Poznati britanski fizičar, koji je umro u 76. godini, ostavio je zagonetku koja bi mogla dovesti njegove nasljednike na teoriju kvantne gravitacije.
Ugledni britanski fizičar Stephen Hawking redovito je ulazio u prijateljske napade s kolegama na ključnim pitanjima u teorijskoj fizici. “Osjećao sam se kada smo Stephen i ja prvi put sreli da će uživati u nepristojnom postupanju.”, napisao je John Preskill, fizičar na Kalifornijskom institutu za tehnologiju, na Twitteru. “Znači, usred naučne rasprave, mogao bih zamisliti:” Što vas čini tako sigurnima, gospodine Know-It-All? “Znajući da će Stephen odgovoriti svojim očima u tren oka:” Hoćeš se kladiti? “
I opkladili su se. 1991. godine Hawking i Kip Thorne kladili su se sa Preskillom da se informacije koje padaju u crnu rupu unište i nikada ne mogu vratiti. To se zove paradoks informacija o crnoj rupi, taj je izgled slijedio iz Hawkingovog orijentiranog otkrića 1974. o crnim rupama – područjima neizbježne gravitacije, gdje se prostor-vrijeme krivulja strmo usmjerava prema središnjoj točki poznatoj kao singularnost.
Hawking je pokazao da crne rupe nisu uistinu crne. Kvantna nesigurnost uzrokuje da zrače malu količinu topline, nazvanu “Hawking zračenje”. One gube masu u procesu i na kraju se isparavaju. Ovo isparavanje dovodi do paradoksa: Sve što pada u crnu rupu naizgled će biti zauvijek izgubljeno, krši “unitarnost” – središnji princip kvantne mehanike koji kaže da je uvijek prisutna informacija o prošlosti.
Hawking i Thorne tvrdili su da bi zračenje koje je emitirala crna rupa bilo previše beznadno podignuto kako bi dohvatilo sve korisne informacije o tome što je u njemu palo, čak i u načelu. Preskill se kladio da informacije nekako izbjegavaju crne rupe, iako bi fizičari vjerojatno trebali kompletnu teoriju kvantne gravitacije kako bi razumjeli mehanizam iza toga kako bi se to moglo dogoditi.
Fizičari su mislili da su riješili paradoks u 2004. s pojmom komplementarnosti crne rupe. Prema ovom prijedlogu, informacije koje prelaze horizont događaja crne rupe i reflektuju se i prolaze, nikada ne bježe. Budući da niti jedan promatrač nikad ne može biti unutar i izvan crne crne rupe, nitko ne može istodobno svjedočiti obje situacije, a nema nikakvih proturječja. Argument je bio dovoljan da uvjeri Hawkinga da prihvati okladu. Tijekom 2004. u Dublinu, Irska, predstavio je Preskillu osmo izdanje “Total Baseball: The Ultimate Baseball Encyclopedia, “odakle se informacije mogu dohvatiti po volji”.
Thorne, međutim, odbio je priznati i čini se da je bio u pravu. U 2012. godini pojavila se nova promjena paradigme. Nitko nije točno objasnio kako će informacije izaći iz crne rupe, a taj nedostatak specifičnog mehanizma inspirirao je Josipa Polchinskog i troje kolega kako bi ponovno razmotrili problem.
Konvencionalna mudrost odavno je tvrdila da će, kad netko prođe kroz horizont događaja, polako ih razdvojiti krajnjom gravitacijom dok su pali prema singularnosti. Polchinski i njegovi koautori tvrde da umjesto toga, promatrači koji su pali trebali bi susresti doslovni zid vatre na horizontu događaja, spaljivši se prije nego što se ikad približe singularnosti.
U srcu zagonetke vatre leži sukob između tri temeljna postulata. Prvi je ekvivalentni princip Albert Einsteinove opće teorije relativnosti: Budući da nema razlike između ubrzanja zbog gravitacije i ubrzanja rakete, astronaut pod imenom Alice ne smije osjećati ništa loše dok prelazi horizont crnih rupa. Druga je unitarnost, što podrazumijeva da se informacije ne mogu uništiti. Konačno, postoji lokalitet, koji drži da događaji koji se događaju na određenoj točki u prostoru mogu utjecati samo na obližnje točke. To znači da bi zakoni fizike trebali raditi kako je očekivano daleko od crne rupe, čak i ako se razbiju u nekoj točki unutar crne rupe – bilo u singularnosti ili na horizontu događaja.
Da bi se riješio paradoks, mora se žrtvovati jedan od tri postulata, a nitko se ne može složiti oko toga tko bi trebao dobiti sjekiru. Najjednostavnije rješenje je da se princip ravnopravnosti razgrađuje na horizontu događaja, čime se stvara vatrozid. No u narednim godinama predloženo je nekoliko mogućih rješenja.
Na primjer, nekoliko godina prije papira vatrozida, Samir Mathur, teoretičar na stožeru Sveučilišta Ohio, podigao je slična pitanja svojim pojmom crne rupice. Fuzzballs nisu prazne jame, poput tradicionalnih crnih rupa. Spakirani su punim žicama (takve vrste iz teorije niza) i imaju površinu poput zvijezde ili planete. One također emitiraju toplinu u obliku zračenja. Spektar tog zračenja, pronašao je Mathur, točno odgovara predviđanju za Hawkingovo zračenje. Njegova “fuzzballova nagađanja” riješavaju paradoks proglašavajući ga iluzijom. Kako se podaci mogu izgubiti izvan horizonta događaja ako ne postoji horizont događaja?
Hawking je raspravljao o vatrometu na sličan način putem dvaputnog papira bez jednadžbe objavljenog na web mjestu arxiv.org krajem januara 2014. – što je sažetak neformalnih primjedbi koje je napravio preko Skypea na konferenciji prethodnog proljeća.
Predložio je preispitivanje horizonta događaja. Umjesto određene linije na nebu iz koje ništa nije moglo pobjeći, predložio je da postoji “vidljiv horizont”. Informacije su privremeno ograničene iza tog horizonta. Informacije konačno bježe, ali u takvom obliku koji se nikada ne može interpretirati. Usporedio je zadatak s vremenskim prognozama: “Ne možemo predvidjeti vrijeme više od nekoliko dana unaprijed”.
U 2013. godini, Leonard Susskind i Juan Maldacena, teorijski fizičari na Sveučilištu Stanford i Institutu za napredne studije napravili su radikalni pokušaj očuvanja lokaliteta koji su nazvali “ER = EPR”. Prema toj ideji možda ono što mislimo da su daleke tačke u svemirskom vremenu ipak nisu toliko daleko. Možda upadljivost stvara nevidljive mikroskopske crvotočine koje povezuju naizgled udaljene tačke.
Malo oblikovana poput hobotnice, takva crvotočina povezivala je unutrašnjost crne rupe izravno s Hawkingovim zračenjem, pa bi čestice koje su još bile unutar rupa bile izravno povezane s česticama koje su davno pobjegle, izbjegavajući potrebu za prolazom informacija horizonta događaja.
Fizičari tek trebaju postići konsenzus o bilo kojem od ovih predloženih rješenja. To je priznanje Hawkingovom jedinstvenom geniju da se nastavljaju raspravljati o paradoksu informacija o crnoj rupi toliko desetljeća nakon što ga je prvi put predložio njegov rad.
Izvor: www.quantamagazine.com
