Многие законы физики носят обратимый характер. Недавно группа химиков провела эксперимент, который каждый может повторить на своей кухне – сварить яйцо. В результате кипячения молекулы белка закручиваются и, казалось бы, не могут вернуться в исходное состояние. Между тем центрифугирование раскручивает их и придает им первоначальный вид.
Такой изящный опыт демонстрирует обратимость физических процессов, которые могут протекать в обоих направлениях, что является основой законов физики, отражающих симметрию пространства-времени и причинности. Конечно, подобное можно сделать в простых системах и не так просто воспроизвести в сложных, но в принципе это осуществимо. Однако есть исключения – это чёрные дыры, возникающие в результате коллапса массивных звёзд.
На стыке двух теорий
Чёрная дыра представляет собой замкнутое пространство-время, где чудовищная гравитация разрывает падающие в неё объекты до элементарных частиц. Выйти из неё невозможно как только пройден горизонт событий, следовательно, объект, в принципе, невозможно восстановить, в связи с чем было сделано предположение, что чёрные дыры не сохраняют информацию.
Впервые такая необратимость была описана физиком Дэвидом Финкельштейном в 1958 году и получила название информационного парадокса, свидетельствующего о том, что физические процессы могут быть необратимыми. Только в настоящее время возникло понимание того, что несмотря на внешнее противоречие, чёрные дыры обратимы, в результате информационный парадокс был разрешён.
С решением этого парадокса согласны не все, даже по мнению сторонников, данная работа в лучшем случае является точкой отсчёта для нового подхода в объяснении физики чёрных дыр. Дело заключается в том, что до сих пор нет объединения теории относительности и квантовой механики. Так, физика чёрных дыр описывается общей теорией относительности и в ней, вплоть до настоящего времени, не были учтены эффекты квантовой механики.
Запутанность
Впервые в 70-х годах прошлого века С. Хокингом была предпринята попытка объяснить квантовомеханические явления, протекающие на границе чёрных дыр. Им было показано, что чёрные дыры излучают, а, следовательно, уменьшаются и испаряются, обращая свою энтропию в ноль. Данный процесс излучения связан с тем, что за счёт градиента кривизны пространства на границе чёрной дыры виртуальные частицы, присутствующие в вакууме, получают энергию и превращаются в реальные. Их рождение осуществляется парами. При этом одна частица, получая энергию, может покинуть чёрную дыру, а вторая останется в ней. Но выброс энергии не несёт никакой информации о том, что попало внутрь чёрной дыры. Исходящее излучение ухудшает прогноз, уменьшая энтропию, и в конце концов освобождается от неё.
Ключевой подход был разработан Пейджем и Матурой, основанный на загадочной квантовой запутанности, представляющей особый вид корреляции между частицами даже не связанными друг с другом никакими влияниями. Большинство частиц, попадающих в чёрную дыру, оказываются запутанными с частицами, остающимися вне чёрной дыры и эти связи поддерживаются. Вместе с тем эти связи не могут быть прямо перенесены на излучение С. Хокинга.
Иллюзорность
Было установлено, что вместимость пространства масштабируется в зависимости от площади, а не от занимаего им объёма, и хотя оно выглядит как трёхмерное, но его воздействие осуществляется как двухмерное. Это иллюзорное качество становится важным в чёрной дыре.
В результате возник голографический принцип, согласно которому, по крайней мере, одно из измерений не является фундаментальным, а служит производным и вытекающим из квантовой механики. За счёт голографического принципа всё трёхмерное можно свести к двухмерной поверхности, на которой записана информация, соответствующая двухмерной голограмме. Подобно тому, как при проявлении физической голограммы получается трехмерное изображение. Согласно теории голографической Вселенной, наш воспринимаемый трёхмерный мир может являться проекцией двухмерной поверхности другой Вселенной, заключающей в себе иные законы и квантовые явления. Физика чёрных дыр подтверждает голографический принцип и доказывает, что информационное содержание области пространства определяется не его объёмом, а площадью ограничивающей его поверхность. Возможно, это послужит ключом к построению более глубокой и всеобъемлющей теории.
Бурлящие хаотические системы
Другой подход показал, что чёрная дыра накапливает такое гигантское количество запутанности геометрии пространства-времени, что она приобретает экзотические формы как внутри, так и снаружи чёрной дыры. Могут возникать такие странные объёкты, как червоточины, своего рода коридоры, соединяющие внутреннюю часть чёрной дыры с внешним миром, а также с другими чёрными дырами. Матур вместе с другими исследователями, утверждали, что необходимо ввести в теорию принцип нелокальности. Согласно этому эффекту происходят своего рода скачки в пространстве, благодаря чему информация извлекается из чёрной дыры. Хотя физики согласны с тем, что необходимо учитывать нелокальность, но специфический тип нелокальности, рассматривается скептиками как неправдоподобный.
Раджу предположил, что у гравитации существует длинный хвост действующей силы, способствующей выходу информации. Более того, электромагнитное, гравитационное и другие поля, находящиеся за пределами чёрной дыры, несут в себе отпечатки, попадающие в неё. В последние годы Леонард Сасскинд из Стэнфорда обнаружил, что чёрные дыры – это бурлящие хаотические системы, скрывающиеся за кривизной пространства. Конечно, создание чёрных дыр в настоящее время невозможно, но экспериментаторы надеются получить знания о них на основе компьютерного моделирования, а также, наблюдая хаотическую динамику в разных средах, добиваясь обратимости изучаемых процессов.
Некоторые теоретики считают, что знания о чёрных дырах можно перенести на всю Вселенную в целом. Физика чёрных дыр уже привела к концепции параллельной голографической Вселенной, а так как наша Вселенная ускоренно расширяется, то она, вероятно, имеет одностороннюю поверхность, соответствующую горизонту событий чёрной дыры. Это вселяет надежду, что исследование чёрных дыр откроет тайны космоса.
Платформа Дзен по определённым причинам меняет алгоритмы показов, и теперь статьи канала Intellectus увидят только его подпиcчики. Если вы уверены, что подписаны на канал рекомендуется проверить это в связи с возможной автоматической отпиской.
Также материалы по теме «Космос и Мультивселенная»:
