"След това Хокинг посочи един парадокс": Защо някои физици смятат, че живеем в черна дупка

Ч ерните дупки са странни обекти, които объркват разбирането ни за физиката.

(Във видеото може да научите за: Най-бързо растящата черна дупка!)

В опита си да разрешат някои от парадоксите, открити при изучаването им, физиците предлагат още по-странни хипотези, като една от тях предполага, че те означават, че живеем в холографска вселена, където всичко, което виждаме и възприемаме, всъщност е кодирано на границата на нашата Вселена - триизмерно (плюс време) представяне на двуизмерна (плюс време) Вселена.

Освен това някои предполагат, че това може да означава, че нашата Вселена се намира в черна дупка на по-голяма Вселена.

Черните дупки, образувани при колапса на масивни звезди, са области от пространството, в които гравитацията е толкова силна, че дори светлината не може да се измъкне. Тяхното съществуване представлява проблем при изучаването им от гледна точка на термодинамиката. Крайното състояние на една черна дупка, когато тя достигне равновесие, зависи само от три параметъра: нейната маса, ъглов момент и електрически заряд.

Why Some Physicists Think We Are Living Inside A Black Holehttps://t.co/kKKLEQBQcF

— IFLScience (@IFLScience) May 8, 2024

"В класическата обща теория на относителността черната дупка не позволява на нито една частица или форма на излъчване да избяга от космическия си затвор", обяснява френският астрофизик Жан-Пиер Люмине в рецензия от 2016 г.

"За външния наблюдател, когато едно материално тяло пресече хоризонта на събитията, всички знания за неговите материални свойства се губят. Остават само новите стойности на M (маса), J (ъглов момент) и Q (електрически заряд). В резултат на това черната дупка поглъща огромно количество информация", споделя Люмине. 

Звучи просто, нали, или поне толкова просто, колкото физиката може да стане?

Но ако една черна дупка има маса (а тя е много голяма), то тя би трябвало да има температура според първия закон на термодинамиката и в съответствие с втория закон на термодинамиката би трябвало да излъчва топлина. Стивън Хокинг показа, че черните дупки би трябвало да излъчват радиация - сега наричана радиация на Хокинг - образувана на границата на черната дупка.

"След това Хокинг посочи един парадокс. Ако една черна дупка може да се изпари, част от информацията, която съдържа, се губи завинаги", продължава Люмине.

"Информацията, съдържаща се в топлинното лъчение, излъчвано от черна дупка, е деградирала; тя не пресъздава информация за материята, погълната преди това от черната дупка. Безвъзвратната загуба на информация противоречи на един от основните постулати на квантовата механика. Според уравнението на Шрьодингер физическите системи, които се променят във времето, не могат да създават или унищожават информация - свойство, известно като унитарност", казва още Люмине.

Това е така нареченият информационен парадокс на черната дупка и - предвид факта, че изглежда, че той нарушава сегашното ни разбиране за Вселената - е предмет на много изследвания и дебати. 

Едно от предложените решения беше намерено чрез разглеждане на термодинамиката на черните дупки в контекста на теорията на струните. Герард 'т Хоофт показа, че общият брой на степените на свобода, съдържащи се в една черна дупка, се определя пропорционално на площта на хоризонта ѝ, а не на нейния обем. Това позволява да се разгледа ентропията на черната дупка.

"От гледна точка на информацията всеки бит под формата на 0 или 1 съответства на четири области на Планк, което позволява да се намери формулата на Бекенщайн-Хокинг за ентропията", обяснява Люмине.

"За външния наблюдател информацията за ентропията на черната дупка, носена някога от триизмерната структура на обектите, които са преминали хоризонта на събитията, изглежда загубена. Но при този възглед информацията е закодирана върху двуизмерната повърхност на черната дупка, подобно на холограма. Ето защо, заключава 'т Хоофт, информацията, погълната от черна дупка, може да бъде напълно възстановена по време на процеса на квантово изпарение", казва астрофизикът.

Макар че това е успокояващо от една страна (черните дупки не нарушават втория закон на термодинамиката, ура), то води до една доста нестандартна идея, че физиката на триизмерен обем може да бъде описана на неговата двуизмерна граница. 

Макар че това не важи за пространството извън черната дупка, има предложения самата Вселена да е черна дупка, в която всички процеси протичат на границата и това, което наблюдаваме, е резултат от тези взаимодействия. Това е дива идея с още по-диви допълнения. Например, предполага се, че гравитацията може да възникне като нововъзникваща сила от ентропията на заплитане на границата. 

Теорията не е най-убедителната идея за обяснение на нашата Вселена, тъй като стандартната физика все още описва най-добре Вселената, която виждаме. Но има причини, поради които хората я приемат сериозно. 

От една страна, за да може моделът да работи, радиусът на Хъбъл - радиусът на наблюдаваната от нас Вселена - трябва да е същият като радиуса на Шварцшилд, или размера на черната дупка, която би се създала, ако цялата материя в нея се сгъсти в една точка. Всъщност тези две цифри са изненадващо близки, макар че това може да се отдаде и на космическо съвпадение. 

Има и други причини, като например тази диаграма на всичко, която предполага, че може да живеем в черна дупка на по-голяма Вселена. Но докато подобна теория не излезе с убедителни доказателства и прогнози, надхвърлящи сегашното ни разбиране за физиката, бихме ви предложили все още да не изпадате в екзистенциална криза, независимо дали сте триизмерен обект в конвенционалното пространство-време или холографска проекция от двуизмерна граница вътре в по-голяма Вселена.

Не пропускайте най-важните новини - последвайте ни в Google News Showcase