Безнадежно пытаться выбраться из чёрной дыры, поскольку она представляет собой замкнутое пространство-время.
Чёрные дыры возникают в результате вспышек сверхновых массивных звёзд, когда достаточное количество материи коллапсирует в небольшой области пространства, приводя к сингулярности, где исчезает пространство и время. В коллапсе существует тонкая грань, своего рода линия, отделяющая, где ещё возможен побег от точки невозврата. Эта область называется горизонтом событий.
Информационный парадокс
Между тем чёрные дыры не являются жадными монстрами, пожирающими материю. Потребляя энергию, они отдают её в виде излучения Хокинга. Поэтому появилось выражение, что чёрные дыры имеют волосы. Здесь нечто возникает, казалось бы, из ничего. Дело в том, что вакуум на уровне микромира это не пустота. По сути это море виртуальных частиц, рождающихся парами и связанных друг с другом, удерживающих пространство-время. На линии горизонта благодаря градиенту кривизны они получают энергию, отрываясь и двигаясь от горизонта событий в противоположных направлениях. Одна частица проваливается внутрь чёрной дыры, а вторая покидает её в виде излучения. Этот процесс истощает чёрную дыру, она теряет свою массу, как испаряется растекшаяся лужа под лучами солнца. В конце концов чёрная дыра превращается в ничто. Однако, если чёрные дыры испаряются и исчезают, то и информация, содержащаяся в них, уничтожается. Данная ситуация нарушает фундаментальный физический закон, гласящий о том, что информация никогда не может быть уничтожена. Это приводит к информационному парадоксу.
На помощь приходят запутанность и нелокальность
Новый подход заключается в том, что необходимо применить квантовую механику не только к материи, присутствующей в чёрных дырах, но и учесть квантовомеханические эффекты самого пространства-времени чёрных дыр. Несмотря на то, что квантовые пространственно-временные влияния крайне малы, они могут быть усилены большой запутанностью, возникающей при испарении.
Под запутанностью в квантовой механике понимается скоррелированность состояний провзаимодействующих частиц. Она связана с квантовой суперпозицией, согласно которой квантовый объект находится сразу во всех состояниях.
В качестве примера можно взять две монеты, у которых есть две позиции – орёл и решка. Так вот, если бы они были квантовыми объектами, то находились в этих состояниях одновременно, что невозможно в макромире.
При бросания таких монет между ними должна существовать высокая скоррелированность результатов. Для каждой монеты выпадения орла или решки носят 50% вероятность, если они рассматриваются изолированно. В то же время, сравнивая одновременно результаты, обнаруживается их идентичность. Если у одной монеты выпал орёл, то и у другой монеты тоже будет орёл. И не бывает так, чтобы они демонстрировали разные состояния – либо орёл, либо решка. Более того, изменение одного из состояний квантового объекта, находящегося в состоянии запутанности, мгновенно приводит к изменению другого. При этом расстояния между ними не имеют абсолютно никакого значения.
Таким образом, проявляется нелокальность, которую Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии», известную как парадокс ЭПР, названный по фамилиям сформулировавших его трёх ученых – Эйнштейна, Подольского и Розена. Испарение чёрной дыры резко усиливает запутанность и нелокальность, проявляющиеся в её недрах.
В результате при незначительности данных эффектов их последствия могут быть огромными. Идея основана на методе, разработанном Р. Фейнманом, сущность которого заключается в том, что частица, перемещаясь из пункта А в пункт Б, движется не по одной траектории, а по всем возможным путям, соединяющим эти точки. Интеграл по траекториям является способом описания перемещения частицы в терминах квантовой суперпозиции всех возможных маршрутов. По аналогии квантовое пространство-время может находиться в суперпозиции различных сложных форм, изменяющихся разными способами. Так, если мы возьмём две изолированные чёрные дыры, то пространство-время имеет ненулевую вероятность возникновения короткоживущей червоточины, своего рода туннеля, способного соединить их внутренние состояния. Конечно, вероятность этого явления крайне мала. Однако, если учесть влияние множества чёрных дыр, то большая запутанность между излучением Хокинга и внутренностями чёрных дыр усиливает вероятность таких червоточин.
Подобный подход разрабатывался Томасом Хартманом, Хуаном Малдасеной, Эдгаром Шагулианом и Амирхоссейном Тадждини, а также Джеффри Пенингтоном, Стивеном Шен Кера, Дугласом Стэнфордом и Женбина Яна.
Изменения пространства-времени
Эффект червоточин заключается в том, чтобы поменять местами внутреннее содержание чёрных дыр. В результате содержание одной чёрной дыры принимает новое пространство-время внутри другой. Области внутренней части чёрной дыры совершившей обмен называется островом. Эта зона охватывает почти всю её часть, простираясь вплоть до горизонта событий. Принцип нелокальности указывает на то, что необходимо относиться к внутреннему острову, как части внешнего по отношению к горизонту событий. Тогда сам остров становится нелокально отражённым снаружи. Эффекты флюктуирующих червоточен позволяют чёрной дыре сохранять свою обычную структуру, предсказанную общей теорией относительности, хотя и с присутствием неявной, но мощной нелокальности, изображённой по ту сторону горизонта событий.
Нелокальность предписывает рассматривать внутреннюю часть чёрной дыры – остров, как часть, находящуюся за пределами чёрной дыры в виде единого целого с внешним излучением Хокинга. Соответственно, информация может вырваться из чёрной дыры не путем преодоления непреодолимого горизонта событий, а просто провалившись глубже в остров.
Червоточины являются недостающим компонентом в первоначальной оценке С. Хокингом случайности излучения, а гравитация через червоточины использует силу запутанности для достижения нелокальности. Таким образом, исследование квантовомеханической природы чёрных дыр поможет лучше понять природу пространства и времени, возможно, не являющихся фундаментальными реальностями, а вытекающими из закономерностей квантового мира.
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»:
