Суть проблемы, которую сформулировал Хокинг, заключается в следующем: при формировании и последующем распаде черных дыр теряется информация об их детальном составе.
Инфракрасное смещение
Чтобы объяснить суть парадокса, рассмотрим электромагнитные волны. Они бывают разной частоты, и самым низким частотам отвечают радиоволны. Если увеличить частоту, это будет уже инфракрасное излучение. Потом мы получим волны из видимого (светового) спектра. Далее за пределами видимого спектра будет ультрафиолетовое излучение, рентгеновские волны и, наконец, гамма-излучение.
Если мы поставим источник излучения на некотором расстоянии от какого-либо массивного космического объекта и будем следить за испускаемым им светом на большом расстоянии от центра гравитации, то увидим так называемое инфракрасное смещение. Наблюдаемая частота излучения вдалеке от гравитирующего тела будет несколько ниже излученной в его окрестности. Это объясняется тем, что энергия фотонов (электромагнитных волн) прямо пропорциональна их частоте. Фотон, по мере того как преодолевает гравитационное притяжение, совершает работу, соответственно, теряет энергию, поэтому его частота понижается.
Для такого тела, как Земля, этот эффект достаточно слабый, но измеримый. Однако, например, для нейтронной звезды величина инфракрасного смещения может быть достаточно большой. В свою очередь, для черной дыры это явление достигает своего экстремума в следующем смысле. Дело в том, что у черной дыры есть так называемый горизонт событий — поверхность, с которой любое излучение претерпевает бесконечное инфракрасное смещение. То есть если источник излучения находится прямо на горизонте, то создаваемое им поле вы видите не меняющимся во времени: излучения нет, на каком бы расстоянии от горизонта вы бы ни висели. Горизонт — это как раз та поверхность, из пределов которой свет (или любая волна) не может вылететь наружу.
«Теорема об отсутствии волос»
Черные дыры устроены так, что они создают исключительно стационарные поля, даже если вращаются вокруг своей оси (при условии, что их центр масс покоится). Создаваемые ими гравитационные и электромагнитные поля не будут меняться во времени. Это утверждение называется теоремой об отсутствии волос у черной дыры. Для звезд это не так: они могут создавать вокруг себя, например, переменные во времени магнитные поля, даже если их центр тяжести покоится. Это происходит из-за того, что заряды внутри звезды совершают различные движения, создавая излучение. Но черная дыра ничего такого не создает, даже если у нее под горизонтом происходит страшное движение зарядов.
Поставим мысленный эксперимент: скажем, у нас есть два облака частиц, одно состоит исключительно из протонов и антипротонов, а второе — из нейтронов. Что-то начало в какой-то момент сжимать эти облака. Если их массы и моменты вращения были одинаковы, то в результате мы получим две черные дыры, абсолютно неотличимые друг от друга.
Излучение Хокинга
Стивен Хокинг в начале 1970-х годов показал, что черная дыра должна испускать излучение, но оно имеет принципиально другую природу по сравнению с тем классическим излучением, о котором мы говорили выше. У того излучения, которое обсуждалось выше, есть источники, а именно движущиеся заряды и массы. А у излучения Хокинга, можно сказать, нет источника: оно не является результатом никакого движения зарядов. Это излучение возникает в результате изменения свойств вакуума (амплификации/усиления нулевых колебаний) из-за коллапса материи в черную дыру. Более того, если заряды и массы рождают только электромагнитные и гравитационные волны, то в результате квантового излучения Хокинга может идти рождение электронов, позитронов, протонов и других частиц.
Итак, черные дыры начинают рождать различные частицы в своей окрестности. Это излучение обладает рядом характерных свойств. Во-первых, оно стационарно, то есть меняется во времени очень медленно, если черная дыра достаточно тяжелая и медленно теряет свою массу, рождая частицы. Более того, излучение Хокинга имеет термальный спектр. То есть черная дыра излучает как нагретый до какой-то температуры обычный источник — форма такого спектра характеризуется исключительно величиной температуры.
Важной особенностью температурного спектра является то, что все характеристики частиц, кроме массы и заряда, излучаются с одинаковой вероятностью. Грубо говоря, например, любая нейтральная частица и фотон с той же энергией излучаются с одинаковой вероятностью.
Парадокс
Теперь мы готовы к тому, чтобы сформулировать, в чем же заключается информационный парадокс. Представьте себе, что у вас есть два знакомых нам облака, одно из которых состоит из протонов и антипротонов, а другое — из нейтронов. Представим себе, что что-то сформировало из них две звезды — протонную и нейтронную. А потом эти звезды в результате своего горения какую-то часть своей массы излучили, а что-то осталось в виде холодного шара. Теоретически по остаткам эволюции звезд мы можем проследить историю каждой элементарной частицы, входившей в состав облаков. Конечно, технически это безумно сложная задача, но тут речь идет лишь о принципиальной возможности. Разница в случае с черными дырами заключается в том, что мы, во-первых, вроде как не можем различить две черные дыры — протонную и нейтронную, как было объяснено выше. Во-вторых, температурное излучение без источников не несет никакой детальной информации о составе черной дыры. Таким образом, по остаткам эволюции черных дыр, даже если их масса полностью перешла в излучение, мы, казалось бы, принципиально неспособны восстановить их происхождение.
