Рис. 1
Две конфликтующих теории
Считается, что математика квантовой теории, иногда называемой «квантовой механикой», управляет всеми физическими процессами в природе. Её можно использовать не для предсказания конкретных событий, а только для получения вероятности того, что что-либо произойдёт. Но вероятности имеют смысл только, если вы сложите все вероятности всех различных возможных исходов и получите сумму равной единице. Квантовая теория, в которой это не так, смысла не имеет. Одно из следствий этого – в квантовой теории информация никогда по-настоящему не теряется и не копируется; в принципе всегда можно определить, с чего начинала система (её начальное состояние), обладая полной информацией о том, чем она закончила (конечное состояние). На рис. 1 изображено столкновение двух частиц и разбегание с места столкновения нескольких частиц, несущих, в зашифрованном виде, информацию о природе и свойствах двух изначальных частиц.
Общая теория относительности – это теория гравитации Эйнштейна, в которой гравитацию можно рассматривать, как эффект искривления пространства и времени. ОТО – это не квантовая теория. Она точно предсказывает, что произойдёт, а не даёт вероятности различных исходов.
С 1915 по 1958 года постепенно формировалось понимание того, что чрезвычайно компактные и массивные объекты превращаются в чёрные дыры. Вблизи их гравитация становится необыкновенно сильной – настолько, что пространство-время искривляются чрезвычайно, и любой, слишком сильно приблизившийся к ним объект, пересёкший горизонт чёрной дыры – поверхность невозврата – не может убежать. На рис. 2 показано формирование горизонта чёрной дыры, в момент, когда две оболочки материи становятся достаточно компактными. Информация о двух этих оболочках перемещается внутрь горизонта и не может выйти наружу – в ОТО.
Рис. 2
Отметим, что невозможно корректно нарисовать чёрные дыры и информацию внутри них. Мои иллюстрации неспособны продемонстрировать искривление пространства-времени. К примеру, для полного понимания вам нужно было бы учесть, что часы внутри чёрной дыры идут совсем по-другому, нежели часы снаружи горизонта, которые, в свою очередь, идут не так, как удалённые часы. Не воспринимайте слишком серьёзно мои иллюстрации, демонстрирующие концептуальную, но не техническую сторону вопроса.
Горизонт – это не объект, а место, за которым убегание становится невозможным. Известная аналогия – лодка, приближающаяся к водопаду по ускоряющемуся течению. Когда лодка проходит кривую невозврата (рис. 3), её мотор становится неспособен бороться с течением, и она неизбежно упадёт. Но капитан лодки не заметит момента пересечения кривой – это просто обычная часть реки, чья важность станет ясной, только когда капитан попытается избежать катастрофы. Точно также, пересекая горизонт в ОТО, вы ничего не заметите; только когда вы попытаетесь избежать чёрной дыры, вы обнаружите, что – ой – вы подошли слишком близко.
Рис. 3
Парадокс исчезновения информации в чёрной дыре
Парадокс возник после того, как Хокинг в 1974-1975 годах показал, что чёрная дыра, окружённая квантовыми полями, будет испускать частицы (излучение Хокинга) и сжиматься (рис. 4), в результате чего испарится. Сравните с рис. 2, на котором информация о двух оболочках застревает внутри чёрной дыры. На рис. 4 чёрная дыра исчезает. Куда же делась информация? Если она исчезла вместе с чёрной дырой, это нарушает квантовую теорию.
Рис. 4: 1) оболочки материи сжимаются; 2) формируется горизонт, и появляется излучение Хокинга (в виде частиц без массы или малой массы, например, фотонов, нейтрино или гравитонов); 3) Излучение Хокинга уносит энергию, заставляя размер и массу чёрной дыры сжиматься; 4) в конце концов, чёрная дыра полностью исчезает, оставляя лишь излучение Хокинга. Проще говоря, информация о том, что попало в чёрную дыру, исчезает, нарушая принципы квантовой теории. Нужно ли менять квантовую теорию?
Возможно, информация вернулась вместе с излучением Хокинга? Проблема в том, что информация не может вырваться из чёрной дыры. Она не может попасть в излучение Хокнига, кроме как через копирование того, что осталось внутри. Но наличие двух копий информации, одной внутри, и одной снаружи, также нарушает квантовую теорию.
Рис. 5: если информация копируется в излучение Хокинга, это нарушает квантовую теорию.
Конечно, дело может быть в том, что квантовая теория неполна, и что физика чёрных дыр заставляет нас расширять её, так как Эйнштейн расширил законы Ньютона своей теорией относительности. Именно в это Хокинг верил тридцать лет.
Принцип дополнительности: спасаем квантовую теорию
Однако, другие считали, что менять нужно не квантовую теорию, а общую теорию относительности. В 1992 был предложен «принцип дополнительности», согласно которому, информация находится в некотором смысле как внутри, так и снаружи, не нарушая при этом квантовую теорию. Предположение было разработано Сасскиндом и его молодыми коллегами. Конкретно, наблюдатели, остающиеся снаружи чёрной дыры, видят, как информация накапливается на горизонте, а затем улетает вместе с излучением Хокинга. Наблюдатели, падающие в чёрную дыру, видят информацию внутри (рис. 6). Поскольку два этих класса наблюдателей не могут общаться, парадокс не возникает.
Рис. 6: Принцип дополнительности говорит, что всё зависит от точки зрения. Наблюдатель снаружи (2а) видит информацию, хранящуюся снаружи, и (3а) передающуюся в излучение Хокинга. Наблюдатель, падающий внутрь (2b) видит информацию внутри.
И всё же, это предположение потенциально внутренне противоречиво, и требует, чтобы несколько странных вещей оказались правдой. Среди них то, что называется «голографией», идея, разработанная 'т Хоофтом, и затем Сасскиндом. Идея состоит в том, что физику трёхмерного содержимого чёрной дыры, в которой, очевидно, работает гравитация, можно рассматривать, путём загадочной трансформации, как физику, находящуюся прямо над двумерным горизонтом, где она описывается двумерными уравнениями, в которые гравитация вообще не входит!
Рис. 7: Интересно, что описать внутренности чёрной дыры через её наружную часть возможно, это было показано в конце 1990-х и начале 2000-х. Теория струн, в которой содержится квантовая версия ОТО, в некоторых случаях способна это сделать.
Как ни странно, эта теория получила существенное подтверждение в конце 1990-х, по крайней мере, для некоторых ситуаций. В 1997 году Малдацена предположил (а сотни людей проверили это предположение разными способами), что при определённых условиях теория струн (квантовое обобщение ОТО, кандидат на теорию законов природы нашей Вселенной) эквивалентна квантовой теории (конкретно, квантовой теории поля) без гравитации и в меньшем количестве измерений. Эта взаимосвязь, известная, как AdS/CFT или «соответствие полей/струн», заслуживает отдельной статьи.
Успех голографии усилил веру в истинность принципа дополнительности. Более того, соответствие полей/струн позволило довольно убедительно показать, что небольшие чёрные дыры могут формироваться и испаряться в струнной теории в процессе, который можно описать соответствующей квантовой теорией поля (хотя и не детально) – а следовательно, этот процесс, как и любой другой процесс в квантовой теории, происходит с сохранением информации! К 2005 году даже Хокинг принял эту точку зрения – что, как предполагает принципа дополнительности, информация не теряется в чёрных дырах, и что изменять нужно ОТО, а не квантовую теорию.
Файервол и текущая неразбериха
Однако в принципе дополнительности были несостыковки. Испарение чёрных дыр идёт так медленно, что в квантовой теории пока не существует уравнений, описывающих этот процесс. В поисках этих уравнений Альмхейри, Маролф, Полчински и Салли обнаружили, что, при выполнении разумных предположений, принцип дополнительности содержит внутреннее противоречие, проявляющееся, когда чёрная дыра испаряется примерно наполовину. Доказательство довольно хитрое, оно включает квантовую запутанность, которую Эйнштейн называл «жуткой», и которая используется в квантовых компьютерах. Грубо говоря, примерно к середине процесса из чёрной дыры через излучение Хокинга исчезает так много информации, что её не хватает, чтобы при помощи голографии отобразить внутренности чёрной дыры на горизонте. Следовательно, вместо того, чтобы падающий внутрь наблюдатель спокойно проходил через безобидный горизонт, как на рис.6, наблюдатель не обнаружит никаких внутренностей, причём очень жёстко – он поджарится на т.к. файерволе (стена огня), висящей прямо над горизонтом (рис. 8).
Рис. 8
Возможность существования файервола потребовала бы кардинальных изменений ОТО. В случае истинности получалось бы, что описание чёрных дыр в ОТО, с большим внутренним объёмом, с горизонтом, представляющим собой просто точку невозврата (как на рис. 3), а не какое-то особое место, где что-то происходит, оказалось бы совершенно неверным после того, как чёрная дыра существенно испарилась бы.
Так что парадокс вернулся! И в ещё худшем виде. Получается, что если квантовая теория и принцип дополнительности верны, ОТО нужно менять не частично – её нужно серьёзно переделывать! И никаких признаков такой переделки не наблюдается в теории струн, предлагавшей пример голографии. Но соответствие полей/струн говорит о том, что квантовая теория может описать формирование и испарений чёрных дыр, поэтому информация не исчезает. Можно ли заменить чем-либо принцип дополнительности? Или же неверен какой-то из аргументов, создающих парадокс?
