Musta augu paradoks

Ja miks jah, meie universum võib olla hologramm.

Pöörleva musta augu kirjeldus filmist Interstellar, rež. Christopher Nolan.

Mustad augud on universumi suured tarbijad. Nad hävitavad kõik, lastes mitte kellelgi põgeneda, kui see on ületanud augu sündmuste horisondi. Nad saavad oma tohutu raskuskeskme sellest, et nad on kokku varisenud tähed - tohutu hulga aine kontsentratsioonid väga väikeses ruumis. See tõmbus, mille käigus nad riputavad kõik, mis läheb elementaarseteks osakesteks liiga lähedale, imeb neid salapärase tumeda südamiku sisse.

Kuid mis juhtub kõige selle asja ja energiaga, mida must auk tarbib? Seda ei saa sama hästi kustutada, kuna meie kvantmehaanika tööalased teadmised keelavad selle. Meie arusaam koosneb kvantteabe säilitamise seaduses igavesti olemas olevast teabest. See on kvantmehaanika põhialus. Informatsioon ise on konkreetse arvu osakeste konkreetne paigutus, viis, kuidas kahe vesinikuaatomi ja ühe hapnikuaatomi paigutus annab meile teavet, et see on vesi. Kvantmehaanika järgi oleks teil teoreetiliselt võimalik kogu meie universumi ajalugu näha, kui saaksite jälgida kõiki olemasolevaid aatomeid, osakesi ja kiirguslaineid.

Nii et kui me kvantmehaanikat ja üldist relatiivsusteadust ümber ei kirjuta, peab see teave ka edaspidi musta auku eksisteerima. Kuid nagu näitas Stephen Hawking, mida nüüd nimetatakse Hawkingi kiirguseks, aurustuvad mustad augud ja eraldavad massi uskumatult pika aja jooksul. See massikadu tähendaks teabe kadumist igaveseks. Hawkingi leiud olid sedavõrd vaieldavad, et teadlastel oli aega neid aktsepteerida ja nende olulisust teadvustada, nimetades seda lõpuks musta augu teabeparadoksiks.

Enne kui asume selle paradoksi võimalike lahenduste juurde, on veel mõned punktid teabe ja mustade aukude kohta.

Kui mateeria ja energia sisenevad musta auku, lisavad nad sisenemispunkti väikese piksli uut massi. Sissetulev teave moonutaks sündmuse horisonti kohas, kus see ületatakse.

Juusteta teoreem ütleb, et mustadel aukutel on ainult kolm omadust: nurkkiirus, mass ja elektrilaeng. Nad peaksid kiirgama temperatuuril, mis on pöördvõrdeline nende massiga. Kuid see Hawkingi kiirgus ei sõltu sellest, millest must auk koosneb, vaid kiirgavad osakesi nagu footonid, kuni pole tõendeid, et must auk oleks alguse saanud. Lihtsalt rohkem tühja ruumi.

NASA pilt mustast august.

Võimalikud lahendused

Küsimusele “kuhu kogu see teave läheb?” On paar võimalikku lahendust.

See, mida Stephen Hawking aastaid toetas, hõlmas teabe kadumist ussiauku läbi ja väljub teistsuguses paralleelses universumis. See toimuks siis, kui väljuks läbi valge augu - musta augu vastas, pidevalt loksutades teavet ja seda pole võimalik väljastpoolt sisestada. Ehkki teave poleks meile enam kättesaadav, oleks see siiski olemas ja mängib endiselt kaitseseadust.

Valge augu kujutamine.

Teine lahendus on see, et teave on jäljendatud Hawkingi kiirgusele ise, nii et see ei lahku kunagi sellest universumist. Kuid kuidas kantakse kvantteavet Hawkingi kiirgusse? Millise mehhanismi järgi see juhtub?

Isegi kui oleks olemas mehhanism, mille abil andmed end jäljendaks, rikub see taas kaitseõigust, kuna teavet ei saa dubleerida. Kui teave langeb musta auku ja säilitatakse selles ning see eksisteerib ka musta augu pinnal radiatsiooni jäljendina, tähendaks see, et nüüd on neist andmetest kaks eksemplari.

Mõni väidab, et andmeid ei dubleerita, kuna aja must joon on üsna erinev selle pinnal olevast ajajoonest, mis tähendab, et koopiaid ei eksisteeri samal ajal, selle asemel et need üksteisest täielikult lahti olla. Seda nimetatakse musta augu komplementaarsuseks.

Mis saab selle kõige toimimise mehhanismist?

Kui mustad augud salvestavad teavet, on need äärmiselt tõhusad. Nad salvestavad teavet nii, nagu iPod laule salvestab - väike pihuarvuti suudab hoida sadade CD-de ekvivalenti. See tähendab, et teave saabub ja muundatakse äärmiselt väikesteks piksliteks, mis moonutab sündmuse horisonti. Need moonutused sisaldavad teavet, mis võib mõjutada väljuvat Hawkingi kiirgust, pakkudes seega mehhanismi.

Selle tagajärjed on jahmatavad. See tähendab, et musta augu kolmemõõtmelist sisemust saab kirjeldada koosmõjude kaudu, mis toimuvad kahemõõtmelisel pinnal. Kui meie arusaam kvantmehaanikast ja üldrelatiivsusest on õige, sõltub nende liit sellest, kas meie universum on hologramm. Idee viimistleti veelgi keelteteooria abil, viies holograafilise printsiibini.

Kuna mustas augus olev inimene ei pruugi tingimata aru saada, et ta on kahemõõtmeline, tähendab see, et me ei mõista, et elame holograafilises maailmas.

Praeguse seisuga on need kõik veel spekulatsioonid, mis põhinevad teadusel, mida me alles arendame. Kui üldrelatiivsus ja kvantmehaanika on seni meie jaoks fantastiliselt toiminud, peame võib-olla tulevikus neid üle vaatama, et proovida vastata küsimustele, mille meie üha salapärane ja keerukas universum meile pakub.