Სარჩევი:

შავი ხვრელის ცნობილი პარადოქსი, როგორც ჩანს, მოგვარებულია. მაგრამ ყველაფერი ძალიან რთულია
შავი ხვრელის ცნობილი პარადოქსი, როგორც ჩანს, მოგვარებულია. მაგრამ ყველაფერი ძალიან რთულია
Anonim

50 წლის განმავლობაში თეორიული ფიზიკოსები ცდილობდნენ ამოეხსნათ შავი ხვრელის ცნობილი პარადოქსი, რომელიც პროგნოზირებს, რომ ეს კოსმოსური ურჩხულები ბევრად უფრო კომპლექსურია, ვიდრე ზოგადი ფარდობითობა ვარაუდობს. ფაქტია, რომ აინშტაინის თეორიის თანახმად, შავი ხვრელები საოცრად მარტივია. თუ თქვენ იცით შავი ხვრელის მასა, მუხტი და ბრუნვა, მაშინ თქვენ იცით ყველაფერი რაც თქვენ უნდა იცოდეთ მის შესახებ. გამოდის, რომ შავი ხვრელები ერთ -ერთი ყველაზე მარტივი და გასაგები პერსონაჟია მთელ სამყაროში. მაგრამ ეს აშკარა სიმარტივე ქმნის შემაშფოთებელ პარადოქსს. 1970 -იან წლებში ცნობილი ასტროფიზიკოსი სტივენ ჰოკინგი მიხვდა, რომ შავი ხვრელები მთლად შავი არ არის. ამის ნაცვლად, ისინი ასხივებენ სინათლეს დახვეწილი კვანტური მექანიკური პროცესის საშუალებით მათი მოვლენის ჰორიზონტზე ან შავი ხვრელების კიდეებზე, საიდანაც ვერაფერი, თუნდაც სინათლე, ვერ გაექცევა. იმის გამო, რომ შავი ხვრელები ძალიან მარტივია და მათი აღწერილობა შესაძლებელია მხოლოდ სამი რიცხვით, ყველა ინფორმაცია მასალის შესახებ, რომელიც შავ ხვრელებში ხვდება, აშკარად სამუდამოდ იკეტება. არ აქვს მნიშვნელობა თქვენ შექმნით შავ ხვრელს მკვდარი ვარსკვლავებისგან და ვარსკვლავთშორისი მტვრისგან თუ შავ ხვრელს კატებისგან; სანამ ამ ორ შავ ხვრელს აქვს ერთი და იგივე ბრუნვა, მასა და მუხტი, ისინი იდენტურები იქნებიან. მაგრამ საბოლოოდ რა ხდება ინფორმაციასთან?

ინფორმაციის პარადოქსი

სამყარო საოცარია. და სამწუხაროა, რომ თანამედროვე ქალაქები ასე ძლიერ დაბინძურებულია განათებით, რადგან ღამის ცაზე ვარსკვლავები პრაქტიკულად უხილავია. იმავდროულად, თუ ყოველ ღამე ფანჯრიდან ვიხილავთ ირმის ნახტომს და ყოველ აგვისტოს ვუყურებთ პერსეიდების ნაკადს ჩვენი სახლის კომფორტიდან, ჩვენ ალბათ უფრო ხშირად ვიფიქრებთ სამყაროზე. საბოლოო ჯამში, ყველაზე გიჟური ფიზიკური თეორიები, მაგალითად, სამყაროს სიმრავლის შესახებ ან რომ შავი ხვრელების დახმარებით შესაძლებელია მოგზაურობა სწორედ ამ მრავალ სამყაროში, შეიძლება რეალობა აღმოჩნდეს ვინ იცის.

იმავდროულად, ანდრეი ლინდე და სხვა მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ ჩვენი დიდი აფეთქება არ იყო ერთადერთი, სხვების ძალისხმევა მიმართულია შავი ხვრელების შესწავლაზე, რომელთა არსებობა დადასტურდა რამდენიმე წლის წინ.

