Ці дані можуть зберігатися у випромінюванні навколо чорних дір і, теоретично, їх можна отримати.
Парадокс Гокінга
Відповідно до гіпотези фізика-теоретика Стівена Гокінга, радіація повільно «витікає» з чорних дір у вигляді теплової енергії – процес відомий під назвою «випромінювання Гокінга». Утім через свою теплову природу потік не може нести інформацію, оскільки чорні діри під час випаровування методично знищують усі дані про зірки, які їх створили.
Сама гіпотеза суперечить законам квантової механіки, які стверджують, що інформація не може бути знищена, а кінцевий стан об’єкта може надати підказки про його початковий стан. Космологи десятиліттями розмірковували над проблемою, яка дістала назву «інформаційний парадокс Гокінга».
«Це дослідження є останнім цвяхом у труну парадокса, тому що тепер ми розуміємо точне фізичне явище, за допомогою якого інформація виходить із чорної діри, що випаровується», — сказав Ксав’єр Калмет, професор фізики в Університеті Сассекса та провідний автор дослідження.
Калмет запропонував модифікацію випромінювання Гокінга, яке робить його «нетепловим», а отже здатним переносити з собою інформацію про зірку, що створила об’єкт.
Гіпотеза про відсутність волосся
Чорні діри – настільки масивні об’єкти, що навряд чи щось може врятуватись від впливу їхньої гравітації. Вони утворюються під час «смерті» надмасивних зірок, в яких закінчується паливо і які вибухають надновими зірками. У класичній фізиці, каже Калмет, чорні діри є «дуже простими об’єктами»:
«Вони настільки прості, що їх можна схарактеризувати трьома числами: масою, кутовим моментом та електричним зарядом».
Відомий фізик Джон Вілерр описав відсутність відмінних характеристик чорних дір тим, що нині називають «гіпотезою про відсутність волосся». Однак попри те, що чорні діри, за словами Калмета, «прості» – зірки, які їх породжують, є складними астрофізичними об’єктами, хімічний склад яких будується з елементів, утворених з суміші протонів, електронів та нейтронів.
Пошук «волосся» чорної діри
З 2021 року Ксав’єр Калмет разом зі своїм колегою Стівом Хсу, професором теоретичної фізики в Університеті штату Мічиган, працює над розгадкою парадокса Гокінга. У попередньому дослідженні, опублікованому в березні 2022 року, команда стверджувала, що чорні діри справді мають «волосся» у вигляді унікального квантового відбитка в гравітаційних полях, які їх оточують.
У новій роботі дослідники переоцінили розрахунки Гокінга 1976 року, але взяли до уваги ефекти «квантової гравітації» — опис гравітації відповідно до принципів квантової механіки.
«Хоча ці квантові гравітаційні поправки незначні, вони мають вирішальне значення для випаровування чорної діри. Ми змогли показати, що ці ефекти змінюють випромінювання Гокінга таким чином, що це воно стає нетепловим. Іншими словами, враховуючи квантову гравітацію, випромінювання може містити інформацію», — сказав Калмет.
У першому дослідженні Калмета та Хсу «квантове волосся» чорної діри було абстрактним математичним поняттям, тоді як зараз команда визначила точне фізичне явище, завдяки якому інформація виходить із чорної діри через випромінювання Гокінга, і як її може отримати сторонній спостерігач.
Наразі це неможливо, оскільки для цього знадобиться прилад, достатньо чутливий для вимірювання випромінювання Гокінга. Натомість дослідники пропонують один зі способів розвитку цієї теорії — вивчення моделювання чорних дір у лабораторіях на Землі на основі їх математичної моделі.
Дослідження було опубліковане 6 березня в журналі Physics Letters B.
Джерело: Space.com