Почему это парадоксально? Дело в том, что мощь науки заключается в ее предсказательной силе. Наука может предсказать, что если вы сделаете так-то и так-то, то вы получите такой-то результат с такой-то вероятностью и такой-то точностью, и выразить это утверждение количественно. И проверить тот или иной эксперимент может любой другой ученый. Получается, что если информация теряется, то в присутствии черной дыры всё это оказывается неверным. Математически это выражается в том, что полная вероятность каких-то процессов может оказаться неравной единице, даже больше единицы.
Критика парадокса
Однако все сказанное выше основывалось на каких-то качественных рассуждениях. Все они требуют формального вычислительного подтверждения. Эти вычислительные подтверждения парадокса формулируются со столь низкой степенью строгости и при таком числе грубых предположений, что с такой же степенью строгости можно его и опровергнуть. Другое дело, что многие детали разных процессов, которые происходят в присутствии черных дыр, остаются неясными. И для той части научного сообщества, которая считает, что парадокс есть, его решение является путеводной звездой в познании природы черных дыр. Так часто бывает в науке, что имеются разные точки зрения касательно пока еще плохо понятого предмета.
Эмиль Ахмедов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, доцент факультета математики НИУ ВШЭ.
Рекомендуем по теме:
5 книг о галактиках и структуре Вселенной
Информационный парадокс Хокинга
Смерть звезд
Комментарии (91)
NeoCode
13.10.2016 19:14+5Непонятно что в этом парадоксального. Ну что такого что теряется информация? Что есть какой-то закон, обязывающий информацию всегда сохраняться?
Даже закон сохранения энергии это всего лишь постулат, и строго говоря, мы не знаем границ его применения.
nightrain912
13.10.2016 20:08У Пенроуза в «Новый ум короля» было про это (собственно, у него там было про всё):
(Скорее всего, я очень упростил и где-то накосячил, но все-таки).
Представьте состояние вселенной (все импульсы, позиции каждой частицы и т.д.) как точку в многомерном (измерений столько, сколько различных переменных) пространстве. Соотстветственно, разным точкам в пространстве соответствуют разные вселенные. Это пространство называется «фазовым» и по сути, оно векторное — из текущей точки мы можем попасть в какую-то другую. Соответственно, некая кривая на этом векторном поле — конкретная эволюционирующая вселенная.
Что происходит в черной дыре? Целый «пучок» таких кривых сливаются в одну — потому что после поглощения материи в черную дыру изначально разные состояния становятся неотличимы.
Далее Пенроуз говорит о теореме Лиувилля, согласно которой «фазовый поток сохраняет объем элемента фазового пространства». И соответственно, возникает парадокс.
Вопросы о том, как соотносится фазовое пространство и коллапс волновой функции — адресовать Пенроузу :)NeoCode
13.10.2016 21:51+2Это значит взяли некую математическую абстракцию, решили что она похожа на нашу Вселенную, затем применили к абстракции некую математическую теорему и решили что и наша Вселенная должна соответствовать этой теореме. А она не соответствует — вот ведь парадокс! :)
nightrain912
13.10.2016 22:24+3Совершенно верно, но без малейшего сарказма.
Очевидно, что это не парадокс на уровне физики (она как работала, так и работает, объективно и в не зависимости от наших теорий). Вот только очень мощные теоретические инструменты (с высокой предсказательной способностью, это очень важный момент. Просто так выдумать какую-то штуку, не связанную с реальностью дегко, а попробуйте создать модель, хорошо описывающую реальность и(sic!) пркдсказывающую определенные практические открытия) натыкаются тут на противоречие. Это значит, что теория где-то не полна. Собственно, это и есть парадокс — внутренний конфликт в согласованной теории.
stDistarik
14.10.2016 01:45-2>Просто так выдумать какую-то штуку, не связанную с реальностью легко
Я бы не сказал что легко, это же «поди туда, не знаю куда, принеси то ...».
Как придумать то, чего нет? При этом чтобы составляющие этого «нЕчто» не были чем-то существующим.
avost
14.10.2016 13:41+1Религии с этим справляются без труда. Добавьте сторонников теорий эфира и прочих альтернативщиков. Даже Петрик справился :).
Если копать в более научную сторону, то такова почти вся математика, а у физиков есть, к примеру, теория струн и её порождения. Это вообще даже не то, чего нет, а то, что может быть, если… Что куда круче.
3cky
13.10.2016 23:12+1Парадокс состоит в том, что ЧД, поглощая квантовую систему, преобразует ее «чистое» состояние (описываемое волновой функцией) в излучение Хокинга, являющееся тепловым, «смешанным». Сама ЧД при этом не меняется никак, и такое преобразование представляет серьезную проблему для квантовой теории в ее сегодняшнем виде.
quwy
14.10.2016 01:17-2Лучше смотреть с другой стороны. Все знают, что звезды «жгут» водород, выделяя при этом огромное количество энергии. Конечным звездным «пеплом» является железо, из которого ни джоуля уже не получить. Так вот, собрав в двух месах две одинаковых по массе гиганских кучи водорода и железа мы получим две совршенно одинаковые черные дыры. Эти дыры не будут отличаться вообще ничем, хотя одна из них получлась из топлива, а вторая из золы. То есть тут уже попахивает нарушением законов сохранения энергии.
