Sorte huller har fået deres navn, fordi deres tyngdekraften er så stærk, at det selv holder lys. Og hvis lyset ikke kan forlade et sort hul, så den information, som kommer ud, for — blive introduceret til de oplysninger, der paradoks, at et sort hul. Mærkeligt nok, fysikere har vist en teoretisk kunstgreb og fundet ud af en måde at udtrække plet af oplysninger, der falder ind i et sort hul. Beregningen omfatter et af de største mysterier i fysik: hvordan alle de oplysninger, der er fanget i et sort hul, dræne væk som “fordampning” af et sort hul. At tro, at det skulle ske, men der er ingen, der ved.
Men den nye ordning skal i stedet understrege kompleksiteten af de oplysninger, der er problemet i sorte huller end at løse det. “Måske, andre vil være i stand til at gå videre i det, men jeg tror ikke det vil hjælpe,” siger don Paige, en teoretiker fra University of Alberta i Edmonton, Canada,, som ikke deltager i arbejdet.
Du kan skære en kvittering for elektricitet, men det er umuligt at ødelægge de oplysninger, ved at kaste det ind i et sort hul. Dette skyldes delvist, at selv om kvantemekanik beskæftiger sig med sandsynligheder — såsom sandsynligheden for at finde elektronen på et eller andet sted — quantum bølger, som giver disse sandsynligheder skal udvikle forudsigelig, så hvis du kender bølgeform på et tidspunkt, du kan forudsige det præcist på noget tidspunkt i fremtiden. Uden en sådan “ved enhed”, quantum teori ville producere meningsløse resultater som sandsynligheden for, at summen op til 100%.
Antag, at du smider et par quantum partikler i et sort hul. Ved første øjekast, partikler, og de oplysninger, de indeholder, er tabt. Og det er et problem, fordi en del af quantum state, der beskriver det samlede system af partikler, og det sorte hul blev ødelagt, gør det umuligt præcis forudsigelse af udviklingen og krænker ved enhed.
Fysikere tror, at de fandt exit. I 1974, den Britiske teoretiker Stephen Hawking hævdede, at sorte huller kan udsende partikler og energi. Tak til quantum usikkerhed, tomme rum er virkelig ikke tomt — det er fuld af par af partikler, der med jævne mellemrum kommer i eksistens og forsvinder. Hawking indså, at hvis et par af partikler, der er på vej ud af det vakuum, du får på kanten af et sort hul, man vil flyve ud i rummet, og den anden falder ind i det sorte hul. Transporterer energi af det sorte hul, den utætte Hawking-stråling forårsager det sorte hul, der langsomt fordamper. Nogle teoretikere mener, at oplysninger vises igen, ved at blive kodet i stråling fra et sort hul — men det er helt uklart, da den stråling, der ser ud til at være helt tilfældigt.
Og her Chatvin Aidan-Davis, Adam Jermyn og Sean Carroll fra California Institute of technology i Pasadena har fundet en god måde at få oplysninger fra en quantum partikel, tabt i et sort hul, ved hjælp af Hawking-stråling, og den mærkelige begreb quantum teleportation.
Quantum teleportation mulighed for, at to parter, som Alice og Bob, overførsel delikat quantum state af en partikel som elektron andre. I quantum teori, elektron spin kan være rettet op, ned, eller op og ned på samme tid. Denne tilstand kan beskrives ved punkt på kloden, hvor nordpolen betyder, at den øverste og den Sydlige pol angiver bunden. Bredde linjer betyder forskellige blanding af top og bund, og linjer af længde betyder “fase”, eller på tværs af hinanden, da de øvre og nedre dele. Men hvis Alice forsøger at måle denne tilstand, det “skjuler” til det ene eller andet scenarie, op eller ned, ødelægge oplysninger om fase. Det kan derfor ikke måle den medlemsstat, og sende oplysningerne til Bob, og skal sende det intakt.
