Vor ein paar Tagen, 14 März, diese Welt verließ einer der bedeutendsten Physiker der Gegenwart, Stephen Hawking. Trotz seiner schweren Krankheit, Hawking schrieb viele wissenschaftliche Bücher, von denen viele zu echten Bestsellern, sein ganzes Leben behielt den Optimismus, war ein aktiver Verbreiter der Wissenschaft und sogar zu einer Art pop-Ikone, Dank seiner Teilnahme an verschiedenen Unterhaltungsshows. Leider, zum Zeitpunkt des Todes und er fand keine Antwort auf eine der interessantesten Fragen, dessen Lösung er sehr intensiv mit den letzten Jahren: ob es möglich ist, ein vollständiger Verlust der Informationen für das Universum?
In den Anfängen seiner wissenschaftlichen Karriere im Jahr 1974, 44 Jahre zurück, Hawking veröffentlicht, vielleicht eine seiner berühmtesten wissenschaftlichen Artikeln: «Black Hole Explosions?» (Explosionen von schwarzen Löchern?). Darin ein junger Wissenschaftler beschlossen, sich von den damals üblichen Verständnis dieser mysteriösen Objekte und damit tatsächlich der erste wichtige Schritt bei der Lösung dieses Problems.
«Im klassischen Sinne schwarze Löcher wurden «perfekt kalten» Objekten, absorbieren alles um sich herum und nichts zu erzeugen. Es ist diese Vorstellung von Ihnen war bei der Wissenschaft Anfang der 70er Jahre», kommentiert Robert Макнис, Physiker der University of Chicago Loyola.
Solche schwarze Löcher nicht emittieren keine Energie. Aus Ihnen entweichen kann keine Materie. Die Wissenschaft sah in Ihnen Objekte, die einfach existieren. Kalte, Stumme, ewige. Aber die Arbeit von Hawking Sie belebt, machte Sie sterblich.
«Mitte der 70er Jahre, als Stephen studierte die Effekte der Quantenmechanik, entdeckte er, dass schwarze Löcher im Prinzip Strahlung schaffen müssen, als wären Sie thermischen Objekten, die Temperatur», sagt Макнис.
«Aber in diesem Fall, wenn Sie könnten Energie ausstrahlen, und Ihre Masse müsste schrumpfen. Und da schrumpfen Ihr Gewicht, und Sie selbst müssen in der Größe schrumpfen, was wiederum sollte dazu führen, dass eine Erhöhung der Temperatur und noch intensiver Strahlung».
Das Endergebnis dieser Prozesse sollte entweder das vollständige verschwinden (verdampfen) des schwarzen Lochs oder die Verringerung Ihrer Größe bis zu winzigen Kernchen. Jedoch in Ermangelung eines geeigneten Hilfsmittels, das erlauben würde, kombinieren Sie die Ideen der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik innerhalb der Theorie der «Quantengravitation» für den Aufbau der sogenannten «Theorie von allem», beschreibt alle bekannten fundamentalen Wechselwirkungen, Verständnis für die Endrunde dieses «verdampfen» eines schwarzen Lochs bleibt ein Rätsel für die Wissenschaft bis zum heutigen Tag.
«Das Problem ist, dass nach den Berechnungen von Hawking, diese Strahlung Wärme muss perfekt sein. Darin sollte enthalten Informationen über den Zustand der Materie, aus der dieses schwarze Loch gebildet hat, und dies wiederum im Widerspruch zu einem der grundlegenden Gesetze der Quantenmechanik», sagt Макнис.
Eine der Forderungen der Quantenphysik besteht darin, die Möglichkeit zu isolieren jeden Zustand des Teilchens (Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft) zu identifizieren sowie die Kommunikation dieser Zustände durch eine Reihe von Ketten, kausalen und probabilistischen Ereignissen. Aber wenn ein Schwarzes Loch in der Lage zu erlösen undifferenzierte Suppe von Teilchen, von denen jeder trägt seine Informationen (Ihre Geschichte), unwiderruflich abgenutzt (nach dem Tauchen), dann folgt daraus, daß diese Situation im Widerspruch zu den grundlegenden Postulaten der Quantenmechanik.
«Die Physiker nennen das Informations-Paradoxon schwarzer Löcher. Die Auflösung dieses Widerspruchs — ein notwendiger Schritt auf dem Weg zum Aufbau eines Quantengravitation», sagt Максис.
Viele biografische Publikationen behaupten, dass Hawking fand wie ein sehr erfahrener Physiker bereits im Jahr 1974 und nach der Veröffentlichung seines Bestsellers «eine kurze Geschichte der Zeit» 1988 seine wichtigsten wissenschaftlichen Werke in der Vergangenheit. Aber alle Wissenschaftler dieser Zeit weiterhin zu veröffentlichen sehr frechen und kontroversen wissenschaftlichen arbeiten, die versuchen, das Paradoxon zu überwinden, mit denen er konfrontiert einige Jahrzehnte zuvor.
Vielleicht ist das dramatische, wenn man so sagen darf, mit der Arbeit in der späten Karriere Hawking hat sich der wissenschaftliche Artikel, in dem er argumentierte, dass die schwarzen Löcher in Ihren «klassischen» Sinne überhaupt nicht existiert.