Все запутались. Существует множество предположений о решении этой головоломки. Большинство из них не доходит до вас. СМИ рассказывает вам о Хокинге, поскольку он знаменит, но он всего лишь один из очень многих голосов, обсуждающих разные идеи. Все эти идеи страдают от одной проблемы: недостатка уравнений для доказательства и объяснения деталей того, как они работают. И поскольку недостаток уравнений и привёл к парадоксу файервола, вряд ли можно выпутаться из этой ситуации, полагаясь на ещё одно предположение с недостаточным количеством уравнений!
Но, хотя Хокинг всего один из многих вносящих предложение, и хотя в его предположении не хватает уравнений, и оно, скорее всего, будет неполным, и, возможно, неверным – вы, наверно, захотите узнать, что же он предложил. Довольно сложно понять это без уравнений, но вот, как я могу это объяснить (рис. 9). Хокинг отмечает, что хотя внешняя часть чёрных дыр быстро упрощается, их внутренности могут быть очень сложными. Сложные системы, типа погоды, выказывают свойства хаоса, что может сделать их непредсказуемыми ещё до использования квантовой теории. Он предполагает, что эта сложность дестабилизирует горизонт и позволяет информации, зашифрованной внутри чёрной дыры, просачиваться наружу. Поскольку это нарушило бы теоремы самого Хокинга, касающиеся ОТО, я предполагаю, что это значит, что ОТО необходимо изменить. И поскольку его предположение строится на AdS/CFT (соответствии поля/струн), я предполагаю, что он считает, что это должно происходить в теории струн. И поскольку то, что попало в чёрную дыру, всё-таки выйдет из неё, эти дыры на самом деле не чёрные – так что, зовите их «серыми дырами», или «метастабильными связанными гравитационными состояниями», или «на первый взгляд чёрными дырами» – но «чёрные», возможно, не совсем правильный термин.
Рис. 9: прошу прощения у Хокинга, поскольку ни я, ни кто-либо из моего окружения точно не знает, что он имеет в виду. Так что мне пришлось сделать грубый набросок того, что как я считаю, он пытается предложить.
Но с этим предложением есть много очевидных проблем, не самая меньшая из которых та, что загадка файервола проявляется уже у наполовину испарившейся чёрной дыры, а не в конце её жизни. Поэтому чёрная дыра остаётся ещё достаточно большой, когда информация уже начинает просачиваться – и это очень сложно примирить с предложением Хокинга. Так что не ждите появления консенсуса по поводу предложения Хокинга, особенно без каких-то конкретных уравнений для решения.
В любом случае всё, что вы узнали о чёрных дырах, пока что по сути верно. Астрофизикам не нужно волноваться из-за изменений того, что, как они думают, им известно о звёздных или галактических чёрных дырах. По крайней мере, для больших и не очень старых чёрных дыр, предложение Хокинга не приведёт к каким-то измеримым изменениям. А если вы упадёте в дыру, то всё равно не сможете выбраться, или отправить сообщение кому-либо снаружи. Так что, даже если окажется, что строгих чёрных дыр не существует, в центре почти каждой галактики Вселенной всё равно будет находиться «достаточно чёрная» дыра.
Не ждите, что эта 40-летняя загадка будет разрешена в ближайшее время. Её решение, скорее всего, предложит какой-нибудь молодой физик, о котором вы ничего не знаете, или даже ещё не родившийся человек.
Комментарии (44)
maslyaev
06.03.2017 21:14Заранее извиняюсь, если далее написанное покажется бредом.
Допустим, есть частица А и частица Б. Обе частицы имеют некую характеристику, выражаемую вещественным числом. Например, энергию. Или направление движения. Не важно. Важно, что характеристика выражается именно вещественным числом, а не квантуется на набор дискретных значений. Сколько нам нужно бит для того, чтобы полностью закодировать вещественное число? Правильно, бесконечность.
Таким образом, А и Б — две информационные бесконечности. Бесконечность плюс бесконечность равно бесконечность. Притом, что интересно, суммарная мощность равна по отдельности мощностям А и Б. Помните, как на первом курсе изучения матана было удивительно, что мощность натурального ряда равна мощности множества рациональных чисел, а мощность множества действительных чисел в интервале [0, 1] равна мощности множества всех действительных чисел? Так вот, абсолютно этот же случай.
Предположим, А навеки кануло в чёрную дыру. Осталось только Б. Информативность А+Б теперь равна информативности Б плюс ноль. Но это по-прежнему бесконечность. Притом той же мощности, что и была до безвременной кончины А. В плане количества бит ничего не поменялось.