For at gøre dette, Alice og Bob kan udveksle yderligere par af elektroner, som er forbundet af en særlig bond-quantum — indvikling. Hver partikel i en forvirrende par er ikke defineret — det indikerer, på samme tid hvor som helst på kloden — men deres Stater er korreleret, så hvis Alice foranstaltninger hendes partikel fra parret, og opdager, at hun bevæger sig, siger opadgående, hun straks finder ud af, at Bob elektronen er spinning fra top til bund. Så Alice har to elektroner — den ene, hvis tilstand hun ønsker at teleportere, og halvdelen af forvirrende par. Bean er kun en af de forvirrende par.
Til at udføre teleportation, Alice bruger en anden mærkelig egenskab af kvantemekanikken: måling ikke kun afslører noget om systemet, men ændringer i sin tilstand. Så Alice tager to unconfused elektron og danner en måling, at “projicere” dem i en kompliceret tilstand. Denne måling ødelægger entanglement mellem et par af elektroner til rådighed for hende og Bob. Men på samme tid, det fører til det faktum, at Bob elektronen er i en tilstand, hvor elektronen var Alice, som hun skulle til at teleportere. Gennem korrekt måling, Alice tager quantum information fra ét system til et andet.
Chatvin-Davis og hans kolleger indså, at de kunne teleportere information om tilstanden af den elektron, og også fra det sorte hul. Antag at Alice svømmer i nærheden af et sort hul med sin elektron. Det opfanger en foton par, der er født i processen af Hawking-stråling. Ligesom electron, foton kan rotere i begge retninger, og det vil blive forvirret med sin partner foton, som faldt ind i et sort hul. Så Alice måler den samlede øjeblik, eller spin, det sorte hul — dens størrelse og, groft sagt, hvordan præcis er det, i forhold til en bestemt akse. Under disse to bits af oplysninger i hånden, kaster hun sin elektron, at miste det for evigt.
Men Alice kan gendanne oplysninger om tilstanden af denne elektron, ifølge forskerne i arbejdet med at Physical Review Letters. Alt hvad hun behøver at gøre, er igen måle spin og retning af det sorte hul. Disse målinger er så forvirrende et sort hul, og den indfaldende foton. De har også teleporteret staten af en elektron ved en foton fanget af Alice. Således information om de tabte elektron vil blive skubbet ud i det observerede Univers.
Chatvin-Davis understreger, at denne ordning er ikke en praktisk eksperiment. I den sidste ende, Alice vil tage en øjeblikkelig måling af spin af det sorte hul, hvis masse er lig med massen af solen. “Vi joke, at Alice er formentlig den mest avancerede forsker i Universet,” siger han.
I denne ordning er der også vægt begrænsninger. I særdeleshed, som forfatterne bemærker, at det virker med en enkelt quantum partikel, men ikke to eller flere. Det er fordi, den opskrift bruger det faktum, at det sorte hul bevarer impulsmoment, så sin sidste tur er det oprindelige spin plus spin af elektroner. Dette giver mulighed for Alice at hente to bits af information — det samlede spin og dens projektion langs den ene akse, og dette er nok til at bestemme breddegrad og længdegrad for den kvantemekaniske tilstand af en partikel. Men dette er ikke nok til at inddrive alle de oplysninger, der er indhentet fra et sort hul.
Til virkelig at løse det problem oplysninger om sorte huller, teoretikere er nødt til at overveje den komplekse tilstand af indre af et sort hul, siger Stephen Lehenbauer, en teoretiker ved University of California i Berkeley. “Desværre, det største spørgsmål om emnet sorte huller, der er relateret til arbejde i hjemmet, siger han. Således, denne Protokol er interessant i sig selv, der sandsynligvis vil fortælle os om de oplysninger problemet sort hul”.
Hertil kommer, at trænge ind i sorte huller, der kræver, at kvantemekaniske teori for tyngdekraften. Udviklingen af en sådan teori er, måske, den største formål med al teoretisk fysik i årtier, det unddrager sig fysikere.