Можно и более прозаичный пример ривести: две ЧД из золота и их фекалий, на входе субстанции принципиально азные, а выхлоп совершенно одинаковый.mayorovp
14.10.2016 10:47Пожалуйста, не забывайте, что железо весит меньше, чем тот водород, из которого оно получилось.
quwy
14.10.2016 14:43В данном случае это не так важно. Важно что из двух совершенно разных веществ получаются совершенно одинаковые черные дыры, такого быть как бы не должно.
mayorovp
14.10.2016 14:53Почему — не должно? И при чем тут закон сохранения энергии?
Vjatcheslav3345
14.10.2016 20:14-1Закон здесь, скорее всего, из за связи между энергией, энтропией и информацией; а вот «одинаковость» дыр изумляет — во Вселенной, известной людям абсолютно одинаковыми может быть немногое — ну там микрочастицы, действие физических законов, математические абстракции. Всё остальное — различается. А тут показана возможность получения двух одинаковых даже не частиц а гигантских макрообъектов… С другой стороны, мы можем что то не знать про чёрные дыры, и тогда, на самом деле эти объекты имеют различия, просто мы о них ещё не знаем, как не знали люди о существовании бактерий, пока не изобрели микроскоп, хотя результаты их деятельности были видны всем и всегда.
С другой стороны, если у дыр есть различия, то и парадокса нет так как это означает — информация сохраняется.
fingoldo
15.10.2016 17:29«одинаковость» дыр изумляет?
А разве это не теоретическая одинаковость? Можете рассчитать вероятность нахождения двух одинаковых чёрных дыр в некоем объёме? Мне кажется, она будет МИЗЕРНОЙ. Ведь существование двух ОДИНАКОВЫХ ЧД наукой пока не зафиксировано и не подтверждено (да и не может быть подтверждено, в силу ограничений доступной точности). Чтобы 2 ЧД были одинаковыми, нужно, чтобы их массы (на момент появления горизонта событий) совпадали вплоть до планковской величины. Даже если на какой-то момент времени такая ситуация сложится (чтобы оценить порядок вероятности такого события, предлагаю поделить планковскую массу на массу средней ЧД), серез секунду на одну из ЧД упадёт немного больше вещества, и они станут больше не одиниковыми. И что? почему Вас гораздо больше не изумляет одинаковость всех элементарных частиц?
sinigr
15.10.2016 13:06Пример с водородом и с железом закон сохранения энергии не нарушает.
В процессе ядерного синтеза выделяется энергия, которая для ядер выражается в дефекте масс:
масса 4 протонов больше, чем масса одного ядра гелия, синтезируемого в конечном итоге из них, «лишняя» масса выделятся в виде энергии. Для синтеза 1000 килограммов железа-56 потребуется 1009 килограммов водорода (по массе), вот эти 9 килограммов и выделятся в виде излучения и кинетической энергии различных частиц.
tlv
15.10.2016 13:06Проблема в том, что в ЧД теряется не только некая абстрактная информация, но и совершенно конкретная.
Например, при любых известных нам взаимодействиях должны сохраняться суммарные барионные и лептонные заряды системы.
То есть, если вы возьмете десяток электронов, то при любых взаимодействиях итоговый суммарный электрический заряд будет равен 10e-. Если же вы это электронное облако сожмете достаточно для образования ЧД — вы получите ЧД, которая через некоторое (достаточно малое, кстати, время для такой малой массы) испарится — и испущенные в результате испарения частицы не будут иметь того же суммарного заряда.
Да, сохраниться масса==энергия системы, импульс и момент импульса, но не лептонный заряд.
Это — парадокс.
black_semargl
16.10.2016 01:28Есть основания полагать, что первоначально будет «испарена» такая комбинация частиц, которая сведёт заряд дыры в ноль. И только потом остальная энергия.
Касаемо лептонного заряда и баланса вещество-антивещество теория пока буксует. Нужны натурные эксперименты :)
Mad__Max
21.10.2016 12:09-1По текущим представлениям заряд в ЧД тоже сохраняется — так же как как масса и импульс.
Про это статье не расписано, но кратко упомянуто:
Важной особенностью температурного спектра является то, что все характеристики частиц, кроме массы и заряда, излучаются с одинаковой вероятностью. Грубо говоря, например, любая нейтральная частица и фотон с той же энергией излучаются с одинаковой вероятностью.
Масса ЧД (и соответственно ее эффективная «температура») влияет на массу излучаемых частиц. А заряд ЧД влияет на вероятность (распределение) зарядов частиц которые будут образовываться в излучении Хокинга. При нулевом заряде ЧД вероятность рождения положительно заряженных и отрицательно заряженных частиц одинакова. Но при ненулевом заряде вероятность смещается в пользу частиц с зарядом совпадающим с зарядом ЧД.
Это должно происходить из-за того, что частицы в квантовых флуктуациях около горизонта событий на самом деле всегда рождаются парами (с противоположными зарядами) и одна из пары поглощается ЧД, а вторая улетает за пределы ее грав. поля и может наблюдаться собственно как излучение Хокинга. И заряд ЧД будет влиять на то, какая именно из пары поглощается, а какая улетает. В результате на достаточно долгом промежутке времени ЧД как бы излучит обратно весь поглощенный ранее заряд. Хотя непосредственно саму ЧД ни одна из поглощенных частиц так и не покинет — заряд унесут совершенно другие частицы, никак не связанные с поглощенными.
