Ιστός σκουλικότρυπων υπόσχεται λύση στο παράδοξο της πληροφορίας του Hawking

Ένα φαινομενικά δυσεπίλυτο παράδοξο το οποίο διατυπώθηκε προτάθηκε πρώτη φορά από τον φυσικό Στίβεν Χόκινγκ θα μπορούσε τελικά να επιλυθεί – από σκουληκότρυπες μέσω του χωροχρόνου.

Το “παράδοξο πληροφοριών για τη μαύρη τρύπα“ αναφέρεται στο γεγονός ότι οι πληροφορίες δεν μπορούν να καταστραφούν, και όμως όταν μια μαύρη τρύπα εξαϋλώνεται τελικά, όποια πληροφορία καταβροχθίστηκε από αυτήν την κοσμική ηλεκτρική σκούπα θα έπρεπε να έχει εξαφανιστεί. Η νέα μελέτη προτείνει ότι το παράδοξο θα μπορούσε να επιλυθεί από τον απόλυτο κώδικα εξαπάτησης της φύσης: σκουληκότρυπες ή περάσματα μέσω του χωροχρόνου.

“Μια σκουληκότρυπα συνδέει το εσωτερικό της μαύρης τρύπας με την ακτινοβολία έξω, σαν μια γέφυρα”, δήλωσε ο Kanato Goto, θεωρητικός φυσικός στο Διαθεματικό Πρόγραμμα Θεωρητικών και Μαθηματικών Επιστημών RIKEN στην Ιαπωνία.

Σύμφωνα με τη θεωρία του Goto, μια δεύτερη επιφάνεια εμφανίζεται μέσα στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, το όριο πέρα ​​από το οποίο τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει. Νήματα από τη σκουληκότρυπα συνδέουν αυτή την επιφάνεια με τον έξω κόσμο, μπλέκοντας πληροφορίες μεταξύ του εσωτερικού της μαύρης τρύπας και των διαρροών ακτινοβολίας στις άκρες της.

Μαύρη τρύπα και το παράδοξο της πληροφορίας

Στη δεκαετία του 1970, ο Χόκινγκ ανακάλυψε ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι ακριβώς μαύρες, αλλά στην αρχή, δεν συνειδητοποίησε το τεράστιο πρόβλημα που είχε δημιουργήσει. Πριν την ανακάλυψή του, οι φυσικοί υπέθεταν ότι οι μαύρες τρύπες ήταν εξαιρετικά απλές. Σίγουρα, όλα τα περίπλοκα πράγματα έπεφταν μέσα τους, αλλά οι μαύρες τρύπες κλείδωναν όλες αυτές τις πληροφορίες, και ουδείς μάθαινε για αυτές ποτέ.

Ακτινοβολία Hawking

Όμως ο Χόκινγκ ανακάλυψε ότι οι μαύρες τρύπες απελευθερώνουν ακτινοβολία και μπορούν τελικά να εξατμιστούν πλήρως , σε μια διαδικασία που τώρα είναι γνωστή ως ακτινοβολία Hawking. Αλλά αυτή η ακτινοβολία δεν έφερε καμία πληροφορία από μόνη της. Πράγματι, δεν θα μπορούσε. Έτσι, όταν μια μαύρη τρύπα τελικά εξατμίζεται και εξαφανίζεται από το σύμπαν, τίθεται το ερώτημα: τί γίνεται με όλες αυτές τις πληροφορίες που υπήρχαν σε αυτή.

Αυτό είναι το παράδοξο πληροφοριών για τη μαύρη τρύπα. Μια πιθανότητα είναι ότι οι πληροφορίες μπορεί να καταστρέφονταν, κάτι ωστόσο που παραβιάζει όλα όσα γνωρίζουμε για τη φυσική. (Για παράδειγμα, εάν οι πληροφορίες μπορούν να χαθούν, τότε δεν μπορείτε να ανασυνθέσετε το παρελθόν από τα σημερινά γεγονότα ή να προβλέψετε μελλοντικά γεγονότα.) Αντίθετα, οι περισσότεροι φυσικοί προσπαθούν να λύσουν το παράδοξο βρίσκοντας κάποιο τρόπο – οποιονδήποτε τρόπο – για τις πληροφορίες μέσα στο μαύρη τρύπα να διαρρεύσει μέσω της ακτινοβολίας Hawking. Με αυτόν τον τρόπο, όταν η μαύρη τρύπα εξαφανίζεται, οι πληροφορίες εξακολουθούν να υπάρχουν στο σύμπαν.

Νέα φυσική;

Είτε έτσι είτε αλλιώς, η περιγραφή αυτής της διαδικασίας απαιτεί νέα φυσική.

«Αυτό υποδηλώνει ότι η γενική σχετικότητα και η κβαντική μηχανική , όπως έχουν σήμερα, δεν συνάδουν μεταξύ τους», είπε ο Γκότο. “Πρέπει να βρούμε ένα ενιαίο πλαίσιο για την κβαντική βαρύτητα .”

