Kuvan luotto: NASA
Stephen Hawking ja Kip Thorne saattavat olla John Preskillille velkaa sarjan tietosanakirjoja.
Kolme kosmologia teki vuonna 1997 kuuluisan vetolauseen siitä, lakkaako mustan aukon saapuneen informaation olemassaolo - toisin sanoen muuttaako mustan reiän sisäpinta ollenkaan sitä saapuvien hiukkasten ominaisuuksia.
Hawkingin tutkimus osoitti, että hiukkasilla ei ole mitään vaikutusta. Mutta hänen teoriansa rikkoi kvantimekaniikan lakeja ja loi ristiriidan, joka tunnetaan nimellä "tietoparadoksi".
Nyt Ohion osavaltion yliopiston fyysikot ovat ehdottaneet ratkaisua käyttämällä jousiteoriaa, teoriaa, jonka mukaan kaikki maailmankaikkeuden hiukkaset on tehty pienistä värisevistä jousista.
Samir Mathur ja hänen kollegansa ovat saaneet laajan joukon yhtälöitä, jotka viittaavat vahvasti tiedon jatkumiseen - sidottuina jätteiden jättiläiskokoonpanoon, joka täyttää mustan aukon ytimestään sen pintaan.
Löytö viittaa siihen, että mustat aukot eivät ole sileitä, piirteettömiä kokonaisuuksia, kuten tutkijat ovat pitkään ajatelleet.
Sen sijaan ne ovat niukkoja? Fuzzballs.
Ohioin osavaltion fysiikan professori Mathur epäilee, että Hawking ja Thorne eivät olisi erityisen yllättyneitä tutkimuksen tuloksesta, joka ilmestyy Nuclear Physics B. -lehden maaliskuun 1. numerossa.
Cambridge-yliopiston matematiikan professori Hawking ja Caltechin teoreettisen fysiikan professori Thorne vetoivat vedossaan, että mustaan aukkoon menevä tieto tuhoutuu, kun taas Preskill - myös Caltechin teoreettisen fysiikan professori - otti päinvastainen näkymä. Panokset olivat joukko tietosanakirjoja.
? Uskon, että useimmat ihmiset luopuivat ajatuksesta, että tiedot tuhottiin, kun jousateorian idea nousi näkyvyyteen vuonna 1995 ,? Mathur sanoi. ? Se on vain se, että kukaan ei ole pystynyt todistamaan, että tieto säilyy aiemmin.
Klassisessa mallissa, jolla mustat aukot muodostuvat, supermassiivinen esine, kuten jättilähde, romahtaa muodostaen erittäin pienen pisteen äärettömästä painovoimasta, jota kutsutaan singulaarisuudeksi. Avaruudessa oleva erityinen alue ympäröi singulaarisuutta, ja kaikki alueen rajan ylittävät esineet, joita kutsutaan tapahtumahorisontiksi, vedetään mustaan aukkoon, koskaan palaamatta.
Teoriassa edes valo ei pääse pakenemaan mustasta aukosta.
Tapahtumahorisontin halkaisija riippuu sen muodostaneen esineen massasta. Esimerkiksi, jos aurinko romahti erikoisuudeksi, sen tapahtumahorisontti mittaaisi noin 3 kilometriä (1,9 mailia) poikki. Jos Maa seuraisi esimerkkiä, sen tapahtumahorisontti olisi vain yksi senttimetri (0,4 tuumaa).
Fyysikot ovat aina piirtäneet tyhjän kirjaimellisesti sen, mitä sijaitsee singulaarisuuden ja sen tapahtumahorisontin välisellä alueella. Riippumatta siitä, minkä tyyppisellä materiaalilla muodostettiin singulaarisuus, tapahtumahorisontin sisällä olevalla alueella piti olla vailla mitään rakennetta tai mitattavia ominaisuuksia.
Ja siinä on ongelma.
? Klassisen teorian ongelma on, että voit käyttää mitä tahansa hiukkasyhdistelmää mustan aukon tekemiseen - protoneja, elektroneja, tähtiä, planeettoja, mitä tahansa - ja sillä ei olisi mitään eroa. Mustan aukon tekemiseen on oltava miljardeja tapoja, mutta klassisessa mallissa järjestelmän lopputila on aina sama ,? Mathur sanoi.
