För några dagar sedan, den 14 Mars, world vänster är en av de mest framstående fysiker i vår tid, Stephen Hawking. Trots sin svåra sjukdom, Hawking har lyckats skriva en hel del vetenskapliga böcker, av vilka många blev riktiga storsäljare, och i hela sitt liv behöll optimism var en aktiv populariserat vetenskap, och har även blivit något av en pop-ikon, tack vare sitt deltagande i olika underhållningsprogram. Tyvärr, vid tiden för hans död, att han aldrig har fått svar på en av de mest intressanta frågorna, i den lösning som han var mycket aktiv under de senaste åren: total förlust av information för Universum?
I början av sin vetenskapliga karriär, 1974, 44 år sedan, Hawking publiceras, kanske en av hans mest kända vetenskapliga uppsatser: “Svart Hål Explosioner?” (Explosioner svart hål?). I det en ung vetenskapsman beslutat att avvika från den vanliga på den tiden, förståelse av dessa mystiska föremål, och därmed faktiskt gjorde det första viktiga steget i hanteringen av denna fråga.
“I klassisk mening, svarta hål var “perfekt kalla” objekt, som kan absorbera allt och avger ingenting. Det är denna förståelse av dem hade vetenskap i början av 70-talet”, kommenterade Robert Maknis, en fysiker vid University of Chicago Loyola.
Sådana svarta hål inte utstrålar någon energi. Av dem kan inte undgå oavsett. Vetenskap såg dem som objekt som bara finns. Kallt, tyst, evig. Men arbetet med Hawking skyndade på dem, gjorde dem dödligt.
“I mitten av 70-talet, när Stephen studerat effekterna av kvantmekaniken, fann han att svarta hål bör i princip generera strålning, som om de var värmen objekt med temperaturer,” fortsätter Maknis.
“Men i detta fall kunde utstråla energi, och deras vikt skulle minskas. Och eftersom det kommer att minska sin vikt, de ska minska i storlek, som i sin tur bör leda till högre temperaturer och mer intensiv strålning”.
Resultatet av dessa processer bör vara antingen fullständigt försvinnande (förångning) av ett svart hål, eller minska dess storlek till en liten kärna. Dock, i avsaknad av ett lämpligt verktyg som skulle slå samman de idéer i den Allmänna relativitetsteorin och kvantmekaniken i teorin om “quantum gravity” att bygga den så kallade “teorin om allt” som beskriver alla kända grundläggande interaktion, förståelse slutskedet av denna “avdunstning” från ett svart hål är fortfarande ett mysterium för vetenskapen i dag.
“Problemet är att, enligt beräkningar av Hawking-strålning måste vara perfekt värme. Det bör inte innehålla information om tillståndet i fråga som ett svart hål bildas, och detta, i sin tur strider mot en av de grundläggande kvantmekaniska lagarna, säger Macnish.
Ett av kraven i kvantfysik är förmågan att isolera en partikel skick (tidigare, nuvarande och framtida), och för att bestämma förhållandet mellan dessa Stater genom en serie kedja av orsakssamband och probabilistisk händelser. Men om ett svart hål är kapabel att släppa en odifferentierad soppa av partiklar, som var och en bär sin information (historia) tas bort permanent (efter en dive), och det följer att denna situation skulle strida mot de grundläggande postulaten kvantmekanik.
“Fysikerna kallar det information paradox svart hål. Lösningen av denna konflikt är ett nödvändigt steg mot quantum gravity”, säger Maxis.
En biografisk publikationer hävdar att Hawking har hållits som en mycket erfarna fysiker redan av 1974, och efter offentliggörandet av hans mest populära bok “a brief history of time” i 1988, hans viktigaste vetenskapliga verk i det förflutna. Men den forskare som under hela denna tid fortsatte att publicera mycket provocerande och kontroversiella vetenskapliga arbete, att försöka övervinna den paradox som han har mött flera årtionden tidigare.
Den kanske mest dramatiska, om jag så får säga, arbete i slutet av karriär Hawking blev en artikel i vilken han hävdade att svarta hål i sin klassiska mening inte existerar.