Μια ιστορία δύο εντροπιών και η κρίση μέσης ηλικίας της μαύρης τρύπας

Το 1992, ο φυσικός Don Page, πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής του Hawking, είδε το πρόβλημα του παραδόξου της πληροφορίας με άλλο τρόπο. Ξεκίνησε εξετάζοντας την κβαντική εμπλοκή , όταν μακρινά σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους. Αυτή η εμπλοκή λειτουργεί ως η κβαντομηχανική σύνδεση μεταξύ της ακτινοβολίας Hawking και της ίδιας της μαύρης τρύπας. Ο Πέιτζ μέτρησε την ποσότητα της εμπλοκής υπολογίζοντας την «εντροπία εμπλοκής», η οποία είναι ένα μέτρο της ποσότητας των πληροφοριών που περιέχονται στην εμπλεκόμενη ακτινοβολία Χόκινγκ.

Στον αρχικό υπολογισμό του Hawking, καμία πληροφορία δεν διαφεύγει και η εντροπία εμπλοκής αυξάνεται πάντα μέχρι να εξαφανιστεί τελικά η μαύρη τρύπα. Όμως ο Πέιτζ διαπίστωσε ότι αν πράγματι οι μαύρες τρύπες απελευθερώνουν πληροφορίες, η εντροπία της εμπλοκής αρχικά μεγαλώνει. Στη συνέχεια, στα μισά της διάρκειας ζωής της μαύρης τρύπας, μειώνεται πριν φτάσει τελικά στο μηδέν, όταν η μαύρη τρύπα εξατμιστεί (που σημαίνει ότι όλες οι πληροφορίες μέσα στη μαύρη τρύπα έχουν τελικά διαφύγει).

Εάν οι υπολογισμοί του Page είναι σωστοί, αυτό υποδηλώνει ότι εάν οι μαύρες τρύπες επιτρέπουν στις πληροφορίες να διαφύγουν, τότε κάτι ιδιαίτερο πρέπει να συμβεί στη μέση της ζωής τους. Ενώ η δουλειά του Page δεν έλυσε το παράδοξο της πληροφορίας, έδωσε στους φυσικούς κάτι ενδιαφέρον για να δουλέψουν. Αν μπορούσαν να δώσουν στις μαύρες τρύπες μια κρίση μέσης ηλικίας, τότε αυτή η λύση θα μπορούσε απλώς να λύσει το παράδοξο.

Μέσα από τη σκουληκότρυπα

Πιο πρόσφατα, αρκετές ομάδες θεωρητικών έχουν εφαρμόσει μαθηματικές τεχνικές δανεισμένες από τη θεωρία χορδών – μια προσέγγιση για την ενοποίηση της σχετικότητας του Αϊνστάιν με την κβαντική μηχανική – για να εξετάσουν αυτό το πρόβλημα.

Η δουλειά τους οδήγησε σε δύο εκπληκτικά χαρακτηριστικά. Το ένα ήταν η εμφάνιση μιας «κβαντικής ακραίας επιφάνειας» ακριβώς κάτω από τον ορίζοντα γεγονότων. Αυτή η εσωτερική επιφάνεια μετριάζει τον όγκο των πληροφοριών που φεύγει από τη μαύρη τρύπα. Αρχικά, υπολειτουργεί. Αλλά όταν η μαύρη τρύπα είναι στα μισά της ζωής της, η εντροπία της εμπλοκής  ακολουθεί τις προβλέψεις του Page.

Δεύτερον, οι υπολογισμοί αποκάλυψαν την παρουσία σκουληκότρυπων – πολλές από αυτές. Αυτές οι σκουληκότρυπες φάνηκαν να συνδέουν την κβαντική ακραία επιφάνεια με το εξωτερικό της μαύρης τρύπας, επιτρέποντας στις πληροφορίες να παρακάμψουν τον ορίζοντα γεγονότων και να απελευθερωθούν ως ακτινοβολία Hawking.

Ωστόσο, υπάρχουν πολλά ερωτήματα. Πρώτον, δεν είναι ακόμη σαφές εάν οι σκουληκότρυπες που εμφανίζονται στα μαθηματικά είναι οι ίδιες σκουληκότρυπες που θεωρούμε ως συντομεύσεις στο χρόνο και στο χώρο.

Ένα από τα άλλα σημαντικά ζητήματα είναι ότι, ενώ οι φυσικοί έχουν εντοπίσει έναν πιθανό μηχανισμό για να ανακουφίσουν το παράδοξο, δεν ξέρουν πώς λειτουργεί στην πραγματικότητα. Δεν υπάρχει καμία γνωστή διαδικασία που να εκτελεί πραγματικά το έργο της λήψης των πληροφοριών που βρίσκονται μέσα σε μια μαύρη τρύπα και της κωδικοποίησης τους στην ακτινοβολία Hawking. Με άλλα λόγια, οι φυσικοί έχουν φτιάξει έναν πιθανό δρόμο για να λύσουν το παράδοξο της πληροφορίας, αλλά δεν έχουν βρει κανέναν τρόπο να κατασκευάσουν τα φορτηγά που ταξιδεύουν σε αυτόν τον δρόμο, αναφέρει ο Paul Sutter από το LiveScience.

Ολόκληρο το άρθρο εδώ