De schijnbaar hardnekkige zwarte-gatparadox, voorgesteld door natuurkundige Stephen Hawking, kan eindelijk worden opgelost door wormgaten door te laten Vrije tijd.
De “zwart gat De informatieparadox “verwijst naar het feit dat informatie in het universum niet kan worden vernietigd, maar wanneer het zwarte gat uiteindelijk verdampt, zou alle informatie die door deze kosmische stofzuiger is verslonden allang verdwenen moeten zijn. De nieuwe studie suggereert dat de paradox had kunnen worden opgelost door de ultieme cheatcode van de natuur: wormgatenof passages door ruimte-tijd.
“Een wormgat verbindt de binnenkant van een zwart gat en straling met de buitenkant, als een brug”, zei Kanato Goto, een theoretisch fysicus in het RIKEN Interdisciplinair Mathematical and Theoretical Sciences Program in Japan. Hij zei in een verklaring.
Volgens de theorie van Goto verschijnt er een tweede oppervlak binnen de waarnemingshorizon van het zwarte gat, de grens waaraan niets kan ontsnappen. Draden van dit wormgat verbinden het oppervlak met de buitenwereld, waardoor informatie verstrikt raakt tussen de binnenkant van het zwarte gat en de straling die uit de randen lekt.
De informatieparadox van het zwarte gat
In de jaren zeventig ontdekte Hawking dat zwarte gaten niet helemaal zwart zijn, maar aanvankelijk realiseerde hij zich niet het gigantische probleem dat hij creëerde. Vóór de ontdekking gingen natuurkundigen ervan uit dat zwarte gaten heel eenvoudig zijn. Natuurlijk, er kwamen allerlei gecompliceerde dingen in terecht, maar zwarte gaten hebben al die informatie geblokkeerd en ze zullen nooit meer worden gezien.
Maar Hawking ontdekte dat zwarte gaten straling uitzenden, en Het kan uiteindelijk volledig verdampen, in een proces dat nu bekend staat als Hawking-straling, maar deze straling zelf bevatte geen informatie. Eigenlijk zou je dat niet kunnen. Per definitie verhindert de waarnemingshorizon van een zwart gat dat informatie weggaat. Dus, als het zwarte gat verdampt en uit het universum verdwijnt, waar gaat dan al zijn gesloten informatie heen?
Verwant: 4 vreemde theorieën van Stephen Hawking die waar bleken te zijn
Dit is de informatieparadox van het zwarte gat. Een mogelijkheid is dat de informatie kan worden vernietigd, wat in strijd lijkt te zijn met alles wat we weten over natuurkunde. (Als er bijvoorbeeld informatie verloren kan gaan, kun je het verleden niet reconstrueren op basis van huidige gebeurtenissen of toekomstige gebeurtenissen voorspellen.) In plaats daarvan proberen de meeste natuurkundigen de paradox op te lossen door een of andere manier te vinden voor de informatie in een zwart gat sijpelt door Hawking-straling. Op deze manier blijft de informatie in het universum wanneer het zwarte gat verdwijnt.
Hoe dan ook, het beschrijven van dit proces vereist nieuwe fysica.
“Dit verwijst naar dit jaar Relativiteit En de Kwantummechanica Goto zei, omdat ze momenteel onverenigbaar zijn met elkaar. We moeten een uniform kader vinden zwaartekracht. “
Entropie verhaal
In 1992 zag natuurkundige Don Page, een voormalig afgestudeerde student aan Hawking, het probleem van de informatieparadox op een andere manier. begon te kijken naar Kwantumverstrengeling, dat is wanneer het lot van verre deeltjes is verbonden. Deze verstrengeling fungeert als een kwantummechanische link tussen Hawking-straling en het zwarte gat zelf. Page heeft de hoeveelheid verstrengeling gemeten door ‘verstrengelings-entropie’ te berekenen, een maatstaf voor de hoeveelheid informatie in verstrengelde Hawking-straling.
