Obrazový kredit: NASA
Stephen Hawking a Kip Thorne môžu dlžiť Johnovi Preskillovi skupinu encyklopédií.
V roku 1997 sa traja kozmológovia preslávili stávkou, či informácie, ktoré vstupujú do čiernej diery, prestanú existovať - to znamená, či sa vnútro čiernej diery vôbec zmení podľa vlastností častíc, ktoré do nej vstupujú.
Hawkingov výskum naznačil, že častice nemajú vôbec žiadny účinok. Jeho teória však porušila zákony kvantovej mechaniky a vytvorila rozpor známy ako „informačný paradox“.
Fyzici z Ohio State University teraz navrhli riešenie s použitím teórie strún, teórie, ktorá tvrdí, že všetky častice vo vesmíre sú vyrobené z malých vibračných strún.
Samir Mathur a jeho kolegovia odvodili rozsiahly súbor rovníc, ktoré silne naznačujú, že informácie naďalej existujú - zviazané v obrovskom spleti strún, ktoré vyplní čiernu dieru od jej jadra po povrch.
Zistenie naznačuje, že čierne diery nie sú hladké a nevyskytujúce sa entity, ako vedci dlho mysleli.
Namiesto toho sú to strnulé fuzzballs.
Mathur, profesor fyziky v štáte Ohio, má podozrenie, že Hawking a Thorne nebudú obzvlášť prekvapení výsledkom štúdie, ktorá sa objavuje v prvom čísle časopisu Nuclear Physics B.
Hawking, profesor matematiky na University of Cambridge, a Thorne, profesor teoretickej fyziky v Caltechu, sa stavia, že informácie, ktoré vstupujú do čiernej diery, sú zničené, zatiaľ čo Preskill - profesor teoretickej fyziky v Caltech - vzal opačný pohľad. Stávky boli súborom encyklopédií.
„Myslím si, že väčšina ľudí sa vzdala myšlienky, že informácie boli zničené, keď sa v roku 1995 myšlienka strunovej teórie zvýšila na prvé miesto.“ Mathur povedal. „Je to len to, že nikto nebol schopný dokázať, že informácie prežili doteraz.“
V klasickom modeli toho, ako sa tvoria čierne diery, sa superhmotný objekt, napríklad obrovská hviezda, zrúti a vytvorí veľmi malý bod nekonečnej gravitácie, ktorý sa nazýva singularita. Jedinečnosť obklopuje špeciálna oblasť v priestore a akýkoľvek objekt, ktorý prekračuje hranice regiónu, známy ako horizont udalostí, sa vtiahne do čiernej diery, aby sa už nikdy nevrátil.
Teoreticky z čiernej diery nemôže uniknúť ani svetlo.
Priemer horizontu udalostí závisí od hmotnosti objektu, ktorý ho vytvoril. Napríklad, ak by sa slnko zrútilo do jedinečnosti, jeho horizont udalostí by meral približne 3 kilometre. Keby to Zem nasledovala, horizont udalostí by meral iba 1 centimeter (0,4 palca).
Pokiaľ ide o to, čo leží v regióne medzi singularitou a horizontom jej udalostí, fyzici vždy doslovne vybrali prázdne miesto. Bez ohľadu na to, aký typ materiálu tvoril jedinečnosť, oblasť vo vnútri horizontu udalostí mala mať akúkoľvek štruktúru alebo merateľné vlastnosti.
A v tom spočíva problém.
Problém klasickej teórie spočíva v tom, že by ste mohli použiť akúkoľvek kombináciu častíc na vytvorenie čiernej diery - protóny, elektróny, hviezdy, planéty, čokoľvek - a nezmenilo by sa to. Musí existovať miliarda spôsobov, ako vytvoriť čiernu dieru, avšak pri klasickom modeli je konečný stav systému vždy rovnaký. Mathur povedal.
