Mi a fekete lyuk információs paradoxona?

Művész

Egy művész fekete lyuk ábrázolása. (Kép jóváírása: NASA/JPL-Caltech)

Paul M. Sutter asztrofizikus itt Az Ohio Állami Egyetem , házigazdája Kérdezzen meg egy űrhajót és ' Űr rádió , és 'szerzője' Helyed az univerzumban . ' Sutter hozzájárult ehhez a cikkhez A demokratija.eu szakértői hangjai: Op-Ed & Insights .



Az univerzum nagyon szereti az információit. Nem szeret új információkat létrehozni, és nem szereti semmiféle meglévő információját megsemmisíteni.

Valójában a „tetszik” túl gyenge szó. Amennyire meg tudjuk állapítani (és nagyon -nagyon keményen dolgoztunk az ellenőrzésen), az információ nem jön létre és nem semmisül meg: az információ az egész univerzumban egyszerűen megmarad.

Kivéve a fekete lyukakban. Hoppá. Magyarázzuk el.

Összefüggő: Eureka! A tudósok először fényképeznek egy fekete lyukat

Információs túlterhelés

Először is el kell döntenünk, hogy mit értünk „információ” alatt, és miért kell megőrizni. A fizikát a determinizmus uralja: a fizika törvényei alapján megjósolhatjuk a rendszer jövőbeli viselkedését. Ez a fizika egész lényege. Akár egy dobozban ülő részecske, akár összetett kémiai reakció, akár az egész világegyetem, a fizikával kapcsolatos tudásunk lehetővé teszi számunkra, hogy szilárd, megbízható előrejelzéseket tegyünk, amelyek a jelenből átviszik tudásunkat a jövőbe.

És ugyanez a technika lehetővé teszi, hogy a múltba ássunk. Ha mindent tudunk a rendszerről, akkor ugyanazok a fizika törvények, amelyek a jövőre is kiterjednek, a múltba is átnyúlnak - előre vagy hátra tudjuk futtatni az órát, látva, hogy ez a rendszer hogyan viselkedett vagy fog viselkedni. .

Ez a visszafordíthatóság teszi lehetővé számunkra az ugrást az információ megőrzésében. Ha mindent tudok, amit a rendszerről tudni kell - az összes részecske helyzetét és sebességét, a pörgéseit és elektromos töltéseit, és az összes többi dolgot -, akkor a fizika törvényei megmondják, hogyan fognak ezek a részecskék viselkedni a múltban és a jövőben. Így a rendszer nyers információi - minden, amit tudni lehet róla - megmaradnak az idő múlásával; csak átrendeződik, nem jön létre vagy semmisül meg.

Viszlát, fekete lyukak

Első pillantásra úgy tűnik, hogy a fekete lyukak elég ártatlanul kezelik az információkat. A dolgok fekete lyukakba kerülnek, az információikkal együtt. Egy külső szemlélő szemszögéből (azaz, ha biztonságosan figyelünk a távolból) soha semmi nem esik egy fekete lyukba - csak beillesztésre kerül a felületre (persze ennél kicsit bonyolultabb, de ez elég ahhoz, hogy megérteni a jelenlegi dilemmát). Ez a helyzet nem olyan nagy információ, amelyet nem hoznak létre vagy semmisítenek meg.

Kivéve, ha a fekete lyuk elpárolog, ami apró problémát okoz.

Ahogy Stephen Hawking először felfedezte az 1970 -es években, a fekete lyukak nem teljesen feketék. Csak egy apró, apró fényt világítanak. Sőt, ez a kényelmesen elnevezett Hawking -sugárzás teljesen termikus. Ez csak véletlenszerű meleg, mint a tested.

Ez azt jelenti, hogy a kibocsátott sugárzás mennyisége és hőmérséklete csak a fekete lyuk tömegétől, forgásától és töltésétől függ. Semmi más: Nem számít, mit dob ​​egy fekete lyukba, a könyvektől a macskákon át az űrhajókig, Hawking -sugárzása ugyanaz marad.

Ami jó és dandy; a felszínen lévő információ még mindig ott van, saját dolgával törődve. De mivel a fekete lyuk Hawking -sugárzást termel, elveszíti az energiát, ami azt jelenti, hogy elveszíti a tömegét ... ami azt jelenti, hogy végül eltűnik, az összes információval együtt.

Tehát ha az információ nem szivárog ki a Hawking -sugárzással, és a fekete lyuk eltűnik, mi történt az összes információval?

Ezért paradoxon.

Új fizika a segítségére

Nincs megoldásunk a fekete lyuk információs paradoxonára, de ez nem akadályozta meg a csillagos szemű teoretikusokat abban, hogy az évtizedek során számos lehetséges megoldást álmodjanak meg.

Lehet, hogy például az információkat mégis megőrzik. Bár ez egyszerű kijelentésnek tűnhet, magában foglalja szinte az összes ismert fizika átírását. És a fekete lyukak az egyetlen olyan helyek, ahol bajba kerültünk ezzel az egész információmegőrző dologgal, tehát valóban érdemes újra feltalálni minden fizikai tudásunkat, csak hogy megfeleljünk ennek az egyetlen különleges esetnek? Pedig korábban már át kellett írnunk az összes fizikát, így nem mintha ez lenne az első alkalom, és a fekete lyukak nagyon lenyűgöző tárgyak.

Vagy talán a Hawking -sugárzás nem minden. Talán valahogy a fekete lyuk felszínére ragadt információ végül bejut a kibocsátott sugárzásba. Talán Hawking eredeti elemzése túl egyszerű volt, és a sugárzás gondos megfigyelésével gondosan rekonstruálhatnánk a beesett könyveket, macskákat és űrhajókat. Bár ezzel megmentenénk az összes ismert fizikát, senki sem talált kielégítő utat arra, hogy tudod, tedd ezt valóra.

Lehet, hogy az információ nem ragad a felszínen, hanem valamilyen ropogós rögben marad hátra, amikor a fekete lyuk elpárolog. Ez kedvesen hangzik, de megint csak fogalmunk sincs, hogyan is működne ez valójában. Vagy talán valami még vadabb dolog, mint például az információ egy másik univerzumba való bejutása vagy az időben történő visszacsatolás.

Ebben a paradoxonban az az izgalmas, hogy az összes lehetséges válasz új fizikához vezet. Nem számít, ha feloldjuk a paradoxont, akkor megtesszük, ha valami újat tanulunk az univerzumról.

Tudjon meg többet az epizód meghallgatásával - Mi a fekete lyuk információs paradoxona? az Ask A Spaceman podcasten, elérhető a címen iTunes és a weben: http://www.askaspaceman.com . Köszönet Peter G. a kérdésekhez, amelyek ehhez a darabhoz vezettek! Tegye fel saját kérdését a Twitteren a #AskASpaceman használatával vagy Paul követésével @PaulMattSutter és facebook.com/PaulMattSutter . Kövess minket Twitteren @Spacedotcom és tovább Facebook .