სტივენ ჰოკინგმა, რომელმაც ბევრი სამეცნიერო შრომა მიუძღვნა ამ კოსმოსურ ურჩხულებს, სჯეროდა, რომ როგორც შავი ხვრელი გამოსხივებს, ის აორთქლდება და საბოლოოდ მთლიანად ქრება - აქედან გამომდინარეობს შავი ხვრელის ინფორმაციის პარადოქსი. თუ რამოდენიმე ინფორმაცია მოხვდება შავ ხვრელში და ინფორმაციის განადგურება შეუძლებელია, მაშინ როდის ქრება შავი ხვრელი და სად მიდის ყველა ინფორმაცია?

Image
Image

ტელესკოპების ქსელით გადაღებული შავი ხვრელის სურათი რვა კონტინენტზეა გავრცელებული. ის, რასაც სურათზე ვხედავთ, უფრო დიდია, ვიდრე ჩვენი მთლიანი მზის სისტემა. ამ შავი ხვრელის მასა აღემატება მზის მასას 6,5 მილიარდჯერ.

მთელი რიგი ინოვაციური სამუშაოების დროს, თეორიული ფიზიკოსები მტკივნეულად მიუახლოვდნენ შავი ხვრელის ინფორმაციული პარადოქსის ამოხსნას, რომელიც მათ იზიდავდა და აწამებდა თითქმის 50 წლის განმავლობაში. ისინი ახლა დარწმუნებით ამბობენ, რომ ინფორმაცია მართლაც გადის შავი ხვრელიდან.

თუ თქვენ ხვდებით შავ ხვრელში, სამუდამოდ არ დაიკარგებით. ნაწილ -ნაწილ, ხელახლა გამოჩნდება ინფორმაცია, რომელიც გჭირდებათ თქვენი სხეულის აღსადგენად. ფიზიკოსთა უმეტესობა დიდი ხანია ვარაუდობს, რომ ეს ასე იქნებოდა; ეს იყო სიმების თეორიის შედეგი, ყველაფრის ერთიანი თეორიის წამყვანი კანდიდატი. მაგრამ ახალი გამოთვლები, სიმების თეორიით შთაგონებული, თავისთავად არ გულისხმობს მათ არსებობას.

მკვლევარები ამბობენ, რომ ინფორმაცია გრავიტაციის მოქმედების წყალობით ჩნდება - ჩვეულებრივი გრავიტაცია კვანტური ეფექტების ერთი ფენით. ეს არის ერთგვარი ცვლილება გრავიტაციის როლში.

გრავიტაციის როლის შეცვლა

აინშტაინის ზოგადი ფარდობითობის თეორიის თანახმად, შავი ხვრელის გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ მას ვერაფერი გაექცევა. შავი ხვრელების უფრო დახვეწილმა გაგებამ, შემუშავებული სტივენ ჰოკინგისა და მისი კოლეგების მიერ 1970 -იან წლებში, ეჭვქვეშ არ აყენებდა ამ პრინციპს. ჰოკინგი და სხვები ცდილობდნენ კვანტური თეორიის გამოყენებით აღედგინათ მატერია შავ ხვრელებში და მის გარშემო, მაგრამ ისინი აინშტაინის კლასიკური თეორიის გამოყენებით განაგრძობდნენ გრავიტაციას - ჰიბრიდულ მიდგომას ფიზიკოსები უწოდებენ "ნახევრადკლასიკურს".

მიუხედავად იმისა, რომ მიდგომამ იწინასწარმეტყველა ახალი ეფექტები ხვრელის პერიმეტრის გარშემო, ინტერიერი მკაცრად იზოლირებული დარჩა. ფიზიკოსებმა დაასკვნეს, რომ ჰოკინგმა გააკეთა სწორი ნახევარკლასიკური გაანგარიშება - ნებისმიერი შემდგომი პროგრესი გრავიტაციას კვანტურ ასევე უნდა განიხილებოდეს.

Image
Image

ასეთი შავი ხვრელი ნახეს "ვარსკვლავთშორისი" რეჟისორებმა

თუმცა, ეს არის ზუსტად ის, რასაც ახალი კვლევების ავტორები კამათობენ. Wired– ის თანახმად, მათ აღმოაჩინეს დამატებითი ნახევარკლასიკური ეფექტები - ახალი გრავიტაციული კონფიგურაცია, რომელსაც აინშტაინის თეორია იძლევა, მაგრამ რომელიც ჰოკინგმა არ მოიცვა.