Мне кажется, парадокс исчезновения информации в чёрной дыре имел бы место, если бы состояние частицы было представимо фиксированным количеством бит. Если же есть хоть что-то неквантуемое (насколько я понимаю, направления в пространстве не квантуются), то парадокса-то никакого и нет.
zuborg
06.03.2017 23:26Вы слишком буквально принимаете слово «информация». Да, вещественное число требует бесконечного кол-ва бит в общем случае, да, множество R2 эквивалентно R и прочее и подобное. Но это всё математика, а физика вопроса состоит в том, что если физическая система эволюционирует однозначным образом (по любому текущему состоянию можно определить все состояния в прошлом или будущем) — то все состояния (текущее, все прошлые и будущие) эквивалентны друг другу в плане информационного содержания — из любого из них вытекают все остальные. Т.е. все они содержат одну и ту же информацию.
Imbecile
07.03.2017 02:45Можно было бы проще ответить. Природа тысячью и одним способом закодировала число Пи. Там, где бесконечность не наблюдается. То что наш язык (математика) не может его выразить — проблемы языка.
maslyaev
07.03.2017 11:22Природа тысячью и одним способом закодировала число Пи.
Матушка-природа вообще не занималась числом пи.
То что наш язык (математика) не может его выразить — проблемы языка.
Вообще никакой проблемы выразить пи с абсолютной точностью. Нужно взять пи-ричную систему счисления, и в ней пи закодируется «10» :)
Но вопрос не в числе пи. Пи — это всего лишь конкретная точка, отличающаяся от числа, например, «2» только тем, что при записи в десятичной системе получается бесконечный хвост. Вопрос в другом, а именно во внутреннем разнообразии физического объекта. Если его характеристика квантуется, то мощность разнообразия Q, а если не квантуется, то R. Только если характеристика мало того, что Q, так ещё и ограничена, можно говорить о не бесконечном количестве и, соответственно, иметь право применять операции сложения и вычитания для оценки разнообразия. Хороший пример — электрический заряд: он и квантуется, и по факту ограничен количеством заряженных частиц во Вселенной. А с теми характеристиками, значения которых берутся из R, такой номер не проходит.zuborg
07.03.2017 14:08Квантуемость не означает, что соответствующая характеристика ограничена дискретным набором состояний. Если момент импульса электрона в ядре может принимать ограниченное кол-во значений (при измерении), то волновая функция момента импульса может находится в бесконечном кол-ве вариаций (см. смешанные состояния).
maslyaev
07.03.2017 14:44Спасибо за уточнение. Засчитано как отягчающее обстоятельство, дополнительно препятствующее оценке суммарного разнообразия.
maslyaev
07.03.2017 09:16… если физическая система эволюционирует однозначным образом...
А если нет? Из какого физического закона следует, что система обязана эволюционировать однозначным образом? На больших масштабах (например, движение планет) мы имеем долгосрочную предопределённость, на средних (динамический хаос погоды) всё значительно хуже, а на микромасштабах (броуновская частица) — совсем швах. Есть ли какие-нибудь свидетельства в пользу того, что глобальная на веки вечные от мала до велика предопределённость будущего прошлым не является мифом? Как вообще идея предопределённости соотносится с современной физикой?napa3um
07.03.2017 10:36-1> Из какого физического закона следует, что система обязана эволюционировать однозначным образом?
Из принципа каузальности, лежащую в основе научной познаваемости нашей вселенной. Не путать с «механическим» детерминизмом, требующим, чтобы предыдущее состояние было строго однозначным, квантовый закон может выражать процесс, в котором несколько конфигураций вселенных в прошлом будут просто неотличимыми в рамках рассматриваемого эксперимента. И да, сохранение информации — не совсем физический закон, это, скорее, «пупок» антропного принципа, в котором сходится математика и физика — математическое описание «асимметричных» законов, в которых бы следствие не следовало из причины, просто не несло бы смысла (т.е., информация теряется или не теряется в квантовой системе только относительно действительного или потенциального, вынесенного за скобки, математика, имеющего или не имеющего принципиальную возможность проинтерпретировать эту информацию; никаких «физических битов» в природе не существует).maslyaev
07.03.2017 12:43-1Из принципа каузальности, лежащую в основе научной познаваемости нашей вселенной.
У принципа каузальности очень сложные взаимоотношения с познаваемостью. С одной стороны, познаваемость невозможна во вселенной, в которой каузальность напрочь отсутствует. Но с другой стороны познаваемость также невозможна во вселенной, в которой каузальность тотальна (в том числе, как вариант, с добавлением чистой случайности). Если с первым, надеюсь, понятно, то второе (невозможность познаваемости в тотальной каузальности), наверно, требует пояснения.
Познание — это у нас майнинг фактов о том, по каким законам функционирует мир. На редкость полезное дело. И увлекательное в первую очередь потому, что полезное. Само постулирование полезности познания сразу выкидывает нас на понятие «польза». Польза — это когда «для того, чтобы...». В данном случае познание полезно нам тем, что позволяет не тыкаться нам как слепым котятам в реальность материального мира, а иметь работающие рецепты для достижения желаемых результатов.
Итого, двинувшись от факта «познание существует» в одну сторону, мы имеем факт «каузальность существует». Но, двинувшись в другую сторону, мы получаем факт «применение результатов познания для достижения результатов существует».
Рассмотрим вариант с жёсткой механистической каузальностью. В этом случае логически всё прошлое и всё будущее уже предопределены, и нет никакого смысла заниматься познанием, поскольку от нас никак не зависит, что случится через миллиард лет, через тысячу лет, через год, завтра, и даже через секунду. Вся книга судеб уже написана от начала и до конца, и мы здесь ничего не решаем. Во вселенной, для которой написана книга судеб, феномен «управление» невозможен.
К жёсткой механистической каузальности добавим истинную случайность. Истинная случайность характерна тем, что она неуправляема. Если конструкция вселенной такова, что в ней есть только механистическая каузальность и истинная случайность, то феномен «управление» по-прежнему невозможен. Нет того, чем можно управлять. Вмешаться в механистическую каузальность невозможно, потому что результат предопределён, а в истинную случайность вмешаться невозможно по определению.
Нормальных выходов из ситуации я вижу два:
1. Предположить, что управляемость является системным эффектом сочетания «механистическая каузальность + истинная случайность».
2. Предположить, что наша Вселенная устроена таким образом, что некоторые её аспекты функционируют по законам предопределённости (например, движение материальной точки в силовом поле), некоторые — по законам случайности (радиоактивный распад), но некоторые (например, «пойти мне направо или налево») и не предопределены, и не случайны. Просто совсем другой отдельный класс явлений.
Какой из этих двух вариантов мы бы ни выбрали, никакого «система эволюционирует однозначным образом» не получается. Будущее в любом случае оказывается не предопределённым и управляемым.
И да, сохранение информации — не совсем физический закон
Я бы даже сказал, что сохранение информации — это какой-то странный миф. Даже не знаю, откуда он такой красивый взялся. Наш жизненный опыт однозначно свидетельствует в пользу того, что информация возникает как-бы из ниоткуда и пропадает в никуда. Если, конечно, об информации говорить в том смысле, в котором мы о ней обычно говорим — то есть о знаниях, сведениях и прочем таком, с чем мы в том числе имеем дело в наших инфотехнологиях.napa3um
07.03.2017 14:12+1Ваши тезисы в той или иной форме перетираются людьми тысячи лет, родив понятия компатибилизма и инкомпатибилизма. Вот только это всё о детерминизме, а не о каузальности. А мифом для вас и сохранение энергии может стать, ведь в повседневном опыте вы ни разу не имели дел с абсолютно замкнутыми системами.
maslyaev
07.03.2017 15:30Да, перетираются. Да, тысячи лет. Но вопрос до сих пор открытый, и до сих пор каждый раз приходится расставлять точки над «ё».
Вот только это всё о детерминизме, а не о каузальности.
Поясните пожалуйста, в чём нюанс? В том, что в каузальность добавлена случайность? Так я этот случай тоже отдельно рассмотрел. Или что-то другое?
Вообще, конечно, «каузальность» — это в переводе на русский «причинность». Восхитительная тема, попытка разобраться в которой так или иначе сводится к такому логически закольцованному вопросу: «В чём причина того, что явления в нашем мире подчиняются закону причинности?»
Красиво, правда?
Что касается закона сохранения информации… Если хотите, можете проделать простой опыт. Возьмите монетку, подбросьте и поймайте, схлопнув ладонями. Не смотрите. Информация «орёл или решка» есть, Вы её просто не видите. Теперь, не смотря на монетку, подбросьте её ещё раз. Информация о том, что выпало в прошлом броске, потерялась, и в мире не существует способа её восстановить. Раз она способна теряться, значит закона сохранения нет.napa3um
07.03.2017 17:41Точки над Ё вам будет лучше расставлять чтением людей, занимавшихся этой проблемой, и диалогами с такими людьми, а не подобным резонёрством. Забыть номер телефона своей бабушки и уничтожить информацию о спине электрона — очень о разных видах информации задачи.
maslyaev
07.03.2017 19:01Забыть номер телефона своей бабушки и уничтожить информацию о спине электрона — очень о разных видах информации задачи.
