Чому інформаційний парадокс Гокінга не дає спокою фізикам: що не так із чорними дірами

Парадокс Гокінга або інформаційний парадокс чорних дір є однією з проблем фізики, яку намагаються вирішити вчені. Цей парадокс зачіпає суть однієї з найважливіших проблем сучасної фізики, тобто того факту, що не можна об'єднати теорію відносності Ейнштейна і квантову механіку. І в усьому цьому винні чорні діри, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

І квантова механіка, і теорія відносності є вершиною досягнень у плані вивчення навколишньої реальності. Завдяки їм фізики змогли досить добре зрозуміти будову Всесвіту. Але квантова механіка і теорія відносності Ейнштейна не можуть працювати разом, якщо йдеться про деякі найекстремальніші об'єкти або явища в нашому Всесвіті. І це дуже велика проблема. Інформаційний парадокс Гокінга є одним із таких випадків.

І в класичній, і в квантовій фізиці інформація про властивості системи дає змогу вченим визначити її стан у минулому і майбутньому. Але як виявилося, чорні діри не відповідають цьому правилу.

Ще в 70-х роках минулого століття відомий британський фізик Стівен Гокінг з'ясував, що властивості чорної діри залежать лише від кількох значень: її маси, електричного заряду і моменту імпульсу. Але це ще не все.

Коли чорні діри переростають бути активними, тобто припиняють поглинання матерії, то вони втрачають свою енергію у формі особливого типу випромінювання, яке отримало назву випромінювання Гокінга. Згідно з розрахунками британського фізика, випромінювання не залежить від початкового стану чорної діри. Тобто у випромінювання Гокінга немає минулого і все, що потрапило в чорну діру, позбавляється майбутнього. Таким чином інформація, що потрапила в чорну діру, має бути втрачена назавжди. Але якщо це так, то це велика проблема, адже це суперечить правилам квантової механіки. Тому й виник парадокс Гокінга. Згідно з правилами квантової механіки, вся інформація у Всесвіті зберігається назавжди. Але чорні діри поглинають матерію, а отже, вся інформація в ній має назавжди зникнути.

Але наразі вчені вважають, що інформація все ж таки зберігається всередині чорної діри і виходить з неї, коли відбувається випаровування чорної діри. Але як саме це відбувається, фізики поки точно не розуміють.

Деякі фізики вважають, що у чорних дір існує так зване "квантове волосся". Тобто чорна діра поглинає матерію, і вона залишає ледве видимий квантовий слід у гравітаційному полі чорної діри. Саме це "квантове волосся" може зберігати інформацію, коли чорна діра випаровується, випускаючи випромінювання Гокінга. Є й інші гіпотези, які стосуються "волосся" чорної діри, але поки що спільного рішення парадоксу Гокінга немає.

Можливо, розв'язання цього парадокса відкрило б можливість змусити квантову механіку і теорію відносності працювати разом. При цьому так, щоб вони працювали не тільки в чорних дірах, а й у всьому Всесвіті. Деякі вчені вважають, що цю проблему можна вирішити навіть без виявлення абсолютно нової фізики.

Як уже писав Фокус, виявлено невідповідності з теорією Ейнштейна, адже гравітація поводиться дивним чином. Нова модель гравітації вчених допоможе пояснити, чому спостерігається такий, як вони називають, "космічний збій".

Також Фокус писав про те, що фізикам вдалося виміряти енергію між двома енергетичними станами ядра атомів. Таким чином вчені вважають, що квантову фізику і ядерну фізику можна об'єднати.