Так что есть только несколько надуманный парадокс несохранения информации. Надуманный в том плане, что вообще-то само сохранение информации не доказано и для всех других произвольных процессов, в отличии от других законов сохранения.
saboteur_kiev
13.10.2016 19:252+2 = 4
1+3 = 4
0+4 = 4
И что мы видим, что сложение разных чисел, с одинаковым результатом является парадоксом, потому что мы не знаем на какие числа нужно разложить 4, чтобы получить именно те, которые были просуммированы?
IMHO слишком надуманный парадокс.alexkunin
13.10.2016 19:43Да вроде ж в том и дело, что не так, как с числами:
протон+нейтрон = протононейтрон
электрон+протон+нейтрино = электронопротононейтрино
И все это прекрасно раскладывается в обратную сторону.
А в черной дыре так:
ЧД + протон = ЧД
ЧД + нейтрон = ЧД
ЧД + что-угодно-вообще = ЧД
Меняется только масса, но по ней разложить событие в обратном порядке не получится.
aitras
13.10.2016 20:00+1Похоже на
0 * 5 = 0
0 * 12 = 0
0 * 3146 = 0
ncix
13.10.2016 21:02Похоже на
NULL + x = NULL
NULL — x = NULL
NULL * x = NULL
(NULL == NULL) всегда false
(NULL != NULL) всегда false
(x != NULL) всегда false
алгебра NULL-значений в реляционных БД
экстраполируя на затронутую в статье тему можно подсказать физикам такое решение — две черные дыры отличаются друг от друга по определению
А вообще мне тоже непонятен парадокс. У меня вот хард полетел, коллекция фоточек и прочей информации за 10 лет испарилась как за горизонтом событий
Интересен другой парадокс. Если информация не должна пропадать (и не пропадает), значит она будет бесконечно накапливаться во вселенной? Можно ли посторить таким образом хранилище бесконечной емкости?
mwizard
13.10.2016 21:31+2«Накапливаться» не получится, т.к. информация и не создается. Я внимательнее перечитал ваш комментарий и понял, в чем суть вашего вопроса.
С точки зрения обратимости времени, сгорание вашего харда не уничтожает информацию — да, частицы жесткого диска перемагничиваются, вступают в реакции с окислителем, излучают всяческие фотоны в процессе, но если запустить процесс вспять, то из кучи пепла можно получить в точности ваш жесткий диск, как он был.
С черными дырами проблема в том, что процесс падения вещества в черную дыру не получается обратить. У них, насколько известно, нет «внутреннего состояния», только заряд, масса и скорость вращения. Поэтому при обращении времени возникает вопрос, когда из черной дыры должна вылететь частица, и что это за частица должна быть. В поведении самой ЧД нет ничего, что указывало бы на то, что из нее что-то вообще должно бы вылетать при обращении времени, в этом сложность, и именно это понимается под уничтожением информации.ncix
13.10.2016 21:59+1>> при обращении времени
это исключительно умственный эксперимент, делать из него выводы о реальности нельзя, на мой взгляд. Кроме того, раз уж мы в уме можем обратить время вспять значит очевидно из дыры вылетит именно та частица, которая в неё, как мы видели, упала.
>>но если запустить процесс вспять, то из кучи пепла можно получить в точности ваш жесткий диск
а как же квантовые эффекты? Та кучка частиц что получилась после взрыва харда — всего лишь одна из реализованных вероятностей квантового состояния системы до взрыва.
Опять же вопрос энтропии где-то рядом маячит. Вселенная движется во времени от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. Объем информации, необходимый для описания этой системы постоянно растет.
yul
15.10.2016 11:39Обратив вспять простую перезапись одного сектора диска вы не получите его предыдущее содержимое, потому что запись от него никак не зависит. Соответственно, результат будет неопределенным. И так очень много чего нельзя обратить вспять даже теоретически, в том числе и из-за квантовой неопределенности.
mwizard
15.10.2016 16:52А как же потери на гистерезис, т.е. выделение тепла? Это уже побочный эффект, который сохраняет общее количество информации при перезаписи.
fingoldo
15.10.2016 17:46Я извиняюсь, но даже в простейших реакциях между двумя элементарными частицами результат всегда ВЕРОЯТНОСТНЫЙ, как это и должно быть согласно квантовой механике.
О каком запуске процесса вспять для макросистемы, такой как хард, даже теоретическом, Вы говорите?
Зачем использовать как аргумент применение к системе процесса, который не существует, или который невозможно осуществить? Это всё равно что я начну выдвигать парадоксы от действия на разные вещества/предметы волшебной палочки, или рук короля Мидаса.
Во-первых, мы не умеем запускать время вспять, и мы даже не знаем пока, возможно ли это вообще.
Во-вторых, если взаимодействие всех элементарных частиц, составляющих макрообъект, вероятностно, по при числе этих частиц хотя бы уже 10 в 10й степени, после нескольких итераций, рассчитать исходное состояние, мне кажется, невозможно даже теоретически — просто потому, что в текущее состояние система могла прийти мириадами возможных путей. И, кстати, запусти мы эту систему из одного из промежуточных состояний, скорее всего, она не бы пошла по старому пути, а скатилась бы на один из альтернативных.
mayorovp
14.10.2016 10:26Нельзя так просто сказать что они отличаются по определению. От смены определения изменится формулировка парадокса, но сам парадокс останется.
