25 августа известный физик и популяризатор науки Стивен Хокинг рассказал о своих новых идеях по поводу физики чёрных дыр. Он сделал это во время лекции в Королевском технологическом институте (KTH; Стокгольм, Швеция), проходившей в рамках недельной конференции, целиком посвящённой наработкам в области чёрных дыр. По его мнению, давний парадокс об исчезновении информации в чёрной дыре разрешается тем, что на самом деле горизонт дыры является двухмерной голограммой.
Согласно современным представлениям, невращающаяся и незаряженная чёрная дыра характеризуется только одним параметром — массой. Если в дыру упадёт любое тело, то все его характеристики и состояние на тот момент не будут играть никакой роли – после его поглощения дыра лишь увеличит свою массу. Это явление назвали «отсутствием волос» у ЧД – то есть, отсутствием каких-либо различий между ЧД одной массы.
Более того – если рассмотреть ЧД с точки зрения квантовой физики, то окажется, что у неё существует излучение (предсказанное тем же Хокингом), из-за которого она постепенно «испаряется». Зарождающиеся на границе горизонта пары частица-античастица могут разлететься так, что одна проследует внутрь ЧД, а другая – от неё. Таким образом, ЧД будет терять массу и по прошествии довольно долгого времени исчезнет (точнее, по крайней мере, уменьшится до планковских величин). Любой, попавший в ЧД объект, в результате исчезает без следа, превращаясь в никак не связанное с ним излучение. Даже если информация об объекте хранится внутри ЧД, она никак не сможет повлиять на излучение ЧД.
Такие метаморфозы во-первых, нарушают законы сохранения квантовых чисел, а во-вторых, приводят к неунитарным преобразованиям. Всё это является парадоксом и противоречит современной квантовой механике, поэтому такое неспортивное поведение ЧД вызывает горячие споры и побуждает теоретиков к поиску подходящих объяснений происходящего.
Например, приверженцы теории струн, вооружившись дополнительными компактифицированными измерениями, разработали теорию "пушистого клубка" (fuzzball). По их представлениям, ЧД – это клубок струн, вибрирующих по особым законам. В этой теории отсутствуют и сингулярность, и даже внутренность ЧД – пространство-время заканчивается у горизонта событий, поэтому объект не может попасть «внутрь» ЧД. «Падение» объекта приводит к изменению вибраций пушистого клубка, от которого зависит излучение ЧД – в результате, информация не пропадает бесследно.
Японские физики просчитали на суперкомпьютере другой вариант решения парадокса, предложенный голландским физиком Герардом 'т Хоофтом. В этом варианте ЧД можно представить в виде гигантской двумерной голограммы, внутри которой «записана» информация об искривлении пространства-времени. Благодаря этому мы видим не плоскую ЧД, а своеобразную трёхмерную сферу пустоты. И в такой ЧД парадокса с информацией не возникает, поскольку на самом деле падающие в ЧД тела взаимодействуют с двумерным объектом, и излучение Хокинга напрямую зависит от процессов, происходящих внутри этого объекта.
Хокинг в Стокгольме предложил свой вариант решения парадокса. По его словам, поверхность ЧД, то есть, горизонт событий, сам может оказаться голограммой. Поэтому, вся информация об упавшем в ЧД объекте может быть закодирована в этой голограмме – она, будучи двумерной, способна сохранить информацию о трёхмерном объекте (подобно тому, как при голографии на двумерном носителе можно сохранить трёхмерное изображение предмета).
Поэтому эта информация не теряется, и влияет на излучение ЧД, зарождающееся недалеко от её горизонта. Правда, с практической точки зрения извлечь её из излучения не представляется возможным. Сам физик привёл такую красочную аналогию: если вы сожжёте энциклопедию и оставите весь пепел, то теоретически информация не потеряется. Но практически после этого очень сложно будет посмотреть в энциклопедии столицу штата Миннесота.
На другой лекции в Стокгольме, которую он читал накануне, Хокинг также упомянул ещё одну известную теорию о том, что ЧД могут являться порталами в другие вселенные. Он не стал подробно останавливаться на этом вопросе, лишь уточнил, что такой портал, если и существует, то работает исключительно в одном направлении – вернуться обратно уже будет нельзя.
Комментарии (42)
eddiezato
27.08.2015 06:46+9Буквально пару дней назад закончил читать интересную книгу по этой теме
Ndividuum
27.08.2015 19:55+2И в этой книге как раз не однократно упоминается, как Хокинг долгое время противился критикам своего постулата о потере информации за горизонтом событий. Теперь видимо окончательно сдался, раз перекинулся на голограммы, предлагаемые своими противниками.
