Kara delik bilgi paradoksu: Hawkingin henüz çözülmemiş en büyük sorunu
[Bokeyuan-Bilimin Popülerleştirilmesi] Stephen Hawking'in ölümüyle bilim, yalnızca en ünlü halk figürünü değil, aynı zamanda kara deliklerin doğası üzerine olağanüstü bir araştırmacıyı da kaybetti.
Resim İngiliz fizikçi ve kozmologu göstermektedir: Stephen Hawking (1942-2018)
Hawkingin son makalesi günümüzde kozmolojinin karşılaştığı bazı zorluklara daha fazla odaklansa da, en büyük bilimsel katkısı (Hawking radyasyonu gibi), evrendeki en uç nesnelerin (kara delikler) incelenmesinde yatar ve Bazı inanılmaz kuantum gerçekleri.
Efsane: Kara delik olay ufkunun dışında, genel görelilik ve kuantum alan teorisi, Hawking radyasyonu olan meydana gelen fiziksel fenomeni anlamak için tamamen yeterlidir. Ancak ikisinin kombinasyonu bile çözülmemiş bilgi paradokslarına yol açabilir. Telif hakkı: NASA
Kara delikler bir zamanlar sabit, değişmeyen, yalnızca kütleleri, yükleri ve dönüşleri ile tanımlanan, sıcaklığa dönüşerek, radyasyon yayarak ve sonunda zamanla buharlaşarak tanımlanan kara delikler olarak kabul edildi. Ancak bu kabul edilen bilimsel sonuç - Hawking radyasyonunun varlığını ve özelliklerini ortaya çıkaran kara delikler, evrendeki bilgiyi yok etmenin bir yolunu sağlıyor. Dünyadaki en zeki insanlar bu sorunu çözmek için 40 yıldan fazla zaman harcamış olsalar da, kara delik bilgi paradoksu hala çözülmedi.
Açıklama: Bir nesne bir kara delik tarafından yutulduğunda, maddenin sahip olduğu entropi miktarı fiziksel özelliklere bağlıdır. Ancak kara deliğin içinde yalnızca kütle, yük ve açısal momentum özellikleri önemlidir. Termodinamiğin ikinci yasasının doğru ve doğru kalması gerekiyorsa, bu büyük bir sorun olacaktır. Görüntü bilgileri ve telif hakkı: NASA / CXC / M.Weiss; X-ışını (üstte): NASA / CXC / MPE / S. Komossa ve diğerleri (L); Optik: ESO / MPE / S.Komossa (R)
Termodinamiğin ikinci yasası, evrendeki en dokunulmaz yasalardan biridir: İstediğiniz herhangi bir sistemi alın, hiçbir şeyin girmesine veya çıkmasına izin vermeyin, sistemin entropisi kendiliğinden azalmayacaktır. Yumurtalar kendiliğinden kırılmaz, ılık su asla sıcak ve soğuk parçalara ayrılmaz ve küller yanmadan önce nesnelerin şekline yeniden dönüşmez. Bütün bunlar entropiyi azaltmanın bir örneğidir ve bu esasen gerçekleşmez.
Entropi aynı kalabilir ve çoğu durumda artacaktır, ancak entropi asla düşük entropi durumuna geri dönmeyecektir. Aslında entropiyi yapay olarak azaltmanın tek yolu, bir sisteme enerji enjekte etmektir. "Aldatma" nın ikinci yasası, sistem dışındaki entropiyi artırarak sistemdeki entropiyi artırmaktır (evi temizlemek buna bir örnektir). Entropi asla yok edilmeyecek.
Açıklama: Bir kara deliğin kütlesi, dönmeyen izole bir kara delik için olay ufku yarıçapının tek belirleyicisidir. Uzun bir süre insanlar kara deliklerin evrenin uzay ve zamanındaki sabit nesneler olduğuna inanıyorlardı. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: SXS ekibi; Bohn ve diğerleri 2015
Kara delikler için uzun süredir devam eden fikir, entropinin sıfır olmasıdır, ancak bu yanlıştır. Kara deliğin sıfır olmayan entropi üretmesine izin verirseniz ve sonra bu maddeyi kara deliğe atarsanız, entropi yükselecek veya aynı kalacaktır, ancak asla düşmeyecektir. Kara delik entropisi kavramı, olay ufkunun dışındaki bir gözlemcinin perspektifinden bir nesne bir kara deliğe girdiğinde ne olacağını düşünürken John Wheeler'a kadar uzanabilir. Uzaktan bazı insanlar olay ufkuna yavaş yavaş yaklaşacak, yerçekimsel kırmızıya kayma nedeniyle daha da kırmızılaşacak ve görelilik zaman genişlemesi etkili olmaya başladığı için sonsuz bir zamanda ufka ulaşacaktır. Bu nedenle, herhangi bir "düşen" bilgiden, bilgilerin kara deliğin kendisinin yüzey alanı üzerinde kodlandığı görülmektedir.