Xaliuss
13.10.2016 20:03Чёрная дыра сохраняет заряд. У неё 3 параметра — масса, заряд, момент вращения. Заряженных ЧД не обнаружено, и вообще естественно предположить, что после образования заряженной ЧД её заряд будет стремится к нулевому (за счёт того, что противоположно заряженным частицам легче попасть в ЧД). Но есть законы преобразования и сохранения в стандартной модели, и их текущая модель ЧД не поддерживает — барионные числа и т.п. (то что сохраняет разность между протонами/нейтронами и антипротонами/нейтронами).
NeoCode
13.10.2016 21:47Для того чтобы противоположно заряженным частицам было легче попасть в ЧД, сама ЧД должна выпускать фотоны (основа в том числе и электростатического взаимодействия), а она этого сделать не может. Так что — сохранять сохраняет, а снаружи этого скорее всего не видно. Возможно информация о заряде высвободится только при взрыве заряженной ЧД после испарения до критически малой массы.
qw1
13.10.2016 21:59+1Почему же физики считают, что у ЧД есть заряд, если его никак нельзя обнаружить?
NeoCode
13.10.2016 22:23Наверное по принципу сохранения заряда. Но ответить на эти вопросы мы сможем лишь тогда когда поймем саму природу заряда. Что это такое и почему должно непременно сохраняться?
Xaliuss
14.10.2016 09:15Просмотрел статью на про ЧД на вики ещё раз, и там утвержается, что заряд действительно заметен внешне. Если рассмотреть неподвижную ЧД с зарядом, то у неё будет только электрическое, но не магнитное поле, и волн не будет. Как именно работает взаимодействие зарядов — отдельный вопрос, но просто считать, что оно передаётся фотонами это упрощение, и в случае ЧД корпускулярная интерпретация уже имеет недостатки.
NeoCode
14.10.2016 10:56Интересно. Получается что электрическое статическое поле способно выходить за границы горизонта событий?
Я тут пытался найти на вики и вообще в инете толковое объяснение того, что же физически такое электрическое поле. Обычно говорят что электромагнитное поле это фотоны, а как понимать чисто электрическое (как и чисто магнитное)?Xaliuss
14.10.2016 11:42Наверно стоит смотреть на уравнения Максвелла. Изменения электрического поля даёт магнитное и наоборот. Соответственно перемещение заряженного объекта создаёт магнитное поле, и происходит работа, с возможным излучением фотонов. В случае ЧД с зарядом и перемещении заряженных частиц около неё фотоны как раз должны возникать около неё.
Так же стоит учесть, что электромагнитные поля существуют независимо от заряженных частиц, и их движение меняет их. Так что электрическое поле около ЧД вполне могло не заметить образования горизонта событий, так как это математическая абстракция. Для деталей конечно надо смотреть на физическую модель, интуиция из повседневности может привести к неверным выводам.
mayorovp
14.10.2016 12:30Интересно. Получается что электрическое статическое поле способно выходить за границы горизонта событий?
Оно не "выходит", оно "замораживается" при образовании горизонта.
Обычно говорят что электромагнитное поле это фотоны, а как понимать чисто электрическое (как и чисто магнитное)?
Вы перепутали направление определения. Фотоны — это кванты электромагнитного поля.
А вот поле — это особый вид материи; это понятие — базовое.
black_semargl
16.10.2016 01:33-2Ну если гравитационное поле считают искривлением пространства, почему бы электрическому не быть им тоже? Только как-то иначе, например поперёк.
coturnix19
16.10.2016 20:15Идея же не нова, уже сто лет как придумали, но пока — неплодотворна
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D1%83%D1%86%D1%8B_%E2%80%94_%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D0%B0
mayorovp
14.10.2016 10:31При взаимодействии выпускаются виртуальные фотоны. Их ЧД выпускать разрешено.
choupa
14.10.2016 20:36+1Для «фотонов» электростатического поля частота omega=0, а волновой вектор, очевидно, нулю не равен k>0, т.к. поле спадает с расстоянием. Т.е. такие «фотоны» лежат вне массовой поверхности omega=k. Значит это не реальные фотоны, которые уносят массу из ЧД, а виртуальные.
PS: Виноват, оказывается, уже написали про это.
EndUser
14.10.2016 00:19+1электрон + позитрон = фотоны
протон + антипротон = фотоны
нейтрон + антинейтрон = фотоны
смена энергетического уровня = фотоны
Как я понял, квантовики утверждают, что по схеме полётов стай фотонов туда-сюда, они могут сказать из чего они возникли. Я этого пока что не разумею.helicopter91
15.10.2016 13:06В зависимости от массы исходных компонентов фотоны будут иметь различную энергию. Проанализировав спектр можно сделать какие-то выводы об источнике.
DenimTornado
14.10.2016 15:49а про массу на 100% известно?
alexkunin
14.10.2016 16:01Это мое предположение. Потому что либо масса добавляется, либо энергия, либо вместе, либо закон сохранения не соблюдается. А раз уж — по свойстам ЧД — энергия не излучается (кроме излучения Хокингка, которое вообще другая штука), то довесок энергии-массы внутри ЧД остается.
saboteur_kiev
16.10.2016 20:05-1Мы уже знаем про кварки.
