Наконец-то решен знаменитый парадокс излучения Хокинга?
Один из самых известных парадоксов физика Стивена Хокинга может быть, наконец, решен. Исследование показывает, что черные дыры могут содержать информацию о массивных звездах, которые их породили. Результаты исследования опубликованы в журнале .
Излучение Хокинга
В классической физике черные дыры - это относительно "простые" объекты, которые могут быть охарактеризованы тремя факторами: массой, угловым моментом и электрическим зарядом. С другой стороны, массивные звезды, которые их порождают, гораздо сложнее, они состоят из сложного набора протонов, электронов и нейтронов, объединенных в элементы.
Давайте рассмотрим излучение Хокинга. Это явление, которое возникает вблизи черных дыр. Согласно общей теории относительности и квантовой механике, у края горизонта черной дыры постоянно появляются виртуальные частицы. Обычно эти частицы сразу же исчезают. Однако из-за квантовых эффектов одна из этих частиц может застрять в горизонте черной дыры, в то время как другая вырвется наружу. Этот процесс приводит к испусканию излучения из черной дыры (отсюда название "излучение Хокинга").
Это излучение важно, поскольку оно указывает на то, что черные дыры не являются абсолютно "черными". Они действительно излучают энергию, что противоречит традиционной идее о том, что из этих объектов с их значительной гравитационной силой ничто не может вырваться наружу.
Парадокс излучения Хокинга
Согласно работе Хокинга, опубликованной в середине 1970-х годов, это излучение медленно "уходит" из черных дыр в виде тепловой энергии. Из-за своей тепловой природы это излучение не может нести никакой информации. В течение огромных периодов времени выход этого излучения может привести к полному испарению черных дыр и, следовательно, всей информации о звездах, которые их породили.
Эта теория противоречит закону сохранения информации, принятому в квантовой физике. Согласно этому закону, информация не может быть ни создана, ни уничтожена. Она может быть только передана или преобразована. Таким образом, парадокс заключается в том, как примирить предсказание Хокинга об испускании излучения с сохранением информации. Для разрешения этого парадокса было предложено несколько гипотез и теорий, в том числе идея о том, что информация на самом деле не теряется, а просто где-то прячется.
Головоломка решена?
В своей работе исследователи из Сассекского университета (Англия) и Мичиганского университета (США) попытались решить эту проблему. В новом исследовании команда заново оценила расчеты Хокинга, приняв во внимание эффекты квантовой гравитации (описание гравитации в соответствии с принципами квантовой механики), чего Хокинг в то время не сделал.
Хотя эти квантовые гравитационные поправки были крошечными, они имели решающее значение. Расчеты показывают, что они изменяют излучение Хокинга таким образом, что оно становится нетепловым. Другими словами, с учетом квантовой гравитации излучение может содержать информацию.
Таким образом, эта работа позволила определить физический процесс, посредством которого информация выходит из черной дыры через излучение Хокинга и как она может быть восстановлена внешним наблюдателем. Однако для этого потребуется достаточно чувствительный прибор для измерения излучения Хокинга, который в настоящее время находится за пределами нашей досягаемости. Одним из способов продвижения этой идеи может стать изучение математических моделей этого излучения в лаборатории.