VAD äR BLACK HOLE INFORMATION PARADOX?

Send

Har du hört att svarta hål förstör all information som går in i dem? Varför är detta ett så stort problem för fysiken?

På min dag var det enkelt. Klippet av min jib var helt bortom besvär. Nathan Fillion var kaptenen för Serenity hela dagen, varje dag. ... och svarta hål var hål som var svarta. Med det menar jag att svarta hål skulle komprimera materia och energi till en oändligt tät singularitet och skapade inte en till synes oöverstiglig informationsparadox. Jej, det var de goda dagarna.

Men dessa dagar är över. Nu är det alla 50 gråtoner, med fysiklagarna som böjs under andra fysiklagar. “Hashtag inte min kristen”. Det jag talar om är informationsparadoxen för black hole.

Först låt oss prata information. När fysiker pratar information, handlar de om det specifika tillståndet för varje enskild partikel i universum: massa, position, snurr, temperatur, du heter det. Fingeravtrycket som identifierar var och en och sannolikheterna för vad de kommer att göra i universum. Du kan ändra atomer, krossa dem ihop, men kvantvågfunktionen som beskriver dem måste alltid bevaras.

Kvantfysik låter dig köra hela universumet framåt och bakåt, så länge du vänder allt i din matematik: laddning, paritet och tid. Här är den viktiga delen. De stora hjärnorna säger att information måste leva vidare, oavsett vad. Tänk på det som energi. Du kan inte förstöra energi, allt du kan göra är att omvandla den.

Nu sammanfattar det svarta hålet. Naturligtvis bildas när de största stjärnorna, de med mer än 20 gånger solens massa, kollapsar våldsamt och exploderar. Här är materialens densitet så hög, utrymningshastigheten överskrider ljusets hastighet. De utsmyckade har en superuppvärmd ackretionsskiva av materia som virvlar runt händelseshorisonten för svart hål, där även ljus kan dras in i bana.

Här får vi en av de konstigaste biverkningarna från Relativitet: tidsutvidgning. Föreställ dig att en klocka faller mot ett svart hål, rör sig djupare in i tyngdkraften. Det verkar sakta när det kom närmare det svarta hålet och så småningom fryser vid kanten av händels horisonten. Fotoner från klockan skulle sträcka sig ut och klockans färg skulle rödförskjutas. Så småningom försvinner den när fotonerna sträcker sig utöver vad våra ögon kan upptäcka.

Om du kunde stirra på det svarta hålet i miljarder år, skulle du se allt det någonsin samlats fast vid utsidan som flygpapper. Du kan påpeka klockan, Titanic, Ranger och USS Cygnus, och teoretiskt kan du identifiera kvanttillståndet för varje enskild partikel och foton som gick in i det svarta hålet. Eftersom de kommer att ta en oändlig lång tid för att försvinna helt, är allt bra.

Deras information bevaras för evigt på ytan av det svarta hålet. De är alla helt döda, men deras information, deras dyrbara värdefulla kvantinformation, är helt säker.

Om du kunde ta upp ett svart hål, kan du få alla kvantinformation som beskriver allt det svarta hålet någonsin konsumerat. Och minst, så var det i de gamla goda dagarna.

Men 1975 tappade Hawking ett bombskal. Han insåg att svarta hål har en temperatur, under stora perioder skulle de avdunsta bort tills det inte fanns något kvar. släpper deras massa och energi tillbaka till universum. Överraskande känd som Hawking Radiation.

Men denna ... idé skapade en paradox. Informationen om vad som gick in i det svarta hålet bevaras genom tidsutvidgning, men med att själva det svarta hålet förångas. Så småningom kommer det att försvinna helt och sedan, vart går informationen? Den informationen som inte kan förstöras ...?

Detta är strikt inte cricket och förbryllade astronomer. De har arbetat i decennier för att lösa det. Det finns en rolig bunt med alternativ här:
Svarta hål förångas inte alls, och Hawking hade fel.
Information inom det svarta hålet läcker på något sätt ut medan Hawking-strålningen flyr.
Det svarta hålet håller det hela tills slutet, och när de två sista partiklarna förångas, släpps all information plötsligt tillbaka till universum.
Det hela går in i de mest tonåriga möjliga bitarna och ingenting går förlorat ELLER Informationen komprimeras till ett mikroskopiskt utrymme, som kvarstår efter att det svarta hålet i sig har förångats.

Och kanske kommer fysiker aldrig att räkna ut det. Hawking föreslog nyligen en ny idé för att lösa informationsparadoxen för svarthålet. Han har föreslagit att det finns ett sätt att ny Hawking-strålning kan präglas av information om ny materia som faller in i det svarta hålet.

Så informationen om allt som faller in bevaras av den utgående strålningen, återlämnar den till universum och löser paradoxen. Detta är en suck, eftersom Hawking-strålning i sig aldrig har upptäckts. Vi är decennier borta från att veta om detta är i rätt riktning, eller till och med om det finns ett sätt att lösa paradoxen.

I situationer som detta påminns vi om lite om universum som vi verkligen förstår. Vissa aspekter av vår förståelse av hela denna process är oklara, och det kommer att krävas mycket mer detektivarbete och experiment för att komma närmare sanningen.

Vilken information vill förstöras från universumet för alltid? Berätta alla dina hemligheter i kommentarerna nedan.