Вполне возможно, что в ЧД воздействие гравитации и условия такие, что там протоны нейтроны и чтоугодновообще раскладываются на их составляющие. То есть я все равно не вижу в чем парадоксblack_semargl
16.10.2016 21:40+1Парадокс в том, что складывается в ЧД вещество, а вылетает пополам вещество и антивещество.
mayorovp
16.10.2016 22:09Вообще-то вылетают из ЧД фотоны.
Pshir
17.10.2016 15:12Во-первых, предполагается, что из ЧД вылетают совершенно случайные частицы. Во-вторых, никто и никогда этого пока не наблюдал, поэтому никто не знает, что происходит на самом деле.
Xaliuss
17.10.2016 21:40Вообще исходя из теории излучение Хокинга сейчас даже теоретически ненаблюдаемо. С учетом его мощности его у всех известных ЧД заметить в принципе невозможно при любых условиях наблюдения, оно на много порядков слабее реликтового. Излучение Хокинга существенно только для очень маленьких ЧД, которые являются теоретической конструкцией, и далеко не факт, что вообще могут образоваться в реальности.
Xaliuss
13.10.2016 19:57+3Ключевое в этом парадоксе — распад чёрной дыры, для которого нет сейчас математической модели последнего мгновения перед исчезновением сингулярности. Для этого нужна квантовая теория гравитации. И одно из требований у ней как раз и заключается в разрешении этого парадокса. Так как существование миниатюрных чёрных дыр не подтверждено, как и возможность их образования, а у существующих черных дыр время распада без внешних воздействий на много порядков превосходит время жизни Вселенной, и потребует тепловой смерти/ большого разрыва/ чего-то подобного для того, чтобы подпитка внешним излучением стала меньше излучения Хокинга, то этот парадокс остаётся пока полностью абстрактным.
mwizard
13.10.2016 20:46Фотон, по мере того как преодолевает гравитационное притяжение, совершает работу, соответственно, теряет энергию, поэтому его частота понижается.
Простите, а в этой фразе точно все правильно? Мне казалось, что гравитационное красное смещение возникает из-за замедления времени рядом с массивными объектами, поэтому когда фотон переходит через границу медленного времени и быстрого времени, его частота понижается, сродни тому, как понижается частота при переходе через границу сред с разной оптической плотностью — только в данном случае четкой границы нет, это градиент.EndUser
13.10.2016 23:12Мне думается, что при изменении позиции тела в потенциальном теле происходит (изменяется) работа.
При перетаскивании тяжёлого тела в поле гравитации работа тратится (или создаётся).
Но фотон не тяжёлый. Фотон невесомый.
Он не подчиняется гравитации в смысле механики Ньютона.
Так что аллегория «преодолевает гравитацию работой» — любопытная, но скорее неверная.Xaliuss
14.10.2016 09:18+1Фотон имеет массу. Она прямо пропорциональна частоте. Гравитация на него так и действует. У него нет массы покоя, но это означает лишь то, что его скорость изменить нельзя, воздействия будут менять только его энергию.
kauri_39
15.10.2016 09:55-1А вы не задумывались, что у гравитационного и космологического красного смещения может быть общая причина? Что то и другое можно объяснить эффектом Доплера?
Классический случай уменьшения частоты волны (и увеличения её длины) — удаление источника звука или света от наблюдателя. Неклассический — удаление среды распространения волн от наблюдателя. Космологическое покраснение фотонов объясняется удалением от наблюдателя расширяющегося пространства — энергетически плотного вакуума, он ныне заменяет светоносный эфир. И гравитационное покраснение фотонов можно объяснить движением эфира/вакуума к массивному телу, материя которого его поглощает. Если фотоны летят к наблюдателю навстречу гравитационного потока эфира, то он фиксирует увеличение длины их волны, снижение их энергии, а если летят попутно с потоком, то — уменьшение длины волны, рост их энергии.
Именно с таким пониманием гравитации её моделировали при создании аналога горизонта событий вокруг чёрных дыр и аналога излучения Хокинга. В роли потока эфира, поглощаемого ЧД, выступал ускоряющийся поток охлаждённых атомов рубидия, а в роли фотонов — квазичастицы фононы. До «горизонта событий» фононы преодолевали встречный поток их несущей среды, а за ним они уносились к «центру ЧД». Такие и подобные им эксперименты, их осмысление, и приведут к открытию новой физики.black_semargl
16.10.2016 01:37Помимо покраснения фотонов есть и другие процессы.
Если на Z=2 и сверхновые взрываются вдвое медленнее — то гравитация тут не при чём.kauri_39
16.10.2016 15:44-1Не понял вашей мысли. Есть космологическое расширение, есть гравитация, там и там эфир/вакуум движется. Только причины его движения разные, и плотность этой движущейся среды тоже разная. В чём вопрос?
lavmax
14.10.2016 00:31+1Теоретически по остаткам эволюции звезд мы можем проследить историю каждой элементарной частицы, входившей в состав облаков. Конечно, технически это безумно сложная задача, но тут речь идет лишь о принципиальной возможности.
Насколько я понимаю никакой такой теоретической возможности не существует, т.к. прошлое также неопределенно, как и будущее. Или здесь какую-то другую мысль пытались донести не очень удачно.
