Οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να στείλουν πληροφορίες για το τι καταπίνουν – και αυτό είναι ένα πρόβλημα

Τρεις αριθμοί.

Τρεις μόνο αριθμοί – αυτό είναι το μόνο που χρειάζεται για να περιγράψει μια μαύρη τρύπα πλήρως και 100% αναμφισβήτητα στη γενική σχετικότητα. Αν σας πω τη μάζα, το ηλεκτρικό φορτίο και το σπιν (δηλαδή τη γωνιακή ορμή) μιας μαύρης τρύπας, τελειώσαμε. Αυτό είναι το μόνο που θα ξέρουμε για αυτό και το μόνο που χρειαζόμαστε για να περιγράψουμε τα χαρακτηριστικά του.

Αυτοί οι τρεις αριθμοί μας επιτρέπουν να υπολογίσουμε τα πάντα για το πώς αλληλεπιδρά η μαύρη τρύπα με το περιβάλλον της, πώς θα ανταποκριθούν τα αντικείμενα γύρω της και πώς θα αναπτυχθεί η μαύρη τρύπα στο μέλλον.

Παρά τις σκληρές βαρυτικές τους ικανότητες και την ανίερη εξωγήινη φύση τους, οι μαύρες τρύπες είναι εκπληκτικά απλές. Αν σου έδινα δύο μαύρες τρύπες με ακριβώς την ίδια μάζα, φορτίο και σπιν, δεν θα μπορούσες να τις ξεχωρίσεις. Αν αλλάξετε θέση χωρίς να κοιτάξετε, δεν θα ξέρετε ότι το έκανα.

Σημαίνει επίσης ότι όταν βλέπετε μια πλήρως σχηματισμένη μαύρη τρύπα, δεν έχετε ιδέα γιατί σχηματίστηκε. Οποιοσδήποτε συνδυασμός συμπαγούς μάζας σε αρκετά μικρό όγκο μπορεί να κάνει τη δουλειά. Θα μπορούσε να είναι ο εξαιρετικά πυκνός πυρήνας ενός αστεριού που πεθαίνει. Θα ήταν πολύ χοντρά στρωμνή από αξιολάτρευτες γάτες που είχαν τσακιστεί στη λήθη.

Εφόσον η μάζα, το φορτίο και η περιστροφή είναι ίδια, η ιστορία δεν έχει σημασία. Δεν υπάρχουν πληροφορίες για το αρχικό υλικό που δημιούργησε τη μαύρη τρύπα. Ή μήπως είναι?

Θέσπιση τσάρτερ

“Πληροφορίες” είναι ένας ελαφρώς φορτωμένος όρος. Μπορεί να πάρει διαφορετικούς ορισμούς ανάλογα με το ποιον ρωτάτε και τι διάθεση έχει. Στη φυσική, η έννοια της πληροφορίας σχετίζεται στενά με την κατανόησή μας για το πώς εξελίσσονται τα φυσικά συστήματα και πώς κατασκευάζουμε τις θεωρίες μας για τη φυσική.

Μας αρέσει να πιστεύουμε ότι η φυσική είναι ένα σχετικά χρήσιμο μοντέλο για την κατανόηση του σύμπαντος στο οποίο ζούμε. Ένας από τους τρόπους με τους οποίους ωφελεί η φυσική είναι η ικανότητά της να προβλέπει. Αν σας δώσω μια λίστα με όλες τις πληροφορίες για ένα σύστημα, θα μπορώ να εφαρμόσω τους νόμους και τις θεωρίες της φυσικής για να σας πω πώς θα αναπτυχθεί αυτό το σύστημα. Και ισχύει και το αντίθετο. Αν σας πω την κατάσταση του συστήματος τώρα, μπορείτε να εκτελέσετε όλα τα μαθηματικά πίσω για να δείτε πώς το σύστημα έφτασε στην τρέχουσα κατάστασή του.

Αυτές οι δύο έννοιες είναι γνωστές ως αναπόφευκτο (Μπορώ να προβλέψω το μέλλον) και αντανάκλαση (Μπορώ να διαβάσω το παρελθόν) Και είναι λίγο πολύ ο θεμελιώδης πυρήνας της φυσικής. Εάν οι θεωρίες της φυσικής μας δεν είχαν αυτές τις ιδιότητες, δεν θα μπορούσαμε να κάνουμε πολλή δουλειά.

