Кредит зображення: NASA
Стівен Хокінг і Кіп Торн можуть завдячувати Джону Прескілу набір енциклопедій.
У 1997 році троє космологів зробили відому ставку на те, чи перестає існувати інформація, яка потрапляє у чорну діру - тобто чи зміниться внутрішня частина чорної діри за характеристиками частинок, які потрапляють у неї.
Дослідження Хокінга припустили, що частинки не мають жодного ефекту. Але його теорія порушила закони квантової механіки і створила протиріччя, відоме як «інформаційний парадокс».
Зараз фізики з Державного університету Огайо запропонували рішення, використовуючи теорію струн, теорію, яка стверджує, що всі частинки Всесвіту зроблені з крихітних вібруючих струн.
Самір Матхур та його колеги вивели широкий набір рівнянь, які наполегливо говорять про те, що інформація продовжує існувати - пов'язана у гігантський клубок струн, що заповнює чорну діру від її серцевини до її поверхні.
Отримані висновки свідчать про те, що чорні діри - це не гладенькі, безхарактерні утворення, як довго думали вчені.
Натомість вони є жорсткими «невідомими».
Матур, професор фізики в штаті Огайо, підозрює, що Хокінг і Торн не будуть особливо здивовані результатами дослідження, яке з'являється в номері журналу "Ядерна фізика Б." від 1 березня.
У своїх ставках Хокінг, професор математики Кембриджського університету, і Торн, професор теоретичної фізики Калтеху, роблять ставку на те, що інформація, яка потрапляє у чорну діру, знищена, а Прескілл - також професор теоретичної фізики в Калтехе - взяв протилежний погляд. Ставки були сукупністю енциклопедій.
«Я думаю, що більшість людей відмовилися від ідеї, що інформація була знищена, коли ідея теорії струн піднялася на чільне місце в 1995 році» - сказав Матур. Це просто те, що раніше ніхто не зміг довести, що інформація збереглася.
У класичній моделі того, як утворюються чорні діри, надмасивний об’єкт, наприклад гігантська зірка, руйнується, утворюючи дуже маленьку точку нескінченної сили тяжіння, звану сингулярністю. Спеціальний регіон у космосі оточує особливість, і будь-який об’єкт, що перетинає межу регіону, відомий як горизонт події, втягується в чорну діру, ніколи не повертаючись.
Теоретично з чорної діри не втече навіть світло.
Діаметр горизонту події залежить від маси об'єкта, який його сформував. Наприклад, якщо Сонце обрушилося на особливість, його горизонт подій міг би приблизно 3 кілометри (1,9 милі) поперек. Якби Земля наслідувала цей приклад, його горизонт подій міг би лише 1 сантиметр (0,4 дюйма).
Щодо того, що лежить у регіоні між сингулярністю та його горизонтом подій, фізики завжди буквально промальовували бляху. Незалежно від того, який тип матеріалу формував особливість, площа всередині горизонту події повинна була бути позбавлена будь-якої структури або вимірюваних характеристик.
І в цьому криється проблема.
«Проблема класичної теорії полягає в тому, що ви можете використовувати будь-яку комбінацію частинок, щоб зробити чорну діру - протони, електрони, зірки, планети, що б там не було - і це не мало би значення. Повинні бути мільярди способів зробити чорну діру, але при класичній моделі остаточний стан системи завжди однаковий ,? - сказав Матур.
Така рівномірність порушує квантово-механічний закон оборотності, пояснив він. Фізики повинні бути в змозі простежити кінцевий продукт будь-якого процесу, включаючи процес, який робить чорну діру, назад до умов, що їх створили.
Якщо всі чорні діри однакові, то жодна чорна діра не простежується до її унікального початку, і будь-яка інформація про частинки, які її створили, втрачається назавжди в той момент, коли утворюється отвір.
"Ніхто насправді не вірить у це зараз, але ніхто ніколи не міг знайти нічого поганого в класичному аргументі," - сказав Матур. «Ми можемо запропонувати те, що пішло не так.»
У 2000 році теоретики струн назвали інформаційний парадокс восьмим у своєму першому десятку переліку проблем фізики, які слід вирішити протягом наступного тисячоліття. До цього списку були такі питання, як: «який термін життя протона» і як квантова гравітація може допомогти пояснити походження Всесвіту ??
Матур почав працювати над інформаційним парадоксом, коли був доцентом Массачусетського технологічного інституту, і він атакував цю проблему повний робочий день після вступу в штат Огайо у 2000 році.
З докторальним дослідником Олегом Луніним Матхур обчислив структуру об'єктів, які лежать між простими струнними станами та великими класичними чорними дірами. Замість крихітних предметів вони виявилися великими. Нещодавно він та два докторанти - Ашиш Саксена та Йогеш Шрівастава - виявили, що однакова картина «фузболу» продовжував уважатись за предмети, більш схожі на класичну чорну діру. Ці нові результати з'являються в ядерній фізиці Б.
Згідно теорії струн, усі основні частинки Всесвіту - протони, нейтрони та електрони - складаються з різних комбінацій струн. Але настільки ж крихітні, як струни, Матур вважає, що вони можуть утворювати великі чорні діри через явище, яке називається дробовою напругою.
За його словами, струни є розтяжними, але кожен несе певну напругу, як і гітарна струна. При дробовому натягу натяг зменшується в міру збільшення струни.
Так само, як довгу гітарну струну легше вищипати, ніж коротку гітарну струну, довгу нитку квантових механічних струн, з'єднаних разом, легше розтягнути, ніж одну струну, сказав Матур.
Отже, коли велика кількість струн з'єднується разом, як це було б для того, щоб утворити безліч частинок, необхідних для дуже масивного предмета, як чорна діра, комбінований куля струни дуже еластичний і розширюється до широкого діаметра.
Коли фізики штату Огайо отримали формулу діаметра нечіткої чорної діри, виготовленої з струн, вони виявили, що вона відповідає діаметру горизонту подій чорної діри, запропонованому класичною моделлю.
Оскільки гіпотеза Матура говорить про те, що струни продовжують існувати всередині чорної діри, а характер струн залежить від частинок, що складали вихідний вихідний матеріал, то кожна чорна діра така ж унікальна, як і зірки, планети чи галактики що його сформувало. Струни з будь-якого наступного матеріалу, який потрапляє у чорну діру, також залишаться простежуваними.
Це означає, що чорна діра може бути простежена до її початкових умов, і інформація зберігається.
Це дослідження частково підтримали Міністерство енергетики США.
Оригінальне джерело: Новини університету штату Огайо