Arlekcangp
15.10.2016 13:06Пожалуй присоединюсь к вопросу. Чуть более конкретно что именно мне не понятно:
раз у нас есть квантовая механика с неопределенностями и вероятностями, то имея «на руках» хоть все частицы испущенные каким либо телом и измерив их состояние разве мы можем определить с вероятностью равной 1 в каких состояниях они находились до этого? Мне кажется это не возможно не только в случае с чд, а если это так то в чем тогда парадокс с чд? — просто эта вероятность становится равной нулю. Либо же речь идет о том что именно как раз эта вероятность не может быть не только единицей, но и нулем в случае с чд?
tezqa
15.10.2016 08:19-1С чего бы черной дыре вообще испаряется. Поглащая одну из пары частиц она наоборот будет расти. Думаю ей не важно какое это было вещество.
Что касается информации, то вопрос поставлен неверно: информации как не было так и не будет — теряется сигнал( само вещество). Притащить в физику понятие из совершенно другой дисциплины было ошибочно.choupa
15.10.2016 11:50Если рассуждать об излучении ЧД, как о разлёте пары частиц, то внутрь падает частица с отрицательной энергией, уменьшая массу дыры.
Слово «информация» нужно для упрощения обывательского понимания. Физиков беспокоит неунитарность оператора эволюции квантовых поле в чёрной дыры. Унитарность — один из постулатов квантовой механики.zzmaster
15.10.2016 14:13Приведите пример частицы с «отрицательной энергией», я о таких не слышал.
Мне тоже давно не понятно почему черная дыра при таком раскладе испаряется. Допустим, возникла пара протон-антипротон. Протон улетел, антипротон — попал вовнутрь ЧД. Далее, возникла та же пара, но улетел антипротон. Внутри ЧД произошла аннигиляция, но энергия от нее осталась внутри. Где здесь процесс «испарения»? Я не говорю уже, что если во второй раз вовнутрь так же попадает протон, то энергия XL так же увеличивается.isden
15.10.2016 15:25Ну об этом даже в википедии вполне доступно написано:
Также этот процесс очень грубо можно представить как «заём» энергии вакуумом у внешнего поля для рождения пары частица+античастица. В отсутствие чёрной дыры аннигиляция «возвращает» энергию полю. В описываемом случае при наличии чёрной дыры аннигиляции не происходит, одна из частиц улетает к наблюдателю, унося часть «занятой» энергии, тем самым уменьшая энергию, и следовательно массу чёрной дыры.
zzmaster
15.10.2016 16:07Идея понятна, но я не могу согласовать ее с элементарной логикой. Вот возникла пара частица-античастица. Одновременно возник некий «заем» энергии у вакуума, которые им надо отдать (хорошо хоть без процентов..). Обычно этот заем отдается таким образом — едва возникнув, частицы тут же взаимно аннигилируются и, видимо этот факт (их недолгой жизни, очевидной взаимосвязи на расстоянии каких-то пикометров) способствует поглощению энергии аннигиляции вакуумом. Но так случилось, что частицы смогли разлететься в разные стороны. Почему только одна из них вынуждена отдавать «заем»? Ведь если их кредитная нагрузка одинакова, то энергия долга будет в точности равна энергии частицы и никакого уменьшения энергии черной дыры не произойдет.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Излучение_Хокинга
> При этом возможно, что одна из частиц (не важно какая) падает внутрь чёрной дыры, а другая улетает и доступна для наблюдения. Из закона сохранения энергии следует, что такая «упавшая» за горизонт событий частица из рождённой виртуальной пары должна обладать отрицательной энергией, так как «улетевшая» частица, доступная для удалённого наблюдателя, обладает положительной энергией.
Все упование на закон сохранения энергии.
Тут был пост о том, что закон сохранения энергии не работает
https://geektimes.ru/post/266358/
Замолкаю, ибо далее — не копенгаген… Могу только сказать что применение принципа сохранения энергии в данном случае с моей точки зрения дает результаты, противоречащие логике. Возможно, Википедия в данном случае (частица из рождённой виртуальной пары должна обладать отрицательной энергией) популяризирует в ущерб научному смыслу.isden
15.10.2016 16:17Что-то сдается мне, что госпожа Нётер так странно начала посматривать на ваш пост :)
Хотя, в контексте сабжевого парадокса, и общих неясностей, связанных с ЧД…
По поводу отрицательной/положительной энергии — рассматривайте это как некую абстракцию. Грубо говоря — вот появилось у нас ниоткуда две частицы. Одна упала в ЧД, другая улетела. Улетевшая унесла некоторую энергию (== массу).
black_semargl
16.10.2016 01:481) виртуальные частицы безусловно есть — их наличие обнаружено экспериментально.
2) структура «дырки в вакууме», возникающей при рождении виртуальных частиц пока совершенно непонятна. Но раз есть частицы — значит есть и она.
3) Ничто не мешает этой «дырке» упасть в ЧД и поглотить часть вещества из сингулярности.
tezqa
18.10.2016 06:01-1Хм. На удивление в вики действительно написано наиболее понятно чем в любых других популярных источниках которые я встречал.
Еще более популярно можно сказать так, что энергию из ЧД вытягивает сам вакуум на горизонте, потерявший ее в результате разлета родившихся частиц.