Açıklama: Kara deliğin yüzeyinde kodlanan bilgiler, olay ufkunun yüzey alanıyla orantılı olan bit bilgisi olabilir. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: T.B. Bakker / Dr.JP. van der Schaar, Universiteit van Amsterdam
Bir kara deliğin kütlesi, olay ufkunun boyutunu belirlediğinden, bu, kara deliğin entropisi için doğal bir konum sağlar: olay ufkunun yüzey alanı, belirli bir boyuttaki bir olayda kodlanabilen kübit sayısına bağlı olarak aniden büyük bir entropi üretir. Ufukta. Ancak entropi olan her şeyin bir sıcaklığı vardır, yani ışıltılıdır. Hawking'in kanıtladığı gibi: kara delikler, kara deliğin kalitesiyle (yani Hawking radyasyonu) belirlenen belirli bir (kara cisim) spektrumu ve sıcaklığı ile radyasyon yayarlar.
Zamanla, enerjinin serbest bırakılması, kara deliğin kütle kaybettiği anlamına gelir (Einsteinın ünlü E = mc ^ 2 (kütle-enerji denklemi)). Enerji salınırsa, bir yerden gelmeli ve "bir yerden "Kara deliğin kendisi olmalı. Zaman geçtikçe, kara delik daha hızlı ve daha hızlı kütle kaybedecek, uzak geleceğe kadar kara delik tamamen buharlaşacaktır.
Efsane: Sonsuz karanlığın arka planında bir ışık belirecek: evrendeki en kara deliğin buharlaşması. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: ortega-pictures / Pixabay
Bu harika bir hikaye, ancak bir sorun var: Bir kara deliğin yaydığı radyasyon saf bir kara cisimdir, yani tamamen siyah bir nesneyi alıp belirli bir sıcaklığa kadar ısıtmak gibi aynı özelliklere sahiptir. Bu nedenle, belirli bir kütlenin tüm kara delikleri için radyasyon tamamen aynıdır - ve bu en önemlisidir: bilgi ne olursa olsun, olay ufkunda bir iz bırakıp bırakmasa da, termodinamik yasalarına göre bu imkansızdır! Bu, bilgiyi yok etmeye eşdeğerdir.
Efsane: Yanan her şey yok edilmiş gibi görünüyor, ancak yangından çıkan her şeyi takip edebiliyorsanız, teorik olarak yanmamış durumla ilgili her şey geri yüklenebilir.
Aynı boyutta ancak farklı içerikli iki kitap yakarsanız, aslında herhangi bir kitabın metnini yeniden oluşturamayabilirsiniz.Kağıt üzerindeki mürekkep deseni, moleküler yapıdaki değişiklikler ve diğer küçük farklılıkların tümü bilgi içerir ve bilgiler hala kodlanmıştır. Dumanda, külde, çevreleyen havada ve yayılan diğer tüm parçacıklarda. Kitabın etrafındaki ortamı izleyebilir ve kitabı herhangi bir şekilde dahil edebilirseniz, istediğiniz tüm bilgileri yeniden yapılandırabilirsiniz, bilgiler dağınık olur ama kaybolmaz. Bununla birlikte, kara delik bilgi paradoksu şudur: Kara delik ufkunda kalan tüm bilgiler buharlaştığında, gözlemlenebilir evrenimizde hiçbir iz kalmayacaktır (yani, Hubble hacim çapı yaklaşık 100 milyar ışıkyılıdır) (bu nedenle yeniden yapılandırılamaz).
