίζεται στο τεύχος της 1ης Μαρτίου του περιοδικού Nuclear Physics B.
Στο στοίχημα τους, ο Hawking, καθηγητής μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο του Cambridge και ο Thorne, καθηγητής θεωρητικής φυσικής στο Caltech, στοιχηματίζουν ότι οι πληροφορίες που εισέρχονται σε μια μαύρη τρύπα καταστρέφονται, ενώ ο Preskill - επίσης καθηγητής θεωρητικής φυσικής στο Caltech - πήρε το αντίθετη άποψη. Τα μερίδια ήταν ένα σύνολο εγκυκλοπαίδειας.
«Νομίζω ότι οι περισσότεροι άνθρωποι παραιτήθηκαν από την ιδέα ότι οι πληροφορίες καταστράφηκαν όταν η ιδέα της θεωρίας χορδών έγινε γνωστή το 1995»; Ο Mathur είπε. Είναι απλώς ότι κανείς δεν μπόρεσε να αποδείξει ότι οι πληροφορίες επιβιώνουν πριν από τώρα.
Στο κλασικό μοντέλο για το πώς σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες, ένα υπερμεγέθη αντικείμενο, όπως ένα γιγαντιαίο αστέρι, καταρρέει για να σχηματίσει ένα πολύ μικρό σημείο άπειρης βαρύτητας, που ονομάζεται μοναδικότητα. Μια ειδική περιοχή στο διάστημα περιβάλλει την μοναδικότητα και κάθε αντικείμενο που διασχίζει τα σύνορα της περιοχής, γνωστό ως ορίζοντας γεγονότος, τραβιέται στη μαύρη τρύπα, ποτέ για να επιστρέψει.
Θεωρητικά, ούτε καν φως μπορεί να ξεφύγει από μια μαύρη τρύπα.
Η διάμετρος του ορίζοντα συμβάντος εξαρτάται από τη μάζα του αντικειμένου που τον διαμόρφωσε. Για παράδειγμα, εάν ο ήλιος κατέρρευε σε μια μοναδικότητα, ο ορίζοντας συμβάντων του θα είχε μήκος περίπου 3 χιλιόμετρα (1,9 μίλια). Εάν η Γη ακολούθησε το ίδιο, ο ορίζοντας συμβάντων της θα είχε μόνο 1 εκατοστό (0,4 ίντσες).
Όσον αφορά το τι βρίσκεται στην περιοχή μεταξύ της μοναδικότητας και του ορίζοντα γεγονότων, οι φυσικοί πάντα σχεδίαζαν ένα κενό, κυριολεκτικά. Ανεξάρτητα από το είδος του υλικού που διαμόρφωσε την ιδιαιτερότητα, η περιοχή εντός του ορίζοντα συμβάντων έπρεπε να στερείται οποιασδήποτε δομής ή μετρήσιμων χαρακτηριστικών.
Και εκεί έγκειται το πρόβλημα.
Το πρόβλημα με την κλασική θεωρία είναι ότι θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε οποιονδήποτε συνδυασμό σωματιδίων για να φτιάξετε τη μαύρη τρύπα - πρωτόνια, ηλεκτρόνια, αστέρια, πλανήτες, οτιδήποτε - και δεν θα έκανε καμία διαφορά. Πρέπει να υπάρχουν δισεκατομμύρια τρόποι για να φτιάξετε μια μαύρη τρύπα, αλλά με το κλασικό μοντέλο η τελική κατάσταση του συστήματος είναι πάντα η ίδια; Ο Mathur είπε.
Αυτό το είδος ομοιομορφίας παραβιάζει τον κβαντικό μηχανικό νόμο της αναστρεψιμότητας, εξήγησε. Οι φυσικοί πρέπει να είναι σε θέση να εντοπίσουν το τελικό προϊόν οποιασδήποτε διαδικασίας, συμπεριλαμβανομένης της διαδικασίας που κάνει μια μαύρη τρύπα, πίσω στις συνθήκες που τη δημιούργησαν.
Εάν όλες οι μαύρες τρύπες είναι ίδιες, τότε καμία μαύρη τρύπα δεν μπορεί να εντοπιστεί στη μοναδική της αρχή και οποιαδήποτε πληροφορία σχετικά με τα σωματίδια που τη δημιούργησε χάνεται για πάντα τη στιγμή που σχηματίζεται η τρύπα.
"Κανείς δεν το πιστεύει πραγματικά τώρα, αλλά κανείς δεν θα μπορούσε ποτέ να βρει κάτι λάθος με το κλασικό επιχείρημα," Ο Mathur είπε. Μπορούμε τώρα να προτείνουμε τι πήγε στραβά.
