25 августа известный физик и популяризатор науки Стивен Хокинг рассказал о своих новых идеях по поводу физики чёрных дыр. Он сделал это во время лекции в Королевском технологическом институте (KTH; Стокгольм, Швеция), проходившей в рамках недельной конференции, целиком посвящённой наработкам в области чёрных дыр. По его мнению, давний парадокс об исчезновении информации в чёрной дыре разрешается тем, что на самом деле горизонт дыры является двухмерной голограммой.
Согласно современным представлениям, невращающаяся и незаряженная чёрная дыра характеризуется только одним параметром — массой. Если в дыру упадёт любое тело, то всего его характеристики и состояние на тот момент не будут играть никакой роли – после его поглощения дыра лишь увеличит свою массу. Это явление назвали «отсутствием волос» у ЧД – то есть, отсутствием каких-либо различий между ЧД одной массы.
Более того – если рассмотреть ЧД с точки зрения квантовой физики, то окажется, что у неё существует излучение (предсказанное тем же Хокингом), из-за которого она постепенно «испаряется». Зарождающиеся на границе горизонта пары частица-античастица могут разлететься так, что одна проследует внутрь ЧД, а другая – от неё. Таким образом, ЧД будет терять массу и по прошествии довольно долгого времени исчезнет (точнее, по крайней мере, уменьшится до планковских величин). Любой, попавший в ЧД объект, в результате исчезает без следа, превращаясь в никак не связанное с ним излучение. Даже если информация об объекте хранится внутри ЧД, она никак не сможет повлиять на излучение ЧД.
Такие метаморфозы во-первых, нарушают законы сохранения квантовых чисел, а во-вторых, приводят к неунитарным преобразованиям. Всё это является парадоксом и противоречит современной квантовой механике, поэтому такое неспортивное поведение ЧД вызывает горячие споры и побуждает теоретиков к поиску подходящих объяснений происходящего.
Например, приверженцы теории струн, вооружившись дополнительными компактифицированными измерениями, разработали теорию "пушистого клубка" (fuzzball). По их представлениям, ЧД – это клубок струн, вибрирующих по особым законам. В этой теории отсутствуют и сингулярность, и даже внутренность ЧД – пространство-время заканчивается у горизонта событий, поэтому объект не может попасть «внутрь» ЧД. «Падение» объекта приводит к изменению вибраций пушистого клубка, от которого зависит излучение ЧД – в результате, информация не пропадает бесследно.
Японские физики просчитали на суперкомпьютере другой вариант решения парадокса, предложенный голландским физиком Герардом 'т Хоофтом. В этом варианте ЧД можно представить в виде гигантской двумерной голограммы, внутри которой «записана» информация об искривлении пространства-времени. Благодаря этому мы видим не плоскую ЧД, а своеобразную трёхмерную сферу пустоты. И в такой ЧД парадокса с информацией не возникает, поскольку на самом деле падающие в ЧД тела взаимодействуют с двумерным объектом, и излучение Хокинга напрямую зависит от процессов, происходящих внутри этого объекта.
Хокинг в Стокгольме предложил свой вариант решения парадокса. По его словам, поверхность ЧД, то есть, горизонт событий, сам может оказаться голограммой. Поэтому, вся информация об упавшем в ЧД объекте может быть закодирована в этой голограмме – она, будучи двумерной, способна сохранить информацию о трёхмерном объекте (подобно тому, как при голографии на двумерном носителе можно сохранить трёхмерное изображение предмета).
Поэтому эта информация не теряется, и влияет на излучение ЧД, зарождающееся недалеко от её горизонта. Правда, с практической точки зрения извлечь её из излучения не представляется возможным. Сам физик привёл такую красочную аналогию: если вы сожжёте энциклопедию и оставите весь пепел, то теоретически информация не потеряется. Но практически после этого очень сложно будет посмотреть в энциклопедии столицу штата Миннесота.
На другой лекции в Стокгольме, которую он читал накануне, Хокинг также упомянул ещё одну известную теорию о том, что ЧД могут являться порталами в другие вселенные. Он не стал подробно останавливаться на этом вопросе, лишь уточнил, что такой портал, если и существует, то работает исключительно в одном направлении – вернуться обратно уже будет нельзя.
Автор: SLY_G
