Стівен Хокінг помер сьогодні (14 березня), залишивши після себе величезну спадщину роботи астрофізика, наукового комунікатора, активіста та діяча захоплення поп-культурою. І в день його смерті питання, яке він піднімав і працював до останніх років свого життя, залишається без відповіді: чи справді інформація може бути втрачена у Всесвіті?
Найвідоміший документ Хокінга - «Вибухи в чорній дірі?», Опублікований 44 роки тому в 1974 році, мав чітке уявлення про цілі поняття чорних дір, як фізики раніше розуміли їх. І це було першим ударом Хокінга з цього основного питання.
"Класично чорна діра повинна бути" ідеально холодною "в тому сенсі, що вона поглинає все, але нічого не випромінює. Це так вони розуміли на початку 1970-х", - написав в електронному листі фізик з університету Лойоли в Чикаго Роберт Макніс. .
Така чорна діра не випромінювала б ніякої енергії, і жодна річ не могла б вирватися з неї. Це було б просто… існувало, холодно, мовчазно і вічно. Папір Хокінга зробив чорні діри живими - і, можливо, смертельними.
"Коли в середині 70-х Стівен розглядав квантові механічні ефекти, він виявив, що чорні діри, в принципі, повинні випромінюватись так, ніби це теплові об'єкти з температурою", - сказав Макніс Live Science. "Якщо вони випромінюють енергію, то їх маса зменшиться. І він виявив, що коли це відбувається, коли вони скорочуються, їх температура піднімається і вони випромінюються ще швидше".
Врешті-решт, можливо, чорна діра повністю зникне або зменшиться до маленького нубіну. Без повного узгодження відносності та квантової механіки в надійній теорії "квантової гравітації" (те, що фізики називають "теорією всього"), остання стадія випаровування чорної діри залишається загадкою.
"Проблема полягає в тому, що, за його підрахунками, випромінювання ідеально термічне. Це не зберігає жодної інформації про стан матеріалу, який утворив чорну діру, і це порушило б фундаментальне правило в квантовій механіці", - написав Макніс .
Квантова фізика вимагає, щоб усе майбутнє і минуле кожної частинки, в принципі, було можливо з'ясувати і зв’язати через ряд ланцюгових, причинних, імовірнісних подій. Але якщо чорна діра звільнить недиференційований суп з частинок зі своєю інформацією - їхні історії - непереборно стерти, то ця вимога принципово порушена.
"Парадокс" інформації про чорну діру "та спроби її вирішити призвели до значної частини роботи з квантовою гравітацією, оскільки вона була сформульована вперше", - написав Макніс.
До 1974 року Хокінг вже був досконалим фізиком. І з багатьох коротких біографій випливає, що після публікації його науково-популярної книги 1988 року «Коротка історія часу» його найголовніша наукова робота була позаду нього. Але Хокінг продовжував випускати значні і суперечливі наукові праці до останнього десятиліття, протиставляючи той парадокс, який він запровадив десятиліттями раніше.
Найдраматичніший документ про пізню кар'єру Хокінг писав, що чорні діри, як їх класично зрозуміли, взагалі не існують.
У публікації "Збереження інформації та прогнозування погоди для чорних дір", опублікованій у 2014 році, він припустив, що "горизонт подій" навколо чорних дір, точка, за якою навіть світло не може уникнути, насправді не існує. Натомість, написав він, існує просто "очевидний" горизонт захопленого світла, який міг би згасати і дозволяти світлу виходити.
"Відсутність горизонтів подій означає, що немає чорних дір - у сенсі режимів, від яких світло не може вийти в нескінченність", - написав Хокінг.
Він також запропонував деякі основні концептуальні проблеми з низкою особливостей, які фізики приписували чорним дірам, на кшталт "брандмауерів" навколо їхніх кордонів, які руйнують спостерігачів, які намагаються увійти.
Це не було остаточне слово Хокінга щодо науки. Нещодавно у 2016 році Хокінг опублікував документ з фізиком Кембриджського університету Малкольмом Перрі та фізиком Гарвардського університету Ендрю Стромінгер під назвою "М'яке волосся на чорних дірочках".
Дослідницька група стверджувала, що чорні діри оточені "м'якими" або нульовими енергіями частинками, які вони називають волоссям. Ці волосся, вони писали, зберігають втрачену інформацію про частинки, випромінювані чорними дірами, на "голографічних пластинах" за межами меж чорних дір. Тож інформація, переміщуючись, ніколи не втрачається по-справжньому.
"Повний опис голографічної таблички та розв'язання парадоксу інформації залишається відкритим викликом. Ми запропонували нові та конкретні інструменти для вирішення", - написали вони.
Навіть до кінця свого життя Хокінг залишався дуже працюючим вченим, представляючи ідеї, які розвивали його сферу, та ідеї, які його колеги відкидали.
"Моє враження, що папір про 2014 рік не є широко прийнятим. Папір для 2016 року, з іншого боку, це робота з Перрі та Стромінгер - це напрямок, над яким люди все ще активно працюють", - написав Макніс.
"Парадокс інформації про чорну діру був одним із визначальних питань для людей, які працюють на квантовій гравітації. І, оскільки вона залишається без відповіді, я думаю, що це залишається найцікавішим питанням, яке піднімається".