Складывается очень сильное подозрение, что «информация» в квантовой физике и она же во всех остальных применениях — разговор о совсем разных вещах, и они между собой соотносятся примерно как цвет кварка и цвет забора.
Точки над Ё вам будет лучше расставлять чтением людей, занимавшихся этой проблемой, и диалогами с такими людьми, а не подобным резонёрством.
Где же таких людей найти? Тех, кто хоть что-то понимает в чисто прикладных темах «квантовые компьютеры» и «квантовая криптография» найти можно, но как только речь заходит о квантовой информации «вообще», оказывается, что никто ни в зуб ногой. Есть набор теорем о том, что можно делать с квантовыми состояниями, а что нельзя, но каким образом от них выйти к утверждению типа «количество кубитов в любой замкнутой системе сохраняется» (оно, кстати, верное или нет?) никто, похоже, не знает.
Может Вы знаете? Или есть знакомые, кто шарит? Или есть хорошая литература?napa3um
07.03.2017 19:10+1«Квантовой» информации не бывает, информация всегда одна и та же (кубит — это не новый вид битов, а лишь формализация свойств квантовой системы и представления информации в ней). Но с точки зрения физики информация о состоянии физической системы — это строго определённый набор информации, по которой _принципиально_ возможно ретроспективное реконструирование прошлых состояний системы, даже если в действительности исследователь вдруг и забыл включить детектор или позвонить своей бабушке.
Можете обсудить со мной, я некоторые ваши заблуждения, возможно, смогу формализовать.maslyaev
07.03.2017 20:59Примерно так я себе ситуацию с кубитами и представлял.
Но с точки зрения физики информация о состоянии физической системы — это строго определённый набор информации, по которой _принципиально_ возможно ретроспективное реконструирование прошлых состояний системы
Допустим, столкнулись электрон с позитроном. Как водится, аннигилировали. В одну сторону побежал один фотон, в другую другой. Мы поймали один, выгребли из него всю инфу, какую только можно. Поняли, что это сильно смахивает на аннигиляцию электрона. Даже с некоторой достоверностью знаем направление на то место, где это произошло. Но для того, чтобы восстановить картину полностью, нужно догнать и поймать второй фотон. А он, гад, от нас улетает со скоростью света. Догнать принципиально невозможно.
Если, конечно, аннигиляции происходят внутри камеры детектора частиц, задача сильно упрощается. Ни за кем гоняться не надо. Но, тем не менее, все эти рассуждения о принципиальных возможностях очень сильно оторваны от реальности. Может быть, они работают на одиночных частицах, но нужно отдавать себе отчёт в том, что в грубой реальности нет даже никакой принципиальной возможности узнать, что собой представляла минуту назад только что упавшая на нос капля дождя. Что бы ни говорили уважаемые теоретики, не существует никаких реально реализуемых способов узнавать предыстории капающих на меня капель. И вопрос не в мощностях процессоров и чувствительностях датчиков. Вопрос в принципе. В фундаментальных ограничениях.
Есть много хороших законов сохранения. Энергии, например. Импульса. Электрического заряда. Чёрт возьми, эти величины имеют хотя бы единицы измерения. А информация, всю дорогу измеряемая безразмерными величинами, как вообще можно говорить о законах её сохранения?napa3um
07.03.2017 21:51Догнать _принципиально_ возможно. В непонимании этой принципиальность пока и лежит наш смысловой конфликт, как мне кажется.
maslyaev
08.03.2017 12:07Похоже на то. Расскажите пожалуйста, что это за зверь такой, эта самая принципиальность?
napa3um
08.03.2017 12:29Принципиальная возможность описать операции в терминах аксиоматической базы теории (в данном случае — квантмеха), а не практическая возможность произвести их в условиях ограничений реальности.
maslyaev
09.03.2017 17:09Давайте посмотрим, что у нас получается
1.… с точки зрения физики информация о состоянии физической системы — это строго определённый набор информации, по которой _принципиально_ возможно ретроспективное реконструирование прошлых состояний системы
Неявно подразумевается, что ретроспективное реконструирование прошлых состояний системы _принципиально_ возможно в любых случаях. Весьма смелая гипотеза. Как она обосновывается? Есть ли какое-нибудь обоснование кроме «хочу» и «это было бы удобно»? Можно ли эту гипотезу как-то проверить? Можно ли эту гипотезу фальсифицировать?
2. Принципиальная возможность описать операции в терминах аксиоматической базы теории (в данном случае — квантмеха)
Очевидно, есть масса ситуаций, когда прошлое состояние по теперешнему восстановить можно. Иногда даже достаточно легко. Но есть и масса вещей, относительно которых за восстановление состояния никто не возьмётся. Ни то, ни другое никак не доказывает и не опровергает гипотезу о ретроспективном реконструировании. Есть ли какой-нибудь способ внести хоть какую-то ясность в статус этой гипотезы?
