Dwóch badaczy zadeklarowało zamiar uczestniczenia w wyścigu o rozwiązanie paradoksu informacyjnego czarnych dziur, w którym cała fizyka teoretyczna była zaangażowana od wielu lat, za pomocą nowego narzędzia - lasera.
Co więc mogą zrobić lasery z czarnymi dziurami? Oczywiście, to nie małe urządzenia, za pomocą których wielu zabawia swoje koty, to promieniowanie laserowe, jako podstawowa koncepcja fizyki, i jej zastosowanie do informacji znikających w czarnej dziurze.
Słowa „laser” są na ogół skrótem, co oznacza „wzmocnienie blasku przez stymulowaną emisję” (Wzmocnienie światła przez stymulowaną emisję promieniowania). W swojej najprostszej postaci promieniowanie laserowe jest generowane przez oddziaływanie fotonu z wzbudzonym atomem, który kopiuje go, a tym samym wytwarza wzmocnienie jarzeniowe. W takim procesie powstają skolimowane promienie światła spójnego, szeroko stosowane w komunikacji, przemyśle i rozrywce.
Chris Adami
Chris Adami, nauczyciel fizyki z University of Michigan, porównuje laser do kopiarki, który może wykonać dwie identyczne kopie czegokolwiek. Jeśli zastosujemy ten mechanizm do horyzontu zdarzeń, według Adami, możemy uzyskać rozwiązanie tak zwanego „paradoksu ściany ognia” na granicy czarnych dziur.
7 kwietnia w wydaniu Classical and Quantum Gravity opublikowano wspólny artykuł autorstwa Chrisa Adami i Grega Vega Stiga (Greg Ver Steeg) z University of Southern California w Los Angeles na podstawie tego badania. Ściana ognia (firewall) nie stała się powszechnie uznawanym rozwiązaniem w świecie fizyki przez dziesięciolecia debaty na temat znikania informacji w czarnych dziurach.
W latach siedemdziesiątych słynny badacz czarnych dziur, Stephen Hawking, założył, że czarne dziury nie są tak czarne. Zgodnie z poglądem Hawkinga na fizykę kwantową nagle pojawiają się pary wirtualnych cząstek, które niszczą się nawzajem, a następnie szybko znikają. A na skraju horyzontu zdarzeń znajduje się punkt, w którym zniekształcenie czasoprzestrzenne jest tak silne, że nawet promieniowanie nie może uniknąć kontroli czarnej dziury. W związku z tym cząstka wirtualna może zostać uwięziona i uniknąć zniszczenia przez jej „partnera”, stając się tym samym prawdziwym i biorąc maleńki kawałek materiału z czarnej dziury.
To niewielkie „odparowanie” masy nazwano promieniowaniem Hawkinga i radykalnie zmieniło nasze spojrzenie na czarne dziury - okazuje się, że odparowują i prędzej czy później (w zależności od ich masy) znikają. Okazało się, że czarne dziury nie są tak trwałe, jak kiedyś sądziliśmy.
Koncepcja „promieniowania Hawkinga” oznaczała pojawienie się istotnego i chorego pytania teoretycznego, które sprowadzało się do interakcji czarnych dziur z informacjami. Ostatecznie wszystkie informacje, które wpadają do czarnej dziury, zapadają się i znikają, całkowicie wyparowując. A taki scenariusz narusza nasze rozumienie fizycznego działania wszechświata. Czy więc informacje są naprawdę niszczone, czy też nadal są nieznane?
Przez kilkadziesiąt lat kontrowersji wśród naukowców (w tym Hawkinga i innych kluczowych postaci), najnowszy postęp w tej kwestii nastąpił w 2012 r., Kiedy fizyka prowadzona przez Josepha Polchinsky'ego z University of California w Santa Barbara przeprowadziła badania nad paradoksem wymierania. Jeśli czarne dziury naprawdę nie niszczą informacji, wówczas coś dzieje się na samym horyzoncie wydarzenia czarnej dziury zwanego „ścianą ognia”.
Na początku tego roku Hawking twierdził, że ściana ognia jest niepotrzebną koncepcją i bronił swojej „ściany chaosu”, która losowo miesza informacje (a zatem nie narusza reguł kwantowych) i zmienia położenie horyzontu zdarzeń w w zależności od przychodzących informacji. W scenariuszu zaproponowanym przez Hawkinga horyzont zdarzeń w klasycznym znaczeniu nie istnieje, zastępuje go „widoczny horyzont”.
Oczywiście nie jest to zwycięstwo Hawkinga ani nikogo innego, tylko kolejny pomysł, który w jakiś sposób tworzy równowagę między oczywiście sprzecznymi teoriami o informacjach wpadających do czarnej dziury.
Być może wszystko jest zbyt skomplikowane lub nie poświęcono należytej uwagi samemu mechanizmowi. I tutaj pojawia się pomysł Adami na stymulowaną emisję.
W informacji prasowej w telewizji Adami mówił o swojej wizji tego problemu. Jego zdaniem fizyka nie może być spójna bez zastosowania mechanizmu kopiowania odkrytego przez A. Einsteina już w 1917 roku. Według niego, zanim czarna dziura wchłonie jakąkolwiek informację, należy utworzyć jej kopię, która pozostaje na zewnątrz.
Paul Davis, fizyk teoretyczny z University of Arizona, chwalił decyzję Chrisa Adamiego za poprawną. Dodał, że zdumiewające było, jak wiele lat było ukryte w tak prostej formie.
Ponieważ materia dotyczy horyzontu zdarzeń czarnej dziury, Adami uważa, że promieniowanie jest wytwarzane przez stymulowane promieniowanie, podczas gdy kopia informacji wpada do dziury. To promieniowanie różni się od promieniowania Hawkinga, które również ma miejsce.
Wymuszone promieniowanie, zgodnie z publikacją Adami i Vera Stig, jest bardzo podobne do procesu kopiowania informacji: jedna cząstka wchodzi, dwie wychodzą z dokładnie tym samym zestawem liczb kwantowych.
Jednak w świecie kwantowym informacji nie można idealnie skopiować (pojęcie zwane twierdzeniem o niemożliwości klonowania) i okazuje się, że emisja spontaniczna (promieniowanie Hawkinga) zakłóca doskonałe klonowanie, tworząc niezbędną minimalną ilość hałasu.
Naukowcy twierdzą, że to badanie nie odnosi się bezpośrednio do informacji poza horyzontem czarnej dziury. Jednakże, ponieważ stymulowane promieniowanie może nadal występować w tym horyzoncie, rozwiązanie to może okazać się właściwe dla problemu paradoksu informacyjnego.
Adami uważa, że teoria Stephena Hawkinga jest teraz uzupełniona. Jego zdaniem pustka w teorii czarnych dziur jest teraz zamknięta, co dało mu możliwość spania w nocy.
Zatem następnym pytaniem, jakie może się pojawić, jest sposób wykrywania tego stymulowanego promieniowania, jeśli rzeczywiście istnieje?
