Корнеллский университет опубликовал последнюю работу, над которой трудился физик-теоретик Стивен Хокинг перед своей смертью. Она посвящена изучению того, что происходит с объектами, когда они попадают в черные дыры, и называется Black Hole Entropy and Soft Hair.
Как сообщается, работа была завершена за несколько дней до смерти профессора Хокинга, знаменитый ученый писал ее совместно со своими коллегами из Кембриджского и Гарвардского университетов.
«Мы глубоко опечалены потерей нашего дорогого друга и коллеги Стивена Хокинга, чей вклад в физику черных дыр поистине невероятен», — отметили в предисловии к научному труду соавторы Саша Хако, Малкольм Перри и Эндрю Стромингер.
По словам Перри, описываемый в статье информационный парадокс, который возникает в результате потери информации в процессе формирования и распада черных дыр, привлекал внимание Хокинга на протяжении 40 лет.
Истоки этой головоломки восходят еще ко временам Альберта Эйнштейна. В 1915 году Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности, описывающую возникновение гравитации под действием изгибающих время эффектов материи — то есть, почему планеты окружают Солнце. Тогда теория Эйнштейна также сделала важные предсказания о черных дырах, в том числе — что черная дыра обладает тремя характеристиками: массой, зарядом и спином.
Почти 60 лет спустя Хокинг пришел к выводу, что черные дыры имеют еще и температуру. И поскольку горячие объекты выбрасывают тепло в космос, конечной судьбой черной дыры является ее испарение — фактическое окончание существования, причем вместе с ней исчезает и материя, которая ранее достигла горизонта событий (так называемой точки невозврата) и была «затянута» без какого-либо шанса вырваться.
Однако здесь возникает проблема: правила квантовой механики требуют, чтобы информация никогда не терялась. Тогда что же в действительности происходит с информацией об объектах, когда они попадают в черную дыру?
«Трудность заключается в том, что если вы выбросите что-то в черную дыру, похоже, что оно исчезнет. Но как в таком случае восстанавливается информация об объекте, если черная дыра в конечном счете исчезает сама?», — вопрошает Перри.
Последняя работа не решает парадокс целиком, но указывает возможный путь объяснения — за счет фотонов, окружающих горизонт событий черной дыры. Хокинг и его коллеги пришли к выводу, что информация может пережить засасывание в черную дыру, сохранившись в так называемом «легком пушке» (soft hair), который гипотетически существует на краю дыры.
Исследователи заключили, что по «легкому пушку» можно судить об энтропии черной дыры, а это важный шаг на пути построения теории квантовой гравитации.
«Я предполагаю, что информация хранится не внутри черной дыры, как кто-то мог ожидать, а на ее границах, даже в горизонте. Идея заключается в том, что супертрансляции – это голограммы входных частиц, которые и содержат всю информацию, которая иначе была бы потеряна.
Таким образом, информация о входящих частицах воспроизводится, но в хаотичной форме. Это решает информационный парадокс. Однако для всех практических целей информация, конечно, утеряна», — заявил Хокинг в 2015 году, представляя свои научные наработки относительно существования «пушка» у черных дыр.
Чуть позже он добавил, что «черные дыры в действительности — совсем не черные; они не являются своего рода вечной тюрьмой, так как некоторые частицы могут из них выбираться — попадая при этом, возможно, даже в другую вселенную». Тем самым Хокинг опроверг распространенное убеждение о том, что ничто не может выбраться из черной дыры.
Как отмечается, теперь коллегам великого физика-теоретика предстоит изучить, каким образом информации удается сохраняться на горизонте событий и каким образом она покидает черную дыру, когда последняя испаряется.
По словам Марики Тейлор, профессора теоретической физики из Саутгемптонского университета и бывшей ученицы Хокинга, «понимание принципов существования энтропии — например, ее квантовых состояний — одна из наиболее сложных научных задач последних 40 лет».
Хуан Мальдацена, физик-теоретик из Института перспективных исследований в Принстоне, согласен с тем, что парадокс информации, возникающий в черных дырах, остается весьма нетривиальной загадкой для ученых.
«Хокинг обнаружил, что черные дыры имеют температуру. Но если для обычных объектов мы понимаем температуру, как движение микроскопических составляющих системы (например, температура воздуха обусловлена движением молекул: чем быстрее они движутся, тем жарче), то в случае черных дыр неясно, что представляют собой эти составляющие и как они связаны с горизонтом черной дыры.
В некоторых физических системах, обладающих особыми симметриями, тепловые свойства могут быть вычислены в терминах этих симметрий. Последняя работа Хокинга показывает, что вблизи горизонта черной дыры мы имеем дело с одной из таких симметрий», — подытожил Мальдацена.
Напоследок отметим, что по словам Малькольма Перри, в марте он позвонил Хокингу из Гарварда, где работал над статьей, чтобы рассказать о последних успехах.
«Стивену было очень трудно общаться, и меня перевели на громкую связь, чтобы я мог объяснить ему, как сильно мы продвинулись в расчетах. И когда я закончил говорить, он просто улыбнулся.
Я сказал ему только то, что у нас есть прогресс. Но Хокинг, я полагаю, уже знал конечный результат», — уверен профессор.
Источники: The Guardian, УНИАН, Newsweek
- Стивен Хокинг ушел из жизни утром 14 марта 2018 года.