Относительно аксиоматической базы (кстати, входит ли в неё положение о ретроспективном реконструировании?). Когда есть аксиоматическая база — это всегда хорошо. Но охватывает ли она ВСЕ аспекты реальности? Насколько я в курсе, КМ до сих пор никак не удаётся срастить с ОТО и, соответственно, даже наша родная гравитация оказывается мимо аксиоматики КМ. О каком ретроспективном реконструировании можно говорить, если даже банальная гравитация у нас вне аксиоматики? Даже если вдруг ретро-гипотеза верна (а это мы не можем ни подтвердить, ни опровергнуть), _принципиальность_ всё равно обламывается по причине неполноты аксиоматики КМ.napa3um
09.03.2017 17:11Информация — это ближе к математике, чем к физике. Вам понадобится логика, а не фальсифицируемость в понимании физических теорий, чтобы понять свои заблуждения. Считайте, что «принципиальная возможность» — это то, что доступно демону Лапласа (который, конечно, физически невозможен).
maslyaev
09.03.2017 17:43Самое смешное, что демон Лапласа ещё и логически невозможен :))
Зачем аргументацию базировать на предположении о существовании того, что невозможно ни физически, ни даже логически? Не слишком ли кривая это дорожка?napa3um
09.03.2017 23:03Возможно, понятие «логика» у нас тоже расходятся.
maslyaev
10.03.2017 08:52Ну не знаю… У меня — самое обычное. Та самая логика, которую всю дорогу преподавали в школах и университетах, а где-то в середине 20-го века почему-то перестали.
В чём, собственно, Ваш вопрос? В логической невозможности демона или в недопустимости обоснования теорий ложными предпосылками?
choupa
09.03.2017 01:351). «R2 эквивалентно R» — есть некоторое преуменьшение. :)
2). Если частица упала в ЧД, это значит что движение в системе финитно, и спектр энергии дискретный, а не непрерывный.
3). Но это всё придирки. Для вашей идеи лучше про информацию лучше рассуждать не о физической величине а о том, что падающая частица описывается вектором в пространстве состояний, который кодируется бесконечным числом бит, какой бы ни бы спектр. Сути это не изменит.
4). Но если говорить об информации типа энергии-импульса-момента, то она и не уничтожается. ЧД прекрасно её хранит в своих характеристиках движения как целого. Когда речь об исчезновении информации в ЧД, имеют ввиду всякие зарядовые характеристики, а представления этих симметрий конечны.
5). Насчёт однозначности эволюции. Формально это так в силу уравнения Шрёдингера (постулата квантовой механики). Но есть непонятки с коллапсом волновой функции и динамическим хаосом, которые портят идеальную картину предопределённости как в прошлое, так и в будущее.
DrZlodberg
06.03.2017 22:05Поскольку два этих класса наблюдателей не могут общаться, парадокс не возникает.
А почему не могут? Изнутри наружу нельзя, но снаружи внутрь то можно вроде.
Каким образом испаряющаяся частица извлекает с собой часть оригинальной информации тоже непонятно. Даже если она запутана с упавшей внутрь и получит от неё часть — другая часть будет взята от этой частицы и информация всё равно будет непредсказуемо зашумлена. Или я что-то упускаю?zuborg
06.03.2017 23:35Испаряющаяся и оставшаяся частицы — они полностью запутаны, и, по сути, представляют из себя разные представления одной и той же физической сущности (как разные проекции одной и той же рыбы в аквариуме — анфас и профиль не очень то похожи друг на друга, но есть суть одно и то же), а значит, содержат одну и ту же информацию. Но для того, чтобы ЧД могла уменьшиться при испарении, нужно чтобы оставшаяся частица как-то нейтрализовала уже существующую частицу в ЧД (думаю, тут должна иметь место анигиляция), т.е. опять таки должна содержать именно ту же информацию, что и старая частица (но как бы со знаком минус).
DrZlodberg
07.03.2017 08:30Но ведь даже если так — эти частицы имеют изначально какие-то свои параметры. Грубо говоря — в дыру улетает биллиардный шар, там он с чем-то взаимодействует и на запутанном с ним шаре мы это можем увидеть. Но не зная изначальных параметров его полёта толку это нам не даст. Или для теории это уже не принципиально?
Jeditobe
07.03.2017 10:22-1dvserg
07.03.2017 13:08А уже сформулировали, что есть информация? А то получается, что все о ней говорят, а что это — не понимают. К тому-же чёрная дыра — это не выпавший из реальности объект, она продолжает взаимодействовать с окружающими объектами на уровне гравитации. Можно оценить её массу, направление вращения и некоторые другие показатели.