Αυτές οι δύο έννοιες ισχύουν και για την κβαντική μηχανική. Ναι, η κβαντομηχανική θέτει αυστηρά όρια στο τι μπορούμε να μετρήσουμε για το σύμπαν, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι όλα τα στοιχήματα είναι εκτός λειτουργίας. Αντίθετα, μπορούμε απλά να αντικαταστήσουμε μια καλά καθορισμένη κλασική κατάσταση με μια πιο ασαφή κβαντική κατάσταση και να συνεχίσουμε τη ζωή μας. Η κβαντική κατάσταση εξελίσσεται σύμφωνα με την εξίσωση Schrödinger, η οποία υποστηρίζει τόσο τον ντετερμινισμό όσο και την αντιστρεψιμότητα, επομένως είμαστε όλοι καλοί.

Οι πληροφορίες δεν χάνονται κατά την εγγραφή ενός βιβλίου. Είναι απλά ένα μείγμα.

Αυτή η διπλή σύγκρουση ντετερμινισμού και αναστρεψιμότητας σημαίνει ότι, από άποψη φυσικής, οι πληροφορίες πρέπει να διατηρούνται κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε διαδικασίας. Δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί – Εάν προσθέσουμε ή αφαιρέσουμε πληροφορίες μεμονωμένα, δεν θα μπορούμε να προβλέψουμε το μέλλον ή να διαβάσουμε το παρελθόν. Οποιαδήποτε απώλεια ή κέρδος σημαίνει ότι θα λείπουν πληροφορίες ή επιπλέον πληροφορίες, έτσι όλη η φυσική θα πέσει σε σκόνη.

Υπάρχουν πολλές διαδικασίες που Εμφανίζεται Για να καταστρέψουμε πληροφορίες, αλλά αυτό συμβαίνει μόνο επειδή δεν παρακολουθούμε αρκετά προσεκτικά. Πάρτε, για παράδειγμα, το κάψιμο ενός βιβλίου. Αν σας δώσω ένα σωρό στάχτες, αυτό θα φανεί μη αναστρέψιμο: δεν υπάρχει περίπτωση να συναρμολογήσετε ξανά το βιβλίο. Αλλά αν έχετε ένα αρκετά ισχυρό μικροσκόπιο στη διάθεσή σας (και πολλή υπομονή) και πρέπει να με παρακολουθείτε καθώς το βιβλίο καίγεται, μπορείτε – κατ ‘αρχήν τουλάχιστον, που είναι αρκετά καλό – να παρακολουθήσετε και να παρακολουθήσετε την κίνηση κάθε μορίου στη διαδικασία. Στη συνέχεια, μπορείτε να αντιστρέψετε όλες αυτές τις κινήσεις και όλες αυτές τις αλληλεπιδράσεις για να ξαναχτίσετε το βιβλίο. Οι πληροφορίες δεν χάνονται κατά την εγγραφή ενός βιβλίου. Είναι απλά ένα μείγμα.

Στην κλασική, παραδοσιακή άποψη των μαύρων τρυπών, όλη αυτή η εργασία που σχετίζεται με πληροφορίες δεν αποτελεί καθόλου πρόβλημα. Οι πληροφορίες που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή της μαύρης τρύπας απλώς κρύβονται πολύ πίσω από τον ορίζοντα γεγονότων – το μονόδρομο όριο στην επιφάνεια της μαύρης τρύπας που την κάνει τόσο μοναδική. Μόλις εκεί, οι πληροφορίες σε αυτό το σύμπαν δεν θα φανούν ποτέ ξανά. Είτε μια μαύρη τρύπα δημιουργήθηκε από αστέρια που πεθαίνουν είτε από στριμωγμένες γάτες, δεν συμβαίνει πρακτικά θέμα. Οι πληροφορίες μπορεί να μην καταστρέφονται, αλλά είναι μόνιμα κρυμμένες από τα αδιάκριτα βλέμματα.