In der Arbeit «Daten zu Speichern und Wetter Vorhersage für schwarze Löcher», veröffentlicht im Jahr 2014, es wird spekuliert, dass der «Ereignishorizont» — Punkt, bricht das Objekt (auch Licht) nicht in der Lage zu vermeiden Einzuges in das schwarze Loch, – eigentlich nicht vorhanden. Laut Hawking, es ist ein «scheinbarer Horizont» — Oberfläche, auf die Strahlung, weggehende vom Zentrum des schwarzen Lochs, nur verzögert. Im Gegensatz zu den klassischen Ereignishorizont, der «scheinende» kann irgendwann verschwinden, und das, was in einem schwarzen Loch, das nach draußen gehen kann.
«Kein Ereignishorizont bedeutet, dass es keine schwarzen Löcher als Objekte, wo die Strahlung nicht entkommen kann nie», schrieb damals Hawking.
Er versuchte, seine Idee zu präsentieren durch ein früheres Konzept der sogenannten «файрволов» schwarzen Löchern vorgeschlagen im Jahr 2012 vom amerikanischen Physiker Joseph Полчински. Gemäß dieser Idee, statt dem Ereignishorizont schwarze Löcher haben eine Art «Wand», die Grenze, bestehend aus hochenergetischen Teilchen und Ströme Strahlung, die alles, was hinter Ihr steht. Diese Grenze wie ein Gefängnis, nur eine vorübergehende. Wissenschaftler beschrieb die Gründe, warum der scheinbare Horizont verschwinden kann, aber der Physiker don page von der kanadischen University of Alberta dann spekuliert, dass es passieren kann, wenn ein Schwarzes Loch durch Hawking-Strahlung wäre so gering, dass Gravitations-und Quanten-Effekte sind nicht zu unterscheiden.
Aber es war nicht das Letzte Wort Hawking bei der Lösung des Problems. Im Jahr 2016 in Zusammenarbeit mit einem Physiker der Universität Cambridge Malcolm Perry, sondern auch Physiker der Harvard University Andrew Стромингером veröffentlichte er die Arbeit unter dem Titel «Weiche Haar der schwarzen Löcher» (Soft Hair on Black Holes).
In dieser Arbeit wird ein Team von Wissenschaftlern geschrieben, die besagt, dass schwarze Löcher sind umgeben von so genannten «weichen Haaren» — Photonen mit fast null Energie. Indem solche Teilchen in die Gleichungen beschreiben das Verhalten der schwarzen Löcher, Hawking und seine Kollegen fanden, dass diese Photonen auftreten werden Träger von Informationen, auf denen die Daten aufgezeichnet werden, über einige Eigenschaften der Partikel, «gegessen» Schwarzes Loch. Extrahieren Sie Informationen von Ihnen, auch wenn es möglich ist eine Art der Interaktion mit diesen Photonen, wird es extrem schwierig – die Autoren verglichen diese mit der Aufgabe herauszufinden, was im Lagerfeuer verbrannt, trotz Rauch und Flammen.
Die Folge der Existenz dieser Photonen wird die Tatsache, dass statt einer klaren Linie Ereignishorizont bei einem schwarzen Loch wird die eigentümliche Gruppe von «Hair» aus «weichen Photonen», auf denen, wie auf der holographischen Platte aufgezeichnet wird ein Teil der Informationen über die absorbierten Teilchen. Diese Art von «Bildschirm» aktualisiert seinen Inhalt jedes mal, wenn ein Schwarzes Loch ausstrahlen wird den nächsten Teil der Hawking-Strahlung, dass noch mehr erschweren seine Studie. Allerdings Hawking und seine Kollegen zu dem Schluss, dass diese Idee ermöglichte es, den Informations-Paradox lösen, ohne Rückgriff auf fantastische und unwahrscheinlich anerkenntnissen und Abweichungen von der heutigen physikalischen Theorien.
«Eine vollständige Beschreibung holographische Platte und die Auflösung der Informations-Paradoxon ist eine offene Frage, für deren Lösung wir haben neue und speziellere Werkzeuge», schrieben die Forscher in den Schlussfolgerungen.
Auch das Ende des Lebens Hawking blieb sehr praktikabel und fleißiger Wissenschaftler, da hier die Ideen, die angenommen wurden, abgelehnt und seine Kollegen.
«Es scheint mir, dass die Arbeit des Jahres 2014 nicht gewonnen hat große Popularität. Zur gleichen Zeit seine Arbeit, geschrieben im Jahr 2016 in Zusammenarbeit mit Perry und Стромингером, ist die Richtung, in die die Leute immer noch aktiv sind», sagt Макнис.
«Informations-Paradoxon schwarzer Löcher ist eines der entscheidenden Probleme, die Lösung für diejenigen, die arbeiten über die Theorie der Quantengravitation. Es ist immer noch nicht gelöst, aber es bleibt, meiner Meinung nach, der interessanteste Punkt angehoben Hawking», fügte Макнис.
Stephen Hawking und fand keine Antwort auf Ihre die interessantesten wissenschaftlichen Rätsel
Nikolai Hizhnyak