Още един опит за решаването на знаменития парадокс на Хокинг

Един от най-известните парадокси на физика Стивън Хокинг може би най-накрая е разрешен. Изследване показва, че черните дупки могат да съдържат информация за масивните звезди, които са ги създали. Изследването е публикувано в списание Physics Letters B.

Лъчението на Хокинг

В класическата физика черните дупки са сравнително опростени обекти, които могат да бъдат характеризирани с помощта на три фактора: маса, ъглов момент и електрически заряд. От друга страна, масивните звезди, които ги пораждат, са много по-сложни, те се състоят от сложен набор от протони, електрони и неутрони, обединени в химични елементи.

Лъчението на Хокинг е явление, което се наблюдава в близост до черните дупки. Според общата теория на относителността и квантовата механика близо до ръба на хоризонта на черната дупка постоянно се появяват виртуални частици. Обикновено тези частици веднага изчезват. Поради квантовите ефекти обаче една от тези частици може да заседне в хоризонта на черната дупка, а другата да успее да се освободи. Този процес води до изпускане на лъчение от черната дупка (оттук и наименованието „лъчение на Хокинг„).

Това лъчение е важно, защото показва, че черните дупки не са напълно „черни“. Те наистина излъчват енергия, което противоречи на традиционната идея, че нищо не може да избяга от тези обекти със съществена гравитационна сила.

Парадоксът на лъчението на Хокинг

Според научната работа на Хокинг, публикувана в средата на 70-те години на миналия век, това излъчване бавно натиска черните дупки под формата на топлинна енергия. Поради топлинния си характер това излъчване не може да носи никаква информация. За огромни периоди от време изтичането на тази радиация би могло да доведе до пълното разпадане на черните дупки, а оттам и на цялата информация за звездите, които са ги създали.

Тази теория противоречи на закона за запазване на информацията, приет в квантовата физика. Според този закон първичната информация не може нито да се създава, нито да се унищожава. Тя може само да се пренася или трансформира. Следователно парадоксът се състои в това как да се съчетае предсказаното от Хокинг емитиране на радиация със запазването на информацията. За разрешаването на този парадокс са предложени няколко хипотези и теории, включително идеята, че информацията всъщност не се губи, а просто се скрива някъде.

Новото предположение

В своята научна работа изследователи от Университета в Съсекс (Англия) и Университета в Мичиган (САЩ) се опитват да решат този проблем. В новото изследване екипът преоценява изчисленията на Хокинг, като взема предвид ефектите на квантовата гравитация (описание на гравитацията в съответствие с принципите на квантовата механика) – нещо, което Хокинг не е, и всъщност нямало е как направи по онова време.

Въпреки че тези квантови гравитационни корекции са малки, те са от решаващо значение. Изчисленията показват, че те променят лъчението на Хокинг по такъв начин, че то става нетермално. С други думи, при наличието на квантова гравитация излъчването може да съдържа информация.

По този начин тази научна работа даде възможност да се определи физическият процес, при който информацията напуска черната дупка чрез лъчението на Хокинг и как тя може да бъде възстановена от външен наблюдател. За целта обаче е необходим достатъчно чувствителен инструмент за измерване на лъчението на Хокинг, който понастоящем е извън нашите възможности. Един от начините за развитие на тази идея може да бъде изучаването на математически модели на това излъчване в лабораторни условия.