Efsane: Bir kara deliğin simüle edilmiş bozunması yalnızca radyasyon salınımına neden olmakla kalmaz, aynı zamanda çoğu nesnenin sabit bir merkezi yörünge kütle zayıflamasını sürdürmesine de neden olur. Kara delikler statik nesneler değildir, ancak zamanla değişir. Ancak farklı materyallerin oluşturduğu kara deliklerin ufuklarında farklı bilgi kodlarına sahip olması gerekir. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: AB'nin İletişim Bilimi
Bu bilgi kaybı, kuantum mekaniğinin kuralları ile sınırlandırılmalıdır.Herhangi bir sistem, kuantum dalga fonksiyonları ile tanımlanabilir ve her dalga fonksiyonu benzersizdir. Kuantum sistemleri zamanında geliştirilirse, iki farklı sistem aynı nihai duruma ulaşamaz, ancak bilgi paradoksunun ima ettiği tam olarak budur. Bildiğimiz kadarıyla iki şeyin olması gerekir:
1. Bir kara delik buharlaştığında, herhangi bir bilgi bir şekilde yok edilecek ve bize kara delik buharlaşmasıyla ilgili yeni kurallar ve yasalar olduğunu söyleyecektir.
2. Ya da yayılan radyasyon bu bilgiyi içerir, yani Hawking radyasyonu şimdiye kadar yaptığımız hesaplamalardan daha fazlasıdır.
Bu paradoks, ilk keşfedilip sınırlandırılmasının üzerinden 40 yıl geçtikten sonra bugün çözülmedi.
Efsane: Uzaydaki kuantum dalgalanmalarının bir örneği. Bu dalgalanmalar kara delikler tarafından üretilirse, kara delikte yayılan Hawking radyasyonu olay ufkunda korunabilir. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: NASA / CXC / M.Weis
Hawkingin orijinal hesaplamaları Hawking radyasyonu yoluyla buharlaşmanın bir kara deliğin olay ufkundaki herhangi bir bilgiyi yok edeceğini gösterse de, bu bilginin radyasyonda kodlanması gerektiğine modern bir inanılmaktadır. Pek çok fizikçi holografi prensibinden hoşlanıyor, kara deliğin yüzeyinde kodlanan bilginin tamamen termal Hawking radyasyon durumunda kuantum düzeltmesi yaptığını ve kara delik buharlaşıp olay ufku küçüldüğünde, kendi özelliklerinin radyasyona yazdırıldığını belirtiyor. Hawking, John Preskill, Kipthorn, Gerald Hoft ve Leonard Suskind bu konuda bahse girip galibiyet ve yenilgi ilan etseler de, bu paradoks hala çok aktif. Ve çözüm yok.
Açıklama: Bir kara deliğin olay ufku, hiçbir nesnenin ve hatta ışığın kaçamayacağı küresel veya küresel bir alandır. Ancak olay ufkunun dışında, kara deliklerin radyasyon yayacağı tahmin ediliyor. Hawking, bunu 1974'te kanıtlayan ilk kişiydi. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: NASA; Jrn Wilms (Tübingen) ve diğerleri; ESA
Bilim adamlarının en iyi çabalarına rağmen, enerji (ve kütle) yayarken bilginin kara deliklerden "sızıp sızmadığı" hala bilinmemektedir. Kara delik bilgi sızdırdıysa, bilginin nasıl dışarı sızdığı belirsizdir. Belki de bu, insanların bilimde başarmayı umdukları en büyük mirastır: çözüme ulaşmak için birden fazla nesil alacak kadar karmaşık yeni bir sorunun keşfi. Bu özel durumda, çoğu insan çözümün nasıl olması gerektiği konusunda hemfikirdir, ancak kimse onu nasıl uygulayacağını bilmiyor. Çözülene kadar, kara delik bilgi paradoksu, Hawking'in dünyayla eşi benzeri olmayan ve gizemli hediye paylaşımının bir başka parçasıdır.
-
Bilgi: Sınırsız Bilim, Boko Park-Bilim Yaygınlaştırma
-
Yazar: Ethan Siegel (astrofizikçi)
-
İçerik: "Boke Garden" tarafından mevcut ana akım bilimi karşılamak için belirlendi
-
Gönderen: Forbes Science
-
Derleme: Genç Usta Shi Wushuang
-
İnceleme: Brocade Garden
-
Cevap: Bilgi soruları için yorum alanına mesaj bırakabilirsiniz.
-
Yayılmış: Brocade Bahçesi