In het oorspronkelijke verhaal van Hawking ontwijkt geen informatie, en de verstrengelingsentropie neemt altijd toe totdat het zwarte gat uiteindelijk verdwijnt. Maar Page ontdekte dat als zwarte gaten informatie vrijgeven, de verstrengelingsentropie aanvankelijk groeit; Vervolgens neemt de mid-life van het zwarte gat af voordat het uiteindelijk nul bereikt, wanneer het zwarte gat verdampt (wat betekent dat alle informatie in het zwarte gat eindelijk is ontsnapt).
Als de berekeningen van Page kloppen, geeft dit aan dat als zwarte gaten informatie laten ontsnappen, er halverwege hun leven iets bijzonders moet gebeuren. Hoewel Page’s werk de informatieparadox niet oploste, gaf het natuurkundigen wel iets spannends om aan te werken. Als ze een midlifecrisis voor zwarte gaten kunnen veroorzaken, zou deze oplossing deze paradox kunnen oplossen.
Door het wormgat
Onlangs hebben verschillende teams van theoretici wiskundige technieken toegepast die van hen zijn geleend snaartheorie Een manier om de relativiteit van Einstein te verenigen met de kwantummechanica is om dit probleem te bestuderen. Ze bestudeerden hoe ruimte-tijd nabij de waarnemingshorizon complexer kon zijn dan wetenschappers aanvankelijk dachten. Hoe ingewikkeld? complex mogelijk, waardoor elke vorm van buigen en buigen op microscopische schaal mogelijk is.
Hun werk leidde tot twee verrassende voordelen. Een daarvan was het verschijnen van een “extreem kwantumoppervlak” net onder de waarnemingshorizon. Dit binnenoppervlak moduleert de hoeveelheid informatie die het zwarte gat verlaat. Doe in het begin niet veel. Maar wanneer het zwarte gat op middelbare leeftijd is, begint het de verstrengeling over te nemen, waardoor de hoeveelheid informatie die naar buiten komt wordt verminderd), zodat de verstrengelingsentropie de voorspellingen van Beige volgt.
Ten tweede onthulden de berekeningen de aanwezigheid van wormgaten – veel van hen. Deze wormgaten lijken het extreme kwantumoppervlak te verbinden met de buitenkant van het zwarte gat, waardoor informatie voorbij de waarnemingshorizon kan gaan en als Hawking-straling kan worden vrijgegeven.
Maar dit eerdere werk is alleen toegepast op zeer vereenvoudigde ‘spel’-modellen (zoals eendimensionale versies van zwarte gaten). Met het werk van Goto is hetzelfde resultaat nu toegepast op meer realistische scenario’s – een grote vooruitgang die dit werk dichter bij het verklaren van de werkelijkheid brengt.
Toch zijn er veel vragen. Ten eerste is het nog niet duidelijk of de wormgaten in een bestand verschijnen wiskunde Het zijn dezelfde wormgaten die we beschouwen als snelkoppelingen in ruimte en tijd.
Het is zo diep begraven in de wiskunde dat het moeilijk is om de fysieke betekenis ervan te bepalen. Aan de andere kant zou het kunnen betekenen dat wormgaten zich letterlijk in en uit een verdampend zwart gat bevinden. Of het kan gewoon een teken zijn dat ruimtetijd in de buurt van een zwart gat niet-lokaal is, wat een kenmerk is van verstrengeling – twee verstrengelde deeltjes hoeven geen oorzakelijke communicatie te hebben om elkaar te beïnvloeden.
Een ander belangrijk probleem is dat, hoewel natuurkundigen een potentieel mechanisme hebben geïdentificeerd om de paradox te elimineren, ze niet weten hoe het echt werkt. Er is geen proces bekend dat het werk doet om de informatie in een zwart gat te brengen en het in Hawking-straling te coderen. Met andere woorden, natuurkundigen hebben een mogelijke route gebouwd om de informatieparadox op te lossen, maar ze hebben geen enkele manier gevonden om vrachtwagens te bouwen die die route volgen.
“We kennen nog steeds niet het onderliggende mechanisme van hoe straling informatie weghaalt”, zei Guto. “We hebben een theorie van kwantumzwaartekracht nodig.”
Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”