თავდაპირველად დადუმებული, ეს ეფექტები დომინირებს, როდესაც შავი ხვრელი ძალიან ბერდება. ხვრელი მოღვაწეთა სამეფოდან ენერგიულად ღია სისტემად გარდაიქმნება. არა მხოლოდ ინფორმაცია გადის, არამედ ყველაფერი ახალი, რაც მასში ხვდება, თითქმის მაშინვე იფეთქებს. შესწორებულ ნახევარკლასიკურ თეორიას ჯერ კიდევ არ აქვს ახსნილი ზუსტად როგორ გამოდის ინფორმაცია, მაგრამ ბოლო ორი წლის განმავლობაში, აღმოჩენის ტემპი ისეთი იყო, რომ მეცნიერებს მიენიჭათ მინიშნებები პარადოქსის გადაწყვეტის შესახებ.

ასეა თუ ისე, თეორეტიკოსებისთვის ჯერ კიდევ ბევრი სამუშაოა - როგორც ჩანს, სივრცე -დრო შავ ხვრელში იშლება, რაც გულისხმობს იმას, რომ სივრცე -დრო არ არის რეალობის ძირეული დონე, არამედ რაღაც უფრო ღრმა სტრუქტურის განვითარება. და მიუხედავად იმისა, რომ აინშტაინმა გრავიტაცია გაიაზრა, როგორც სივრცისა და დროის გეომეტრია, მისი თეორია ასევე მოიცავს სივრცისა და დროის გაფუჭებას და ამიტომაც არის, რომ ინფორმაცია საბოლოოდ გაქრება მისი გრავიტაციული ციხიდან.

შავი ხვრელები, კვანტური კომპიუტერები და არალოკალურობა

შავი ხვრელების ინფორმაციული პარადოქსის გადაჭრის მრავალრიცხოვან მცდელობებში მკვლევარებმა მიმართეს კომპიუტერულ სიმულაციებს, რომლებიც თავისთავად ფიზიკური სისტემაა; კერძოდ, კვანტური მოდელირება არ განსხვავდება იმით, რაც მოდელდება. ასე რომ, ფიზიკოსებმა წარმოიდგინეს, რომ ისინი აგროვებდნენ მთელ გამოსხივებას, ათავსებდნენ მას მასიურ კვანტურ კომპიუტერში და აწარმოებდნენ შავი ხვრელის სრულ სიმულაციას.

და ამან გამოიწვია საოცარი შედეგები. ვინაიდან გამოსხივება ასოცირდება შავ ხვრელთან, საიდანაც იგი წარმოიშვა, კვანტური კომპიუტერი ასევე მტკიცედ არის დაკავშირებული შავ ხვრელთან. სიმულაციის ნაწილად, კვანტური ჩახლართვა გარდაიქმნება გეომეტრიულ ურთიერთობად იმიტირებულ შავ ხვრელსა და ორიგინალს შორის. მარტივად რომ ვთქვათ, მათ ჭიის ხვრელი აკავშირებს.

არსებობს ფიზიკური შავი ხვრელი, რომელიც შემდეგ კვანტურ კომპიუტერში არის მოდელირებული და შეიძლება არსებობდეს მატლის ხვრელის ზუსტი ასლი მათ შორის “,-ამბობს დუგლას სტენფორდი, სტენფორდის უნივერსიტეტის თეორიული ფიზიკოსი და ახალი კვლევის თანაავტორი. ეს იდეა არის 2013 წლის წინადადების მაგალითი, რომ კვანტური ჩახლართვა შეიძლება ჩაითვალოს ჭიის ხვრელებად. ჭიის ხვრელი, თავის მხრივ, უზრუნველყოფს საიდუმლო გვირაბს, რომლის საშუალებითაც შესაძლებელია ინფორმაციის შეყვანა.

Image
Image

კვანტური კომპიუტერები შავი ხვრელების სიმულაციისთვის უფრო ახლოსაა ვიდრე ჩანს.

