Indestructible, 41 - 28 апреля 2015 12:41

Запутанные чёрные дыры

Сто лет назад после разработки Эйнштейном общей теории относительности, физики всё ещё не могут разобраться с пожалуй, одной из наиболее сложных проблем несовместимости во вселенной. Эйнштейн описал ландшафт пространства-времени похожим на картину Сальвадора Дали - плавный, бесшовный, без разрывов, геометрический. Но квантовые частицы, заполняющие пространство, больше похожи на творение Жорж-Пьера Сёра - точечное, дискретное, описываемое вероятностями. Основы этих двух описаний противоречат друг другу. Однако новая идея предполагает, что квантовые корреляции разных точек картины импрессиониста создают не только ландшафты Дали, но и холст, на который они нанесены - а также и трёхмерное пространство вокруг них. Эйнштейн, как это с ним часто бывает, находится в центре всего этого, всё ещё разворачивая наши теории с ног на голову.Описание новой идеи, ER = EPR - будто инициалы, вырезанные на дереве. Это объединение двух идей, предложенных Эйнштейном в 1935 году. Одна - парадокс Эйнштейна-Розена-Подольски (EPR), "пугающее дальнодействие" между двумя элементарными частицами (spooky action at a distance).

Вторая - связь двух чёрных дыр через червоточины (мост Эйнштейна-Розена, ER). Во время рождения этих идей между ними не просматривалось никакой связи. Парадокс EPR даже попал на страницы газет. Но что, если принять, что эти две идеи - проявления одного и того же? Тогда эта связь окажется основой всего пространства-времени. Квантовая запутанность, которая так беспокоила Эйнштейна, будет проявлением пространственных связей, сшивающих пространство, как говорит Леонард Саскинд, физик Стэнфордского университета и один из авторов идеи. Без таких связей пространство распалось бы на "атомы", по мнению Хуана Малдацены, физика из Принстонского института перспективных исследований, со-автора идеи. "Иными словами, сплошная и надёжная структура пространства-времени возможна лишь благодаря незримым запутанностям",- говорит он. Более того, гипотеза ER = EPR может пролить свет на связь гравитации и квантовой механики.Конечно, не всем эта идея нравится (а по мнению Саскинда и не должна - она ещё в зачаточном состоянии). Джо Полчински, исследователь из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, осторожен в своих оценках, но заинтересован: "Не знаю, куда это всё движется, но выглядит достаточно интересно".

Войны чёрных дыр

Дорога, приведшая к ER = EPR сама по себе похожа на лист Мёбиуса, переходя сама в себя и напоминая рисунки Эшера. Начать можно с квантовой запутанности. Если две частицы запутаны, они превращаются в две части одного целого. Что случается с одной, случается с другой, независимо от расстояния между ними.
Хуан Малдацена объясняет это на примере пары перчаток: если вы нашли правую, вы сразу же знаете, что другая будет левой. В этом нет ничего пугающего. Но в квантовой механике обе перчатки сразу и левые, и правые (и все промежуточные варианты), пока вы не проведёте наблюдения над одной из них. Что ещё страньше - левая перчатка не становится левой, пока вы не найдёте правую - и в этот момент они обе обретают свои свойства.Запутанность тесно связана с открытием Стивена Хокинга от 1974 года того факта, что чёрные дыры испаряются. В пространстве постоянно появляются пары виртуальных частиц материи и антиматерии. Хокинг понял, что если одна частица упадёт в чёрную дыру, а другая сбежит от неё, то дыра будет испускать излучение. Через достаточное количество времени дыра исчезнет, что поднимает вопрос об информации, исчезающей вместе с ней.Но законы квантового мира запрещают уничтожение информации. Поэтому возникает вопрос - будет ли информация, попавшая в чёрную дыру, просто зашифрованной, или же она действительно исчезнет?

Споры по этому поводу привели к т.н. "войнам чёрных дыр".В конце концов Саскинд понял, что вся информация, упавшая в дыру, попадает в ловушку её двумерного горизонта событий. И всё хранится в нём, будто в голограмме. Это как если бы биты информации, необходимые для воссоздания вашего дома и всего его содержимого, могли бы разместиться на его стенах. Информация не теряется - она шифруется и хранится вне доступа.Продолжив работу над идеей, Саскинд и Малдацена начали использовать голографию не только для понимания чёрных дыр, но и любого участка пространства, который можно описать его границами. За последние десять лет безумная идея, что пространство - это голограмма, превратилась в обыденную, в инструмент физиков, используемый везде, от космологии до сверхплотной материи. "Одно из тех событий, случающихся с научными идеями, состоит в том, что они из безумной идеи переходят в хорошую идею, а затем - в рабочий инструмент,- говорит Саскинд. Это уже стало рутиной".

Голография была связана с тем, что происходит на границах объектов, включая горизонт событий чёрной дыры. Остался вопрос - что же происходит внутри. Поскольку никакая информация не может покинуть внутренности горизонта событий, законы физики запрещают непосредственные проверки внутренностей чёрной дыры.Затем в 2012 году физики Алмхейри, Маролф, Полчински и Салли - все из Санта-Барбары, пришли к такому странному выводу, что можно было сказать - погодите-ка. Мы ничего не знаем.Т.н. работа AMPS (по инициалам авторов) говорит, что у чёрных дыр вообще может не быть внутренностей, поскольку "стена огня" на горизонте событий уничтожит всё, что попробует раскрыть их секреты.

• 
• 
•