Bildkredit: NASA
Stephen Hawking och Kip Thorne kan vara skyldiga John Preskill en uppsättning encyklopedier.
1997 gjorde de tre kosmologerna en berömd insats om huruvida information som kommer in i ett svart hål upphör att existera - det vill säga om det inre av ett svart hål alls ändras av egenskaperna hos partiklar som kommer in i det.
Hawkings forskning antydde att partiklarna inte har någon effekt på något sätt. Men hans teori bröt mot kvantmekanikens lagar och skapade en motsägelse känd som "informationsparadox."
Nu har fysiker vid Ohio State University föreslagit en lösning med strängteori, en teori som säger att alla partiklar i universum är tillverkade av små vibrerande strängar.
Samir Mathur och hans kollegor har tagit fram en omfattande uppsättning ekvationer som starkt antyder att informationen fortsätter att existera - bunden i en jättestruv av strängar som fyller ett svart hål från dess kärna till ytan.
Fyndet tyder på att svarta hål inte är släta, otydliga enheter som forskare länge har tänkt.
Istället är de snöriga fuzzbollar.?
Mathur, professor i fysik vid Ohio State, misstänker att Hawking och Thorne inte skulle bli särskilt förvånade över resultatet av studien, som visas i 1 mars-numret av tidskriften Nuclear Physics B.
I deras satsning satsade Hawking, professor i matematik vid University of Cambridge, och Thorne, professor i teoretisk fysik på Caltech, att information som kommer in i ett svart hål förstörs, medan Preskill - även professor i teoretisk fysik vid Caltech - tog motsatt syn. Insatserna var en uppsättning encyklopedier.
? Jag tror att de flesta gav upp idén att information förstördes när tanken på strängteori ökade 1995 ,? Mathur sa. ? Det är bara så att ingen har kunnat bevisa att informationen överlevde tidigare.?
I den klassiska modellen för hur svarta hål bildas, kollapsar ett supermassivt objekt, som en jätte- stjärna, för att bilda en mycket liten punkt med oändlig tyngdkraft, kallad en singularitet. En speciell region i rymden omger singulariteten, och alla objekt som korsar regionens gräns, känd som händelseshorisonten, dras in i det svarta hålet för att aldrig återvända.
I teorin kan inte ens ljus fly från ett svart hål.
Händelshorisontens diameter beror på massan på objektet som bildade det. Till exempel, om solen kollapsade till en singularitet, skulle dess händelseshorisont mäta ungefär 3 kilometer (1,9 miles) tvärs över. Om Jorden följde efter, skulle dess händelseshorisont bara mäta 1 centimeter (0,4 tum).
När det gäller vad som ligger i regionen mellan en singularitet och dess händelseshorisont har fysiker alltid dragit ett tomt, bokstavligen. Oavsett vilken typ av material som formade singulariteten, skulle området inne i händelseshorisonten vara saknad från någon struktur eller mätbara egenskaper.
Och däri ligger problemet.
? Problemet med den klassiska teorin är att du kan använda valfri kombination av partiklar för att göra det svarta hålet - protoner, elektroner, stjärnor, planeter, vad som helst - och det skulle inte göra någon skillnad. Det måste finnas miljarder sätt att göra ett svart hål, men med den klassiska modellen är systemets slutliga tillstånd alltid detsamma ,? Mathur sa.
Den typen av enhetlighet bryter mot den kvantmekaniska lagen om reversibilitet, förklarade han. Fysiker måste kunna spåra slutprodukten av alla processer, inklusive processen som gör ett svart hål, tillbaka till förhållandena som skapade den.
Om alla svarta hål är desamma, kan inget svart hål spåras tillbaka till dess unika början, och all information om partiklarna som skapade det förloras för evigt i det ögonblick hålet formas.
? Ingen tror verkligen det nu, men ingen kunde någonsin hitta något fel med det klassiska argumentet heller ,? Mathur sa. ? Vi kan nu föreslå vad som gick fel.?
År 2000 utsåg strängteoretiker informationsparadoxen nummer åtta på deras topp-tio lista över fysikproblem som ska lösas under nästa årtusende. Den listan inkluderade frågor som? Vad är livslängden för en proton ?? och? hur kan kvanttyngd hjälpa till att förklara universums ursprung ??
Mathur började arbeta med informationsparadoxen när han var biträdande professor vid Massachusetts Institute of Technology och han attackerade problemet på heltid efter att han gick in i Ohio State fakulteten 2000.
Med postdoktor Oleg Lunin beräknade Mathur strukturen för föremål som ligger mellan enkla strängtillstånd och stora klassiska svarta hål. I stället för att vara små föremål, visade de sig vara stora. Nyligen fann han och två doktorander - Ashish Saxena och Yogesh Srivastava - samma bild av en? Fuzzball? fortsatte att vara sant för föremål som mer liknar ett klassiskt svart hål. Dessa nya resultat visas i Nuclear Physics B.
Enligt strängteori är alla de grundläggande partiklarna i universum - protoner, neutroner och elektroner - gjorda av olika kombinationer av strängar. Men så små som strängar är, tror Mathur att de kan bilda stora svarta hål genom ett fenomen som kallas bråkspänning.
Strängar är töjbara, sade han, men var och en har en viss spänning, liksom en gitarrsträng. Med bråkspänningar minskar spänningen när strängen blir längre.
Precis som en lång gitarrsträng är lättare att plocka än en kort gitarrsträng, är en lång sträng av kvantmekaniska strängar som är sammanfogade lättare att sträcka än en enda sträng, sa Mathur.
Så när många strängar sammanfogas, som de skulle göra för att bilda de många partiklarna som är nödvändiga för ett mycket massivt föremål som ett svart hål, är den kombinerade strängkulan mycket stretchig och expanderar till en bred diameter.
När Ohio State-fysiker härledde sin formel för diametern på ett fuzzy svart hål gjord av strängar, fann de att det matchade diametern för det svarta hålets horisont som föreslogs av den klassiska modellen.
Eftersom Mathurs antagande antyder att strängar fortsätter att existera inuti det svarta hålet, och strängarnas natur beror på partiklarna som utgör det ursprungliga källmaterialet, är varje svarta hål lika unik som stjärnorna, planeterna eller galaxen som bildade den. Strängarna från alla efterföljande material som kommer in i det svarta hålet kommer också att förbli spårbara.
Det betyder att ett svart hål kan spåras tillbaka till dess ursprungliga förhållanden och informationen överlever.
Denna forskning stöds delvis av den amerikanska energidepartementet.
Original källa: Ohio State University News Release