С другой стороны в теории "всего" предполагается единство гравитационных взаимодействий с прочими (не помню точно — электрослабые/сильные..). В связи с этим, не может ли информация в каком-то виде проявляться на уровне гравитационных взаимодействий?napa3um
07.03.2017 15:20+1Информация в квантовомеханическом опыте определяется информационным объёмом координат, необходимых для указания результатирующего состояния детектора в фазовом пространстве всех возможных различимых исследователем состояний детектора.
maslyaev
07.03.2017 16:29Кстати, вопрос чисто для понимания. Обычную информацию мы меряем в битах. А в чём меряется количество квантовой информации? В кубитах?
Есть ли для квантовой информации какой-нибудь аналог формулы Шеннона?dvserg
07.03.2017 23:30Информация по идее должна квантоваться временем, отсюда и минимальный квант информации должен измеряться минимальным квантом времени — планковским временем.
maslyaev
08.03.2017 11:54+1Мерить информацию в секундах? Интересное предложение. Можете обосновать?
dvserg
09.03.2017 13:15Ммм, где написано в секундах? Я пытался указать лишь зависимость кванта информации от квантования времени.
Как мне представляется, любое изменение состояния системы можно квантовать не более, чем с шагом равным планковскому времени. В пределах этого кванта времени состояние системы стационарно. Отсюда квант состояния системы (квант информации, как я понимаю) задаётся/определяется/фиксируется планковским временем — т.е. является зависимой величиной.
Моментальный объём информации системы зависит от количества её составляющих состояний.
Объем информации за период времени зависит от количества изменений состовляющих системы за прошедшее от количество квантов прошедшего времени.
К примеру берем кадр киноплёнки — это есть фиксация состояния системы в момент времени Т, Каждый последующий кадр(квант) даёт некоторое отличие от предыдущего. За секунду пройдёт кадра, в результате которых система изменит своё состояние на некоторое значение N.
Вся сложность определения количества информации кроется в определении измеряемого количества состояний в системе. Пока наука не найдёт самый минимальный фундаментальный неделимый элемент, говорить о каком-то всеобщем универсальном бите информации не приходится. Поэтому в каждом новом опыте бит информации определяется путём перечисления всех контролируемых в данном опыте величин.wych-elm
11.03.2017 04:34Планковский бит. Он же планковское время. Минимальный промежуток времени за который может произойти квантовое событие, если считать любое квантовое событие — обменом информацией. То есть, информация — это события. Квантовое событие — минимальная единица информации на физическом уровне.
kauri_39
07.03.2017 22:15-2Можно спросить так: может ли у информации быть менее энергичный носитель, чем фотон?
Полагаю — может, поскольку как то же обмениваются сами фотоны, будучи в запутанном состоянии, информацией. А поскольку скорость их обмена информацией практически мгновенна, то носителем информации у них могут быть продольные волны перепада плотности энергетически плотного эфира/вакуума.
Фотоны перемещаются в этой космической плотной среде и создают поперечные волны, а они гораздо медленнее продольных волн. Именно поэтому гравитационные волны — квадрупольные, как поперечные сжатия-растяжения плотной среды, тоже имеют световую скорость.
Чтобы распространение продольных волны было практически мгновенным, среда распространения должна иметь очень большую плотность. Возможно, близкую к той, что определена в квантовой физике как значение космологической постоянной — на 120 порядков больше, чем значение, определённое в космологии на основе ОТО. Путь решения этой проблемы показан в моей первой публикации.dvserg
07.03.2017 23:24+1> Можно спросить так: может ли у информации быть менее энергичный носитель, чем фотон?
Вопрос не корректен. Почему фотон считается переносчиком элементарного взаимодействия информации?
Почему не электрон, не позитрон, не нейтрино?
telobezumnoe
07.03.2017 14:56всегда казалось горизонт на то и горизонт, и его нельзя пересечь, он будет постоянно отдаляться по мере приближения к нему. так и горизонт событий, что бы выйти за него, нужно двигаться больше скорости света. иначе на пример отправленное излучение в нашу сторону когда либо (за конечное время) долетит и сможет повлиять на нас.
zuborg
Но действительно ли природа устроена таким образом?
Необратимость времени увидели на квантовом уровне:
В конце концов — у нас есть так называемый «коллапс волновой функции» — частица может локализоваться в каком-то определенном состоянии, и это состояние может быть одним и тем же для разных исходных условий, а следовательно, не всегда есть возможность отмотать пленку назад и определить начальное состояние системы.
wych-elm
Возможность отмотать пленку назад не то что бы не всегда есть, получается что ее вообще нет, раз энтропия существует на квантовом уровне.