Ну а по поводу унитарности законов, ниже справедливо заметили, что физика не может предсказать даже столкновение двух частиц. Более того, даже не возможно точно рассчитать столкновение двух шаров т.к. число Пи не вычесленно до конца. Все считается с определенным допуском. И т.к. вероятности суммируются мы получим совершенно случайный результат для большого количества частиц.
edtun
18.10.2016 03:33Первоначальная пара порождается из энергии ЧД, затем одна частица улетает, а вторая падает обратно. В итоге масса ЧД уменьшилась на энергию той улетевшей. Не нужны тут никакие «отрицательные энергии».
BkmzSpb
15.10.2016 13:06Просветите пожалуйста что за чудесное «инфракрасное смещение»? Infrared shift? Это как? Сдвиг частот в какой-то инфракрасное полосе (RIJHK..etc)?
Или может быть это все же «гравитационное красное смещение» (оно же gravitational redshift). Такой эффект действительно существует и совпадает с описанным в параграфе.
Для проверки, google на инфракрасное смещение выдает таблицы поглащения в ИК-полосах, на гравитационное красное смещение выдает соответствующую статью в Википедии.
fingoldo
15.10.2016 18:02+2Автор точно сам разбирается в проблеме, которую взялся освещать?
Без понимания, откуда вытекает требование сохранения информации, и определения, что подразумевается под информацией, понять существование этого парадокса невозможно, на мой взгляд.
Почему это парадоксально? Дело в том, что мощь науки заключается в ее предсказательной силе.
В чём же проблема? наука и может предсказывать поведение материи при концентрации (образование ЧД), при падении в ЧД (увеличение ЧД). Однако наука ведь не может точно предсказать даже результат столкновения двух элементарных частиц — лишь вероятностно. Никто же не сокрушается о слабой предсказательной силе физики?
Теоретически по остаткам эволюции звезд мы можем проследить историю каждой элементарной частицы, входившей в состав облаков.
Очень сомневаюсь в теоретической возможности этого. Расскажите, как можно это сделать?
romy4
15.10.2016 19:49-1Если ЧД ничего не излучает, то как она теряет массу?
mayorovp
15.10.2016 21:21romy4
15.10.2016 22:42-1стопэ минусить, я читать умею.
чёрным по белому написано, что излучение происходит _до_ горизонта событий с нашей стороны. ещё забавляет описание «прямо из ваакума могут зарождаться» — значит не из ваакума, а всё таки есть присутствие какого-то поля, иначе б это нарушало принцип закона сохранения энергии. это просто для красивого слова принято, что раз попадает частица с отрицательной энергией на ЧД, значит уменьшает её массу. А может всё же с положительной, и тогда уменьшается масса окружающего вакуума (раз уж это «заём»)? Если следовать логике вики, то флуктации в конце концов истощат ЧД.coturnix19
16.10.2016 00:35Не могу сказать что я это понимаю, но:
1) вакуум это и есть поле
2) закон сохранения энергии в ОТО не определен
3) кстати, мне тоже не понятно почему чд должна обязательно уменьшаться, почему она не может генерировать излучение просто так, может кто объяснит, ну кроме общего соображения о необходимости сохранения энергии?romy4
16.10.2016 00:40-1И всё же, ЧД не излучает. Либо у ЧД есть предел её гравитации и некое поле таки сильнее её гравитационного притяжения, раз она может отдавать энергию, либо теория Излучения Хокинга не состоятельна.
black_semargl
16.10.2016 01:51-1Ну гравитационное поле из ЧД как-то выходит ведь?
saboteur_kiev
18.10.2016 03:51Пока что физика не знает про гравитационное поле. Зато знает про искажение пространства, вызванного гравитацией.
edtun
18.10.2016 03:36Излучение Хокинга исходит не из ЧД (т.е. не из области ЗА горизонтом), а из области РЯДОМ с горизонтом. Энергия на это берется из ЧД (виртуальная пара частиц «растаскивается» гравитацией ЧД, а изменение поля у горизонта (дивергенция, если быть точным) в случае малых ЧД велико, что и стимулирует данный процесс), одна частица падает обратно, вторая улетает вовне (собственно, излучение). В итоге, масса ЧД уменьшилась на энергию той улетевшей частицы, все отлично.
Dr-Good
Так Хокинг же в 2015 заявил о новой идеи как решить информационный парадокс. Хокинг высказал идею, что информация на самом деле не попадает внутрь черной дыры, а остается на ее горизонте событий в виде неких голограмм (двумерных изображений трехмерных объектов). И эти голограммы уже хранят информацию, которая иначе можно было бы считать утерянной. Это и решает информационный парадокс. Хотя природу этих голограмм я представляю себе плохо или что-то понял не верно.
Вот оригинал записи, если английский не проблема интересно послушать https://www.youtube.com/watch?v=DkRDmJpthXg
senia
У Саскинда по этому поводу есть множество лекций, например Black Holes and the Holographic Principle
SirVaulterScoff
У Сасскинда еще есть книга, целиком посвященная этому парадоксу Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики
Dr-Good
круто, спасибо, посмотрю)
Pshir
Идея о голограммах на горизонте событий не являлась в 2015 году новой. И уж, тем более, идеей Хокинга она не была никогда. Более того, до 2015 года он говорил, что эта идея — чушь.