შემდგომი დისკუსია, გარდაუვლად, ეხებოდა იმას, თუ როგორ უნდა გავიგოთ სიტყვასიტყვით ყველა ეს ჭიის ხვრელი. ჭიის ხვრელები იმდენად ღრმად არის ჩაძირული განტოლებებში, რომ მათი კავშირი რეალობასთან სუსტი ჩანს, მაგრამ მათ მაინც აქვთ ხელშესახები შედეგები.ორი შორეული მდებარეობის შეერთებით, ჭიის ხვრელები საშუალებას აძლევს ერთ ადგილას მომხდარ მოვლენებს პირდაპირ იმოქმედოს შორეულ მდებარეობაზე, გარდა იმისა, რომ ნაწილაკი, ძალა ან სხვა გავლენა არ კვეთს შუალედურ მანძილს. ფიზიკის ამ ეფექტს ეწოდება არალოკალურობა.

ჩვენ ყოველთვის ვიცოდით, რომ გრავიტაციას უნდა ჰქონოდა გარკვეული არალოკალური ეფექტები და ეს არის ერთ-ერთი მათგანი, აღნიშნავენ მკვლევარები. ის, რაც თქვენ დამოუკიდებლად გგონიათ, ნამდვილად არ არის დამოუკიდებელი.

ერთი შეხედვით, ეს გასაოცარია. აინშტაინმა ააგო ზოგადი ფარდობითობა, რომლის მიზანი იყო ფიზიკიდან არალოკალურობის აღმოფხვრა. გრავიტაცია მყისიერად არ მოგზაურობს სივრცეში. ის უნდა გავრცელდეს ერთი ადგილიდან მეორეზე სასრული სიჩქარით, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა ურთიერთქმედება ბუნებაში.

მაგრამ გასული ათწლეულების განმავლობაში ფიზიკოსებისთვის ცხადი გახდა, რომ სიმეტრია, რომელსაც ფარდობითობა ემყარება ქმნის ახალ თაობას არალოკალური ეფექტების.

ასე რომ, 2020 წლის თებერვალში, ფიზიკოსთა ჯგუფმა აღმოაჩინა, რომ ფარდობითობის თეორიის სიმეტრიას აქვს უფრო ფართო ეფექტები, ვიდრე ჩვეულებრივ ვარაუდობენ, რამაც შეიძლება სივრცე-დროს მიანიჭოს სარკის დარბაზის ხარისხი, რომელიც ჩანს შავი ხვრელების ანალიზისას.

Image
Image

ასე ხრის შავი ხვრელი სივრცე-დროს.

ეს ყველაფერი აძლიერებს მრავალი ფიზიკოსის ვარაუდს, რომ სივრცე-დრო არ არის ბუნების ფუნდამენტური დონე, არამედ წარმოიქმნება რაიმე მექანიზმისაგან, რომელიც არ არის სივრცითი და დროებითი. ახალი გამოთვლები დაახლოებით იმავეს ამბობს, ოღონდ ორმაგობისა და სიმების თეორიის მითითების გარეშე. ჭიის ხვრელები წარმოიქმნება იმიტომ, რომ ისინი ერთადერთი ენაა, რომლის საშუალებითაც ინტეგრალურ გზას შეუძლია გამოიყენოს სივრცე, რომელიც იშლება. ეს არის გეომეტრიის გზა იმის თქმის, რომ სამყარო საბოლოოდ არა-გეომეტრიულია.

და მიუხედავად იმისა, რომ ფიზიკოსებს დრო დასჭირდებათ კვლევის შედეგების დასადასტურებლად ან უარყოფისთვის, საბოლოო ჯამში, ნაშრომის ავტორებიც კი არ ელოდნენ შავი ხვრელების ინფორმაციული პარადოქსის ამგვარად გადაჭრას და სიმძიმის სრული კვანტური თეორიის გარეშე. მაგრამ თუ ჩავთვლით, რომ მათი გათვლები სწორია, მაშინ შავი ხვრელების თეორია აღარ შეიცავს ლოგიკურ წინააღმდეგობას, რაც მას პარადოქსულს ხდის. ერთი სიტყვით, Viva ფიზიკა და ადამიანის გონება.

პოპულარული თემა