I “information Bevarande och väderprognoser för svarta hål”, som publicerades i 2014, han föreslog att “event horizon” — den punkt, att övervinna som objektet (även light) kan inte undgå att fastna i det svarta hålet – i själva verket inte existerar. Enligt Hawking, det finns en “uppenbar horizon” — den yta på vilken den strålning som går från centrum av ett svart hål, bara fördröjas. I motsats till den klassiska event horizon, “skenbar” kan någon gång att försvinna, och vad som var i det svarta hålet för att komma till ljuset.
“Nej event horizon innebär att inga svarta hål som objekt, där strålningen kan inte lämna någonsin”, skrev Hawking.
Hans idé, han försökte förklara genom det tidigare begreppet den så kallade “brandvägg” i svarta hål, som föreslås i 2012, den Amerikanske fysikern Joseph Polchinski. Enligt denna idé, är event horizon svart hål har en typ av “väggen” gränsen består av högenergetiska partiklar och strålning flux, blockera allt bakom blir det. Denna gräns är som ett fängelse, bara tillfälligt. Forskaren inte beskriva orsakerna till den uppenbara horisonten kunde försvinna, men fysiker don sidan av Canada och University of Alberta föreslog då att detta kan uppstå när det svarta hålet på grund av Hawking-strålning blir så liten att den gravitationella och kvantmekaniska effekter inte går att skilja.
Men detta var inte sista ordet Hawking med att lösa frågan. I och med 2016 i samarbete med fysiker vid University of Cambridge, Malcolm Perry, liksom en fysiker vid Harvard University Andrew Strominger publicerade han ett arbete med titeln “Mjukt hår av svarta hål” (Mjukt Hår på Svart Hål).
I detta arbete, det team av forskare skrev om det faktum att svarta hål är omgiven av så kallade “mjuka hår” — fotoner med nästan noll energi. Att lägga sådana partiklar att de ekvationer som beskriver beteendet hos svarta hål, stephen Hawking och hans kollegor fann att dessa fotoner kommer att fungera som bärare av information som kommer att registreras uppgifter om vissa egenskaper hos partiklar kan “ätas upp” av ett svart hål. För att extrahera information från dem, även om du lyckas hitta ett sätt att interagera med dessa fotoner skulle vara extremt svårt – författarna jämförde detta med uppgiften att ta reda på vad som var uppbränd i eld, genom rök och lågor.
En följd av förekomsten av dessa fotoner är att istället för att ha tydliga linjer av event horizon i det svarta hålet kommer att bli en unik uppsättning av “hair” från “mjuka fotoner”, som en holografisk plattan kommer att registreras del av information om den tillförda partiklar. Denna typ av “skärmen” kommer att uppdatera dess innehåll varje gång ett svart hål kommer att släppa ut en annan sats av Hawking-strålning, vilket ytterligare komplicerar sin studie. Men Hawking och hans kollegor kommit fram till att denna idé skulle lösa uppgifter paradox utan att ta till fantastiska och osannolika antaganden samt avvikelser från moderna fysikaliska teorier.
“En fullständig beskrivning av den holografiska plattan och upplösning av information paradox är fortfarande en öppen fråga, som vi har gett en ny och mer specifika verktyg” — skrev i slutsatserna från forskarna.
Även i slutet av livet Hawking var mycket effektivt och hårt arbetande forskare, har ett antal idéer som togs och förkastas av hans kolleger.
“Det tycks mig att arbeta 2014 inte har vunnit stor popularitet. Vid samma tid, sitt arbete, skrivet i 2016 i samarbete med Perry och Strominger är den riktning i vilken människor är fortfarande aktivt arbetar”, säger Macnish.
“Den information som paradox svart hål är en av de som definierar problem i behov av lösning för de som arbetar på en teori av quantum gravity. Det är fortfarande inte löst, men är enligt min mening den mest intressanta frågan av Hawking”, tillade Maknis.
Stephen Hawking inte hittar svaret till hans mest intressanta vetenskapliga mysterium
Nikolai Khizhnyak