Tällainen yhdenmukaisuus rikkoo palautuvuuden kvantmekaanista lakia, hän selitti. Fyysikkojen on kyettävä jäljittämään minkä tahansa prosessin lopputuote, mukaan lukien prosessi, joka muodostaa mustan aukon, takaisin olosuhteisiin, jotka sen loivat.
Jos kaikki mustat aukot ovat samoja, niin mitään mustaa reikää ei voida jäljittää sen ainutlaatuiseen alkuun, ja kaikki tiedot hiukkasista, jotka sen loivat, menetetään ikuisesti sillä hetkellä, kun reikä muodostuu.
? Kukaan ei todellakaan usko nyt, mutta kukaan ei koskaan löytänyt mitään vikaa klassisessa argumentissa ,? Mathur sanoi. ? Voimme nyt ehdottaa, mikä meni pieleen.?
Vuonna 2000 joustoteoreetikot nimittivät tietoparadoksin numero kahdeksan kymmenen seuraavan vuosituhannen aikana ratkaistavien fysiikan ongelmien luetteloon. Tuo luettelo sisälsi kysymyksiä, kuten? Mikä on protonin elinaika? ja miten kvanttipaino voi auttaa selittämään maailmankaikkeuden alkuperää?
Mathur aloitti tiedon paradoksin käsittelemisen, kun hän oli apulaisprofessori Massachusetts Institute of Technologyssa, ja hän hyökkäsi ongelmaan täysipäiväisesti liittymisen jälkeen Ohion osavaltion tiedekuntaan vuonna 2000.
Tutkijatohtori Oleg Luninin kanssa Mathur laski esineiden rakenteen, jotka sijaitsevat yksinkertaisten merkkijonojen ja suurten klassisten mustien reikien välissä. Pienten esineiden sijaan ne osoittautuivat suuriksi. Äskettäin hän ja kaksi jatko-opiskelijaa - Ashish Saxena ja Yogesh Srivastava - havaitsivat, että sama kuva "fuzzballista" jatkoi totta kohteisiin, jotka muistuttavat läheisemmin klassista mustaa reikää. Nämä uudet tulokset näkyvät ydinfysiikassa B.
Jousateorian mukaan kaikki maailmankaikkeuden perustavanlaatuiset hiukkaset - protonit, neutronit ja elektronit - on tehty jousien erilaisista yhdistelmistä. Mutta niin pieniä kuin jouset, Mathur uskoo, että ne voivat muodostaa suuria mustia reikiä ilmiön, jota kutsutaan murtojännitteeksi, kautta.
Kielet ovat joustavia, hän sanoi, mutta jokaisessa on tietty määrä jännitystä, samoin kuin kitaran kielissä. Jaksojännityksellä jännitys pienenee, kun naru pidentyy.
Aivan kuten pitkät kitaran kielet on helpompi kynittää kuin lyhyt kitaran kielet, niin pitkät kvanttimekaaniset jouset, jotka on liitetty yhteen, on helpompi venyttää kuin yksi kieli, Mathur sanoi.
Joten kun suuri joukko jousia yhdistyy toisiinsa, kuten ne muodostaisivat monia hiukkasia, jotka ovat tarpeen erittäin massiiviselle esineelle, kuten musta aukko, yhdistetty narun pallo on hyvin joustava ja laajenee leveäksi halkaisijaksi.
Kun Ohion osavaltion fyysikot laskivat kaavansa jousista tehdyn sumun mustan reiän halkaisijalle, he huomasivat, että se vastaa klassisen mallin ehdottamaa mustan aukon tapahtumahorisontin halkaisijaa.
Koska Mathurin olettamukset viittaavat siihen, että merkkijonoja on edelleen mustan aukon sisällä, ja merkkijonojen luonne riippuu alkuperäisestä lähteestä koostuvista hiukkasista, niin jokainen musta aukko on yhtä ainutlaatuinen kuin tähdet, planeetat tai galaksi joka muodosti sen. Mistä tahansa seuraavasta materiaalista tulevat nauhat, jotka pääsevät mustaan reikään, pysyisivät myös jäljitettävinä.
Tämä tarkoittaa, että musta aukko voidaan jäljittää alkuperäisiin olosuhteisiinsa, ja tieto säilyy.
Yhdysvaltain energiaministeriö tuki tätä tutkimusta osittain.
Alkuperäinen lähde: Ohion osavaltion yliopiston lehdistötiedote
