Paradoks informacyjny czarnej dziury Hawkinga - Fabio Pacucci

Zobacz całą lekcję: https://ed.ted.com/lessons/hawking-s-black-hole-paradox-explained-information-paradox

Jeden z największych paradoksów we wszechświecie grozi odkryciem nowych obszarów ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej: paradoks informacyjny czarnej dziury. Każdy obiekt we wszechświecie składa się z cząstek o unikalnych właściwościach kwantowych. Nawet jeśli zniszczymy dany obiekt nie do poznania, jego informacja kwantowa nigdy nie zostaje trwale usunięta. Ale co dzieje się z tą informacją, gdy obiekt wpada do czarnej dziury? Fabio Pacucci zgłębia ten temat.

Lekcja: Fabio Pacucci, reżyseria: Artrake Studio.

Naukowcy pracują na granicy nieznanego,

gdzie każde odkrycie otwiera ścieżkę
do pustki niepewności.

Nic nie jest bardziej niepewne

lub potencjalnie oświecające niż paradoks.

W historii paradoksy
podważały wszystko, co wiemy,

i równie często zmieniały
nasze rozumienie świata.

Dziś jeden z największych
paradoksów we wszechświecie

grozi odkryciem nowych obszarów

ogólnej teorii względności
i mechaniki kwantowej:

paradoks informacyjny czarnej dziury.

Aby zrozumieć ten paradoks,

musimy najpierw zdefiniować,
co rozumiemy przez "informację".

Zazwyczaj informacje, o których mówimy,
są widoczne gołym okiem.

Przykładowo taka informacja mówi nam,

że jabłko jest czerwone,
okrągłe i błyszczące.

Ale fizycy bardziej interesują się
informacją kwantową.

Odnosi się do właściwości kwantowych
wszystkich cząstek tworzących jabłko,

takich jak ich pozycja, prędkość i spin.

Każdy obiekt we wszechświecie

składa się z cząstek o unikalnych
właściwościach kwantowych.

Idea ta jest najbardziej widoczna
w podstawowym prawie fizyki:

całkowita ilość informacji kwantowej
we wszechświecie musi być zachowana.

Nawet jeśli zniszczymy obiekt
nie do poznania,

jego informacja kwantowa
nigdy nie zostaje trwale usunięta.

Teoretycznie znajomość tych informacji

pozwala nam odtworzyć
obiekt z jego cząstek.

Zachowanie informacji to nie tylko
arbitralna reguła,

ale matematyczna konieczność,
na której zbudowano dużą część

współczesnej nauki.

W przypadku czarnych dziur
te podstawy nie są takie pewne.

Kiedy jabłko wpadnie do czarnej dziury,

wydaje się, że opuszcza wszechświat,

a cała jego informacja kwantowa
zostaje bezpowrotnie utracona.

Jednak nie od razu łamie to prawa fizyki.

Informacje są niewidoczne,

ale mogą nadal istnieć
w tajemniczej pustce czarnej dziury.

Alternatywnie, niektóre teorie sugerują,

że informacje nawet
nie trafiają do czarnej dziury.

Patrząc z zewnątrz, to tak,
jakby informacja kwantowa jabłka

była zakodowana na powierzchni
czarnej dziury, zwanej horyzontem zdarzeń.

Wraz ze wzrostem masy czarnej dziury,

wzrasta też powierzchnia
horyzontu zdarzeń.

Możliwe więc, że czarna dziura
połyka obiekt,

oraz rośnie tak, że zachowuje
jego informacje kwantowe.

Ale niezależnie od tego, czy informacje
są zachowane wewnątrz czarnej dziury,

czy na jej powierzchni,

prawa fizyki pozostają nienaruszone;

dopóki nie uwzględni się
promieniowania Hawkinga.

Stephen Hawking odkrył
to zjawisko w 1974 roku

pokazuje, że czarne dziury
stopniowo "parują".

W niewiarygodnie długim czasie

czarne dziury tracą masę, gdy zrzucają
cząsteczki z horyzontu zdarzeń.

Ostatecznie wydaje się,
że parujące cząstki

nie są powiązane z informacją,
którą koduje czarna dziura.

To sugeruje, że czarna dziura

i wszystkie zawarte w niej
informacje kwantowe

mogą zostać całkowicie usunięte.

Czy informacja kwantowa naprawdę znika?

Jeśli nie, to gdzie trafia?

Choć proces "parowania"
trwałby niewiarygodnie długo,

pytania, które stawia fizykom,
są o wiele pilniejsze.

Zniszczenie informacji zmusiłoby nas
do napisania od nowa

niektórych z najbardziej podstawowych
paradygmatów naukowych.

Ale na szczęście w nauce

każdy paradoks to szansa na nowe odkrycia.

Naukowcy badają szeroki zakres
możliwych rozwiązań

paradoksu informacyjnego.

Niektórzy twierdzą,

że informacje są zakodowane
w promieniowaniu uciekającym,

w sposób, którego jeszcze nie rozumiemy.

Inni sugerują, że paradoks
to tylko nieporozumienie

dotyczące interakcji ogólnej teorii
względności i kwantowej teorii pola.

Odpowiednio

te dwie teorie opisują największe
i najmniejsze zjawiska fizyczne,

a ich połączenie jest niezwykle trudne.

Niektórzy badacze twierdzą,
że rozwiązaniem tego i innych paradoksów

będzie „ujednolicona teoria wszystkiego”.

Najbardziej zadziwiającą teorią,

jaką można wyciągnąć
z badania tego paradoksu,

jest zasada holograficzna.

Zasada ta, pogłębiając pogląd,
że powierzchnia 2D horyzontu zdarzeń

może przechowywać informacje kwantowe,

sugeruje, że sama granica
obserwowalnego wszechświata

jest też powierzchnią 2D
zakodowaną informacjami

o prawdziwych obiektach 3D.

Jeśli to prawda, możliwe jest,
że rzeczywistość, jaką znamy,

jest po prostu holograficzną
projekcją tej informacji.

Jeśli zostanie to udowodnione,
każda z teorii zrodzi nowe pytania,

jednocześnie zachowując
nasze obecne modele wszechświata.

Ale możliwe też, że wcale nie mamy racji!

Tak czy inaczej, ten paradoks
pomógł nam zrobić kolejny krok

w nieznane.