IronHead
27.08.2015 10:03Мне кажется, что все эти теории очень натянуты. Пока мы, как наблюдатели — не можем заглянуть внутрь и посмотреть, что же там происходит (и вряд ли когда либо это сделаем). Поэтому вся ситуация вокруг дыры и ученые, строящие гипотезы — похожи на племя туземцев, которые смотрят ночью со своего острова на светящийся океанический танкер в дали от берега, а про себя думают: «Ух ты, какой большой плавучий остров. А что это у них там светит? как они научились разводить такие яркие костры...»
PS Никоим образом не хотел обидеть Стивена Хокинга и других ученых его уровня.
x4fab
27.08.2015 10:20-1По-моему, нечто подобное в физике уже очень давно. Все эти кварки и прочее, на них же тоже не посмотреть, что же там происходит. Насколько я понимаю, с некоторых пор физика сводится к попыткам построить как можно более полную непротиворечивую математическую модель, а все эти рассуждения — скорее некая адаптация для непосвящённых.
Eol
27.08.2015 11:36+7Ну это как минимум нечестно. Экспериментальная физика в области элементарных частиц зашла уже очень далеко. И все эти элементарные частицы (да, даже кварки, которые в не связанном состоянии вообще невозможно наблюдать, ибо конфайнмент) отлично наблюдают. Конечно, не буквально глазом в лупу, а по косвенным наблюдениям. Но их очень много, достаточно, чтобы никто не сомневался в их существовании.
Spaceoddity
28.08.2015 00:43-1Ну наблюдают — это громко сказано. Фиксировать данные с некоторым уровнем статистической значимости — это, грубо говоря, вовсе не доказательство.
0xd34df00d
27.08.2015 16:31В статье на вики даже специальный раздел есть.
soniq
27.08.2015 22:41+4Вики такая вики.
— Неспециалисты часто спрашивают, почему кварки принципиально нельзя наблюдать, но они реально существуют?
— Потому что кварковая модель хорошо объясняет расщепление масс между
— А, ну да, точно. И как я сам не догадался.
dhomo
27.08.2015 10:28+10Даже туземцы смотря на далекий и не понятный танкер могут сделать о нем огромное количество выводов, проводя систематические наблюдения и ставя необходимые эксперименты на своем острове и в его окрестностях. «Плавучий остров» движется не под действием ветра или течения (подтверждается экспериментами по хождению под парусом вокруг острова), яркие костры горят на нем не все время, а зажигаются и гаснут только с наступлением темноты причем не как костры, даже самые яркие костры издалека выглядят иначе (эксперименты на острове), по изменению силуэта можно строить предположения о форме «плавучего острова» и т.д. Так что сравнение современной науки изучающей что то очень далекое и малоизученное с туземцами очень некорректно.
IronHead
27.08.2015 10:41Да, они могут все это делать, но это все будет сравниваться с костром, так как про электричество, дизели и пр они не знают. В нашем случае при изучении черной дыры возникает больше вопросов, чем ответов. Кто то вводит новые пространственные размерности (а что если дыра не трехмерна, а n-мерна), кто то говорит что все вокруг состоит из струн и тд. А не так давно люди вообще считали, что их окружает прозрачный эфир.
Мне кажется, сейчас у человечества слишком мало данных, чтобы понять сущность и природу черных дыр. Гипотез можно выдвигать много, но зачем? Можно же подождать результатов работы того же коллайдера, понять суть материи и уже на основе этих данных строить модель. Зачем бежать вперед паровоза?
Crandel
27.08.2015 12:46+2Потому что сначала должны быть идеи, а потом уже эти идеи проверяются практически
0lympian
27.08.2015 14:01+3Если бы не было модели, не было бы и коллайдера, т.к. он был построен для их проверки. Другими словами, чтобы что-то подтверждать, нужно хотя бы догадываться, что и где искать (хотя бы возможные места).
ildarz
27.08.2015 10:59Это нельзя в полном смысле назвать теориями — скорее, некие абстрактные концепты, призванные наметить пути решения противоречий в существующих теориях. И, скорее всего, их практическая научная ценность близка к нулю (в том смысле, что прорывные открытия вряд ли будут им соответствовать, и сделают эти открытия совсем не маститые ученые, каждое слово которых ловит околонаучное сообщество).