Takýto druh uniformity porušuje kvantový mechanický zákon vratnosti, vysvetlil. Fyzici musia byť schopní vystopovať konečný produkt akéhokoľvek procesu vrátane procesu, ktorý vytvára čiernu dieru, až po podmienky, ktoré ho vytvorili.
Ak sú všetky čierne diery rovnaké, žiadna čierna diera sa nedá vystopovať späť k svojmu jedinečnému začiatku a akékoľvek informácie o časticiach, ktoré ju vytvorili, sa stratia navždy v okamihu, keď sa diera vytvorí.
„Nikto tomu skutočne neverí, ale nikto nikdy nemohol nájsť niečo zlé s klasickým argumentom.“ Mathur povedal. „Teraz môžeme navrhnúť, čo sa stalo.“
V roku 2000 teoretici reťazcov pomenovali informačný paradox číslo 8 na ich desiatke zoznamu fyzických problémov, ktoré sa majú vyriešiť v priebehu budúceho tisícročia. Tento zoznam obsahoval otázky ako „aký je život protónu?“ a „ako môže kvantová gravitácia pomôcť vysvetliť pôvod vesmíru?“
Mathur začal pracovať na informačnom paradoxe, keď bol odborným asistentom na Massachusettsovom technologickom inštitúte a tento problém napadol na plný úväzok po vstupe do štátnej fakulty v štáte Ohio v roku 2000.
S postdoktorským výskumníkom Olegom Luninom Mathur vypočítal štruktúru objektov, ktoré ležia medzi jednoduchými stavmi strún a veľkými klasickými čiernymi dierami. Namiesto toho, aby boli malými predmetmi, ukázalo sa, že sú veľké. Nedávno on a dvaja doktorandi - Ashish Saxena a Yogesh Srivastava - našli ten istý obrázok „fuzzballu“? naďalej platila pre objekty, ktoré sa viac podobajú klasickej čiernej diere. Tieto nové výsledky sú uvedené v Nuclear Physics B.
Podľa teórie strún sú všetky základné častice vesmíru - protóny, neutróny a elektróny - vyrobené z rôznych kombinácií reťazcov. Ale ako malé sú struny, Mathur verí, že môžu vytvárať veľké čierne diery prostredníctvom javu nazývaného zlomkové napätie.
Reťazce sú roztiahnuteľné, povedal, ale každý nesie určité napätie, rovnako ako gitarová struna. Pri zlomkovom napätí napätie klesá s predlžovaním reťazca.
Rovnako ako dlhý gitarový reťazec sa ľahšie vytrháva ako krátky gitarový reťazec, dlhý pás kvantových mechanických reťazcov, ktoré sú spojené, sa ľahšie roztiahne ako jediný reťazec, povedal Mathur.
Keď sa teda spojí veľké množstvo reťazcov, tak ako by vytvorili mnoho častíc potrebných pre veľmi masívny predmet, ako je čierna diera, kombinovaná guľová šnúra je veľmi pružná a rozširuje sa na široký priemer.
Keď odborníci z Ohio State odvodili svoj vzorec pre priemer fuzzy čiernej diery vyrobenej z reťazcov, zistili, že sa zhoduje s priemerom horizontu udalostí čiernej diery navrhnutého klasickým modelom.
Pretože Mathurova domnienka naznačuje, že vo vnútri čiernej diery stále existujú reťazce a povaha reťazcov závisí od častíc, ktoré tvoria pôvodný zdrojový materiál, každá čierna diera je taká jedinečná ako hviezdy, planéty alebo galaxia. ktorý to vytvoril. Reťazce z akéhokoľvek ďalšieho materiálu, ktorý vstupuje do čiernej diery, by tiež zostali vystopovateľné.
To znamená, že čierna diera sa dá vysledovať až do pôvodných podmienok a informácie prežívajú.
Tento výskum bol čiastočne podporený americkým ministerstvom energetiky.
Pôvodný zdroj: Ohio State University News Release