Το 2000, οι θεωρητικοί χορδών ονόμασαν το παράδοξο πληροφοριών οκτώ στον κατάλογο των δέκα κορυφαίων προβλημάτων φυσικής που θα επιλυθούν κατά την επόμενη χιλιετία. Αυτή η λίστα περιελάμβανε ερωτήσεις όπως: ποια είναι η διάρκεια ζωής ενός πρωτονίου; και πώς μπορεί η κβαντική βαρύτητα να βοηθήσει να εξηγήσει την προέλευση του σύμπαντος;
Ο Mathur άρχισε να εργάζεται στο παράδοξο της πληροφορίας όταν ήταν επίκουρος καθηγητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης και επιτέθηκε στο πρόβλημα με πλήρη απασχόληση μετά την ένταξή του στη σχολή του Οχάιο το 2000.
Με τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Oleg Lunin, ο Mathur υπολόγισε τη δομή των αντικειμένων που βρίσκονται ανάμεσα σε απλές καταστάσεις χορδών και μεγάλες κλασικές μαύρες τρύπες. Αντί να είναι μικροσκοπικά αντικείμενα, αποδείχθηκαν μεγάλα. Πρόσφατα, αυτός και δύο διδακτορικοί φοιτητές - Ashish Saxena και Yogesh Srivastava - βρήκαν ότι η ίδια εικόνα του «fuzzball» συνέχισε να ισχύει για αντικείμενα που μοιάζουν περισσότερο με μια κλασική μαύρη τρύπα. Αυτά τα νέα αποτελέσματα εμφανίζονται στην Πυρηνική Φυσική Β.
Σύμφωνα με τη θεωρία χορδών, όλα τα θεμελιώδη σωματίδια του σύμπαντος - πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια - αποτελούνται από διαφορετικούς συνδυασμούς χορδών. Αλλά όσο μικροσκοπικά είναι οι χορδές, ο Mathur πιστεύει ότι μπορούν να σχηματίσουν μεγάλες μαύρες τρύπες μέσω ενός φαινομένου που ονομάζεται κλασματική ένταση.
Οι χορδές είναι τεντώσιμες, είπε, αλλά ο καθένας έχει μια ορισμένη ένταση, όπως και μια χορδή κιθάρας. Με κλασματική τάση, η ένταση μειώνεται καθώς η χορδή μεγαλώνει.
Ακριβώς όπως μια μακρά χορδή κιθάρας είναι πιο εύκολο να μαζέψει από μια σύντομη χορδή κιθάρας, ένα μακρύ νήμα κβαντικών μηχανικών χορδών που ενώνονται μεταξύ τους είναι ευκολότερο να τεντωθεί από ένα μόνο χορδή, είπε ο Mathur.
Έτσι, όταν πολλές πολλές χορδές ενώνονται, όπως θα μπορούσαν να σχηματίσουν τα πολλά σωματίδια που είναι απαραίτητα για ένα πολύ τεράστιο αντικείμενο, όπως μια μαύρη τρύπα, η συνδυασμένη μπάλα χορδής είναι πολύ ελαστική και επεκτείνεται σε μεγάλη διάμετρο.
Όταν οι φυσικοί του Κράτους του Οχάιο εξήγησαν τον τύπο τους για τη διάμετρο μιας ασαφούς μαύρης τρύπας από χορδές, διαπίστωσαν ότι ταιριάζει με τη διάμετρο του ορίζοντα συμβάντων της μαύρης τρύπας που προτείνει το κλασικό μοντέλο.
Δεδομένου ότι η εικασία του Mathur υποδηλώνει ότι οι χορδές συνεχίζουν να υπάρχουν μέσα στη μαύρη τρύπα και η φύση των χορδών εξαρτάται από τα σωματίδια που αποτελούσαν το αρχικό αρχικό υλικό, τότε κάθε μαύρη τρύπα είναι τόσο μοναδική όσο τα αστέρια, οι πλανήτες ή ο γαλαξίας που το σχημάτισε. Οι χορδές από οποιοδήποτε επόμενο υλικό που εισέρχεται στη μαύρη τρύπα θα παραμείνουν επίσης ανιχνεύσιμα.
Αυτό σημαίνει ότι μια μαύρη τρύπα μπορεί να εντοπιστεί πίσω στις αρχικές της συνθήκες και οι πληροφορίες επιβιώνουν.
Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο Τύπου του Πανεπιστημίου του Οχάιο