DenimTornado
27.08.2015 11:09Кхм, до едра Земли нам тоже не добраться, однако…
IronHead
27.08.2015 11:17Однако есть сейсмографы, картография поверхности и тд. Да и к тому же, про ядро мы тоже особо ничего не знаем. Да из металла, да движется, да продуцирует магнитное поле и все. Но здесь хоть проще, можно провести эксперименты в камерах с высоким давлением и высокими температурами для создания ядра в миниатюре. А вот про черную дыру такого сказать не могу, никто даже близко не подошел к созданию макета…
DenimTornado
27.08.2015 11:21-1Ну так, а Адронный коллайдер на что?
tundrawolf_kiba
27.08.2015 19:08Ну коллайдер все-таки из другой области, не про черные дыры, он по элементарным частицам, а черные дыры стараются изучать по косвенным наблюдениям за космосом.
DenimTornado
27.08.2015 11:48«Она, будучи двумерной, способна сохранить информацию о трёхмерном объекте» вот тут не понял. Проекция же хранит только часть трёхмерной информации, двухмерный «след» с той стороны, откуда была взята, нет?
VioletGiraffe
27.08.2015 12:37+3А это не проекция в вашем понимании. Вспомним, что мощность множества точек линии и плоскости одинакова. Или плоскости и 3-мерного пространства. Значит, математически верно утверждение, что всю информацию о 3-мерном пространстве можно без потерь записать хоть на плоскости, хоть на линии, хоть на отрезке. Только квантовая теория может иметь кое-что возразить (если пространство квантовано, то информационная ёмкость конечного его участка также конечна).
DenimTornado
27.08.2015 13:06Ах вон что, то есть предполагается, что трёхмерная информация объекта сжиматься должна в плоскость?
Sychuan
27.08.2015 19:19+1На самом деле вроде нет. Речь о том, что внутри шара нельзя вместить больше информации, чем можно записать на поверхности сферы этого шара. Мощность множества тут не при чем
VDG
27.08.2015 22:50| Зарождающиеся на границе горизонта пары частица-античастица могут разлететься так, что одна проследует внутрь ЧД, а другая – от неё. Таким образом, ЧД будет терять массу
Проясните, как это возможно, пожирая, терять массу?ankh1989
27.08.2015 22:59+1Видимо ч.д. не поглощает частицы в простом смысле. Может быть ч.д. устроена как то очень хитро и из неё таки может что то вылетать по каким нибудь скрытым измерениям и это вылетание частиц проявляется как рождение пар частицы-античастица на границе ч.д.
sly2m
27.08.2015 23:36Возможно вам поможет разобраться моя статья "Излучение Хокинга на пальцах™"
ankh1989
28.08.2015 07:33+1Афтор жжот — так бы учебники писали :) Там, кстати, есть интересный комментарий:
А принцип причины и следствия — тоже родом из твоей головы. Вся наша наука, да и картина мира вообще, строится на постулате, что законы природы не противоречат здравому смыслу. Но, как бы, у нас нет прямых доказательств того, что так оно и есть. Просто мы пока еще не видим явных нарушений здравого смысла в природе. Когда мы находим какую–нибудь новую непонятную фигню, наш разум напрягается и кое–как ее объясняет, или даже не объясняет, а просто принимает как факт. Но что если мы однажды найдем явления, открыто противоречащие логике и здравому смыслу? То же самое нарушение причинно–следственной связи, например? Осилит это наш разум или нет?
А еще может быть так, что окружающий нас мир — это лишь проекция Вселенной на наш здравый смысл. Т.е. мы видим лишь ту часть Вселенной, которая поддается пониманию. А на самом деле она гораздо больше.
Либо другой вариант, что «здравый смысл» — это не какая–то мысленная абстракция, а вполне реальное явление. Ведь наш мозг — реален, как и процессы, происходящие в нем. Что если здравый смысл — это основополагающий принцип всей Вселенной, а наш разум — его воплощение? Тогда становится понятным, что развитие разумной жизни является не просто каким–то случайным процессом, а закономерным этапом развития Вселенной.ildarz
28.08.2015 11:35Этот комментарий исходит из неверных постулатов. Базой для картины мира на деле являются эмпирические наблюдения за окружающей действительностью. «Здравый смысл» же является всего лишь производной от этих наблюдений (очень широким обобщением), причем в общепринятом значении этого понятия наблюдателем является средний человек. :)
Далее, на начальном этапе развития науки инструменты наблюдения, доступные ученым, и инструменты, доступные обычным людям, не отличались. Соответственно, картина мира, которую строила наука, не особо отличалась от общепринятого здравого смысла. А если вдруг происходил какой-то разрыв шаблона (внезапно, Земля круглая, вертится и вращается вокруг Солнца), то его можно было достаточно легко объяснить обывателю. Однако со временем это положение вещей стало меняться, и разрыв становился всё больше.
