Корнельський університет опублікував останню працю, над якою працював фізик-теоретик Стівен Хокінг перед своєю смертю. Вона присвячена вивченню того, що відбувається з об'єктами, коли вони потрапляють в чорні діри, і називається Black Hole Entropy and Soft Hair.
Як повідомляється, праця була завершена за кілька днів до смерті професора Хокінга, знаменитий учений писав її спільно зі своїми колегами з Кембриджського і Гарвардського університетів.
І ще: В Японії у дім потрапив шматок метеорита: відео
"Ми глибоко засмучені втратою нашого дорогого друга та колеги Стівена Хокінга, чий внесок у фізику чорних дір справді неймовірний", – відзначили в передмові до наукової праці співавтори Саша Хако, Малкольм Перрі й Ендрю Стромінгер.
За словами Перрі, описуваний у статті інформаційний парадокс, який виникає в результаті втрати інформації в процесі формування і розпаду чорних дір, привертав увагу Хокінга протягом 40 років.
Витоки цієї головоломки сходять ще до часів Альберта Ейнштейна. У 1915 році Ейнштейн опублікував свою загальну теорію відносності, що описує виникнення гравітації під дією огинаючих час ефектів матерії – тобто, чому планети оточують Сонце. Тоді теорія Ейнштейна також зробила важливі передбачення про чорні діри, в тому числі – що чорна діра має три характеристики: масу, заряд і спін.
Майже 60 років по тому Хокінг прийшов до висновку, що чорні діри мають ще й температуру. І оскільки гарячі об'єкти викидають тепло в космос, кінцевою долею чорної діри є її випаровування – фактичне закінчення існування, причому разом з нею зникає і матерія, яка раніше досягла горизонту подій (так званої точки неповернення) і була "затягнута" без будь-якого шансу вирватися.
Однак тут виникає проблема: правила квантової механіки вимагають, щоб інформація ніколи не губилася. Тоді, що ж насправді відбувається з інформацією про об'єкти, коли вони потрапляють в чорну діру?
Складність полягає в тому, що якщо ви викинете щось в чорну діру, схоже, що воно зникне. Але як в такому випадку відновлюється інформація про об'єкт, якщо чорна діра в кінцевому результаті зникає сама?, – запитує Перрі.
Остання праця не вирішує парадокс цілком, але вказує можливий шлях пояснення – завдяки фотонам, що оточують горизонт подій чорної діри, Хокінг і його колеги прийшли до висновку, що інформація може пережити засмоктування в чорну діру, зберігшись в так званому "легкому пусі" (soft hair), який гіпотетично існує на краю діри.
Дослідники зробили висновок, що по "легкому пушку" можна судити про ентропії чорної діри, а це важливий крок на шляху побудови теорії квантової гравітації.
"Я припускаю, що інформація зберігається не всередині чорної діри, як хтось міг очікувати, а на її кордонах, навіть в горизонті. Ідея полягає в тому, що супертрансляції – це голограми вхідних частинок, які й містять всю інформацію, яка інакше була б втрачена.
Таким чином, інформація про вхідні частинки відтворюється, але в хаотичній формі. Це вирішує інформаційний парадокс. Однак для всіх практичних цілей інформація, звичайно, загублена", – заявив Хокінг у 2015 році, представляючи свої наукові напрацювання щодо існування "пуху" у чорних дір.
Трохи пізніше він додав, що "чорні діри насправді – зовсім не чорні; вони не є свого роду вічною в'язницею, адже деякі частинки можуть з них вибиратися – потрапляючи при цьому, можливо, навіть в інший всесвіт". Тим самим Хокінг спростував поширене переконання про те, що ніщо не може вибратися з чорної діри.
Як зазначається, тепер колегам великого фізика-теоретика належить вивчити, яким чином інформації вдається зберігатися на горизонті подій і яким чином вона залишає чорну діру, коли остання випаровується.
За словами Маріки Тейлор, професора теоретичної фізики з Саутгемптонського університету і колишньої учениці Хокінга, "розуміння принципів існування ентропії – наприклад, її квантових станів – одне з найбільш складних наукових завдань останніх 40 років".
Хуан Мальдацена, фізик-теоретик з Інституту перспективних досліджень в Принстоні, згоден з тим, що парадокс інформації, що виникає в чорних дірах, залишається вельми нетривіальною загадкою для вчених.
Хокінг виявив, що чорні діри мають температуру. Але якщо для звичайних об'єктів ми розуміємо температуру, як рух мікроскопічних складових системи (наприклад, температура повітря обумовлена рухом молекул: чим швидше вони рухаються, тим спекотніше), то в разі чорних дір неясно, чим є ці складові і як вони пов'язані з горизонтом чорної діри.
У деяких фізичних системах, що володіють особливими симетріями, теплові властивості можуть бути обчислені в термінах цих симетрій. Остання праця Хокінга показує, що поблизу горизонту чорної діри ми маємо справу з одну з таких симетрій, – підсумував Мальдацена.
Наостанок зазначимо, що за словами Малькольма Перрі, в березні він подзвонив Хокінгу з Гарварда, де працював над статтею, щоб розповісти про останні успіхи.
"Стівену було дуже важко спілкуватися, і мене перевели на гучний зв'язок, щоб я міг пояснити йому, як сильно ми просунулися в розрахунках. І коли я закінчив говорити, він просто посміхнувся.
Я сказав йому тільки те, що у нас є прогрес. Але Хокінг, я вважаю, вже знав кінцевий результат", – впевнений професор.
Читайте також: Моторошний ураган Майкл показали з космосу