Oletko kuullut, että mustat aukot tuhoavat niihin menevän tiedon? Miksi tämä on niin suuri ongelma fysiikassa?
Minun aikanani asiat olivat yksinkertaisia. Robottikoirilla oli pyörät ja lasernenät. Koulu oli ylämäkeä molempiin suuntiin. Ei-toivotut lapset poistuivat nurmikoilta, emmekä tarvinneet niitä kauheita sähköistettyjä lonkerovarsia. Puomin leikkaus oli täysin moitteeton. Nathan Fillion oli Serenityn kapteeni koko päivän, joka päivä. … Ja mustat aukot olivat mustia reikiä. Tällä tarkoitan, että mustat aukot puristaisivat aineen ja energian äärettömän tiheäksi singulaariseksi, eivätkä luoneet ylitsepääsemättömältä vaikuttavaa informaatioparadoksia. Jep, ne olivat hyviä aikoja.
Mutta ne päivät ovat ohi. Nyt se on kaikki 50 harmaan sävyä, ja fysiikan lait taipuvat muiden fysiikan lakien alle. 'Hashtag ei ole kristittyni'. Se, mistä puhun, on mustan aukon tiedon paradoksi.
Ensin puhutaan tiedoista. Kun fyysikot puhuvat tietoa, he puhuvat universumin jokaisen hiukkasen erityisestä tilasta: massasta, sijainnista, spinistä, lämpötilasta. Sormenjälki, joka yksilöi jokaisen yksilöllisesti, ja todennäköisyys sille, mitä he aikovat tehdä universumissa. Voit vaihtaa atomeja, murskata ne yhteen, mutta niitä kuvaava kvanttiaaltofunktio on aina säilytettävä.
Kvanttifysiikan avulla voit ajaa koko universumia eteen- ja taaksepäin, kunhan käännät kaiken matematiikassa: latauksen, pariteetin ja ajan. Tässä on tärkeä osa. Suuret aivot kertovat meille, että tiedon on säilyttävä, olipa mitä tahansa. Ajattele sitä kuin energiaa. Et voi tuhota energiaa, voit vain muuttaa sitä.
Nyt mustan aukon yhteenveto. Luonnollisesti muodostuu, kun suurimmat tähdet, joiden massa on yli 20 kertaa Auringon massa, sortuvat rajusti ja räjähtävät. Täällä aineen tiheys on niin suuri, että pakonopeus ylittää valon nopeuden. Tyylikkäissä on mustan aukon tapahtumahorisontin ympärillä pyörivä superkuumentunut aineen kertymäkiekko, jossa jopa valo voidaan vetää kiertoradalle.
Täällä saamme yhden suhteellisuusteorian omituisimmista sivuvaikutuksista: ajan dilataatio. Kuvittele, että kello putoaa kohti mustaa aukkoa ja liikkuu syvemmälle painovoimakuoppaan. Se näyttäisi hidastuvan, kun se lähestyi mustaa aukkoa, ja lopulta jäätyä tapahtumahorisontin reunaan. Kellon fotonit venyivät ja kellon väri muuttuisi punaiseksi. Lopulta se häviää, kun fotonit venyvät yli sen, mitä silmämme pystyvät havaitsemaan.
Jos voisit tuijottaa mustaa aukkoa miljardeja vuosia, näkisit kaiken, mitä se on koskaan kerännyt, kiinnittyneenä ulkopuolelle kuin kärpäspaperia. Voisit osoittaa kellon, Titanicin, Rangerin ja USS Cygnuksen, ja teoriassa voit tunnistaa jokaisen mustaan aukkoon menneen hiukkasen ja fotonin kvanttitilan. Koska niiden katoaminen kokonaan kestää äärettömän pitkän ajan, kaikki on hyvin.
Musta aukko levyn ja suihkujen visualisoinnilla ESA:n luvalla
Heidän tietonsa säilyvät ikuisesti mustan aukon pinnalla. He ovat kaikki täysin kuolleita, mutta heidän tietonsa, heidän arvokas kvanttitietonsa, on täysin turvassa.
Jos voisit purkaa mustan aukon, voisit saada kaiken kvanttiinformaation, joka kuvaa kaikkea, mitä musta aukko on koskaan kuluttanut. Ja ainakin näin se oli vanhoina hyvinä aikoina.
Mutta vuonna 1975 Hawking pudotti pommin. Hän tajusi, että mustilla aukoilla on lämpötila, valtavien ajanjaksojen aikana ne haihtuivat pois, kunnes mitään ei olisi jäljellä. vapauttaa massansa ja energiansa takaisin universumiin. Ei yllättäen tunnettu Hawkingin säteilynä.
Mutta tämä… ajatus loi paradoksin. Tieto siitä, mitä mustaan aukkoon meni, säilyy ajanlaajennuksella, mutta itse mustan aukon massa haihtuu. Lopulta se katoaa kokonaan, ja mihin tietomme sitten katoavat? Se tieto, jota ei voi tuhota…?
Tämä ei todellakaan ole kriketti, ja hämmentynyt tähtitieteilijät. He ovat työskennelleet vuosikymmeniä ratkaistakseen sen. Täällä on hauska pino vaihtoehtoja:
Mustat aukot eivät haihdu ollenkaan, ja Hawking oli väärässä.
Mustassa aukossa oleva tieto vuotaa jotenkin takaisin ulos, kun Hawking-säteilyä karkaa.
Musta aukko pitää kaiken sisällään loppuun asti, ja kun kaksi viimeistä hiukkasta haihtuvat, kaikki tieto vapautuu yhtäkkiä takaisin universumiin.
Kaikki menee mahdollisimman pieniin bitteihin eikä mitään häviä TAI Tieto puristetaan mikroskooppiseen tilaan, joka jää jäljelle, kun itse musta aukko on haihtunut.
Taiteilijan esitys, joka näyttää ulosvirtauksen supermassiivisesta mustasta aukosta galaksin keskellä. Kiitos: NASA/CXC/M.Weiss
Ja ehkä fyysikot eivät koskaan ymmärrä sitä. Hawking ehdotti äskettäin uutta ideaa mustan aukon informaatioparadoksin ratkaisemiseksi. Hän on ehdottanut, että on olemassa tapa, jolla uusi Hawking-säteily voi jäädä mustaan aukkoon putoavasta uudesta aineesta.
Siten lähtevä säteily säilyttää tiedon kaikesta putoavasta, palauttaen sen universumiin ja ratkaisee paradoksin. Tämä on aavistus, koska itse Hawking-säteilyä ei ole koskaan havaittu. Olemme vuosikymmenien päässä siitä, että tiedämme, onko tämä oikea suunta vai onko olemassa tapa ratkaista paradoksi.
Tällaisissa tilanteissa meitä muistutetaan siitä, kuinka vähän universumista todella ymmärrämme. Jotkin näkökohdat ymmärtämisessämme koko prosessista ovat epäselviä, ja vaatii paljon enemmän etsivää ja kokeilua päästäksemme lähemmäksi totuutta.
Mitä tietoja haluaisi tuhota universumista ikuisesti? Kerro meille kaikki salaisuutesi alla olevissa kommenteissa.
Podcast (ääni): ladata (Kesto: 6:16 – 5,7 Mt)
Tilaa: Applen podcastit | RSS
Podcast (video): ladata (Kesto: 6:41 – 79,2 Mt)
Tilaa: Applen podcastit | RSS