Результатом стало появление в начале 20 века теорий, которые, по сути, являются шоком для обывательских представлений о мире — обе теории относительности и квантовая механика. И сейчас мы пришли к ситуации, когда «здравый смысл» обывателя и «здравый смысл» физика-теоретика — два очень сильно разных здравых смысла. :) Но некоторые понятия (например, упомянутый принцип причинности) пока ещё являются более-менее общими.
Mitch
29.08.2015 23:31Черная дыра — это как шредер и биткоин миксер в одном флаконе.
В него кидают любые обьекты, а из него только частицы, но не сразу а равномерно.
VDG
27.08.2015 23:53| По его словам, поверхность ЧД, то есть, горизонт событий, сам может оказаться голограммой. Поэтому, вся информация об упавшем в ЧД объекте
Вот здесь тоже много дополнительных вопросов возникает:
Есть ли у этой плоскости толщина?
Есть ли тогда внутри дыры пространство? Если — нет, то куда пропало вещество, сколлапсировавшей в ЧД звезды?
Опять же, если нет там пространства, то само хокинговое излучение тогда возможно?
Если ЧД — объект двумерный, то откуда у него масса?
Как происходит столкновение частицы с поверхностью? Разве там не должно возникать бесконечное ускорение при торможении?
PS. ощущение, что ЧД — это бедблок — всю информацию, что ни запишешь в него, — пропадает. )
robert_ayrapetyan
Только у меня после прочтения подобных статей создается впечатление, что современная теор. физика — непаханное поле для распилов и откатов?
MaxALebedev
Если бы вы закончили свой комментарий на фразе «теор. физика — непаханное поле» — с вами были бы солидарны, а так — увы.
robert_ayrapetyan
Камеру Вильсона может самостоятельно собрать школьник из подручных средств, подтверждение новейших теорий требует колоссальных финансовых вложений, сопоставимых с бюджетами развивающихся стран. Очевидно, что экспериментального подтверждения последующих гипотез («непаханного поля») ждать и вовсе не стоит. Они навсегда останутся в виде красивых многостраничных формул на бумаге (читай — библейскими притчами). И вот тут достопочтенные ученые мужья превращаются в адептов культа «святого Кузи» (подставьте имя любимого ученого).
0xd34df00d
Неочевидно.
ankh1989
Запретим физику?
robert_ayrapetyan
Вряд ли это обозначит выход из «творческого» тупика, в котором естествознание пребывает последние десятилетия.
tnenergy
>Камеру Вильсона может самостоятельно собрать школьник из подручных средств
Благодаря существованию промышленности, которая родилась из физики. 100 лет назад камеру Вильсона школьнику собрать было бы не так просто, а вот электромагнит, с которым работал Фарадей — несложно. Т.е. именно развитие физики приводит к усложнению промышленности, которая дает возможность школьникам проверить физику столетней давности.
robert_ayrapetyan
Т.е. вы верите в возможность существования карманных БАК-ов будущего?
ankh1989
Почему бы и нет? Раньше мощные компьютеры занимали здания, а сейчас влезают в телефон.
tnenergy
Смотря что считать БАКом. Надо не забывать, что любые ускорители с энергиями больше 100 кЭв дают тормозное и синхротронное рентгеновское и гамма излучение, а больше 500 МЭв — еще и ливни частиц. БАК убьет вас таким излучением за несколько минут. Так что, даже если техника будет позволять (например в силу развития технологии лазерных ускорителей в кильваторной волне), по соображениям безопасности я бы эти лучи смерти школьникам не раздавал.
Kood-kudakh
Почему нет? Отчасти с Вами соглашусь. Но только интерес от подобного рода экспериментов тоже огромен, и у Вас в т.ч., т.к. прочли эту статью. А так, это можно рассматривать как рынок. На рынке много и многим можно заработать.
Почему рынок: есть товар, а именно открытия. Пусть они и не принесут практической пользы — товар востребован: новостные полосы, патриотический настрой, задел для дальнейших открытий, которые также не принесут возможно никакой пользы, еще уважение и почет, как неотъемлимый атрибут человека. Будет еще куча людей «в теме», которые будут пиариться за счет того, что говорят и пишут об этих открытиях.
Спрос на товар есть — будет еще финансирование. Значит, будет предложение.
Но не всегда: многие открытия приносят и пользу.
Если минусуете, то объективными комментариями, пожалуйста.
dyadyaSerezha
Рынок не рынок, но по крайней мере не слышно новостей об открытиях в области торсионных полей. И это уже радует.