اقترح الفيزيائيون طريقة لاستخراج المعلومات من الثقب الأسود

اكتشف الفيزيائيون الأمريكيون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا طريقة نظرية لاستخراج المعلومات حول جسيم عالق في ثقب أسود. على المدى الطويل ، يمكن لهذه النظرية أن تساعد في حل مشكلة اختفاء المعلومات في الثقب الأسود ، والتي تسمى غالبًا "نظرية غياب الشعر".

تقول النظرية أن جميع الثقوب السوداء غير الدوارة وغير المشحونة من نفس الكتلة لا يمكن تمييزها عن بعضها البعض. على سبيل المثال ، لا يختلف ثقب أسود تم الحصول عليه من انهيار الجاذبية للمادة ، وثقب أسود من نفس الكتلة ، تم الحصول عليه من انهيار الجاذبية للمادة المضادة ، عن وجهة نظر مراقب خارجي. وهكذا ، في عملية انهيار الجاذبية للمراقب الخارجي ، تنتهك قوانين الحفاظ على الأعداد الكمومية.

تنبأ ستيفن هوكينج في عام 1974 بوجود إشعاع ثقب أسود ، سميت لاحقًا باسمه. إذا ولد زوج من الجسيمات المضادة للجسيمات بالقرب من أفق الثقب الأسود ، يمكن لأحدهما تجنب السقوط في الحفرة والاندفاع إلى الفضاء المحيط. من وجهة نظر مراقب خارجي ، ستبدو هذه العملية مثل إشعاع الثقب الأسود.

نظرًا لأنه يُسمح للثقب الأسود "بالتبخر" تدريجيًا ، فإن هذا يعني أن الثقب يمكن أن ينمو في البداية إلى كتلة معينة ، ثم ينبعث من الكمية المناسبة من الإشعاع ويعود إلى الكتلة الأصلية. في هذه الحالة ، لن يتم ربط الإشعاع المنبعث بأي شكل من الأشكال بالمادة والطاقة التي سقطت سابقًا في الحفرة ، ولن يختلف الثقب الأسود المتناقص بأي حال من الأحوال عن حالته السابقة بنفس الكتلة. أي أن الثقب الأسود يدمر تمامًا المعلومات التي وصلت إليه.

من وجهة نظر ميكانيكا الكم ، هذه مشكلة. على الرغم من حقيقة أنه يعمل مع الاحتمالات (على سبيل المثال ، احتمال أن يكون الإلكترون في مرحلة ما) ، فإن وظائف الموجة في أي حال يجب أن تتصرف بطريقة يمكن التنبؤ بها. إذا كنا نعرف الموجة في لحظة معينة من الزمن ، فيجب أن نكون قادرين على التنبؤ بشكلها الموجي في أي لحظة أخرى. بدون هذه الوحدة ، ستنتج نظرية الكم نتائج لا معنى لها - على سبيل المثال ، لن يكون مجموع جميع الاحتمالات 100 ٪.

يجادل الفيزيائيون الأمريكيون بأنه من الممكن استخراج معلومات حول الجسيمات العالقة في الثقب الأسود إذا كنت تستخدم كلاً من إشعاع هوكينج الموصوف والانتقال الكمي.. يعني هذا الأخير انتقال حالة كمية إلى مسافة باستخدام زوج متشابك من الجسيمات وقناة اتصال كلاسيكية ، حيث يتم تدمير حالة الجسيم عند نقطة الانطلاق أثناء القياس ، ثم إعادة إنشائه في نقطة الاستقبال.

على سبيل المثال ، يُطلب من زوج من الباحثين ، Asa و Vasya ، نقل معلومات حول ظهر إلكترون من إلكترون إلى آخر. يتم وصف مساحة حالات دوران الإلكترون بواسطة المجال Bloch ، ويمكن الإشارة إلى دوران الإلكترون بنقطة على هذا المجال. ولكن إذا كانت آسيا تقيس الدوران مباشرة ، فسوف ينهار إلى إحدى الدولتين. لذلك ، يجب أن تنتقل السبين دون قياس.

لهذا ، سيحتاج الباحثون إلى زوج إضافي من الجسيمات المتشابكة مع بعضها البعض. من خلال قياس حالة جسيم واحد ، من الممكن بنسبة 100٪ اكتشاف حالة جسيم آخر. لذا ، سيكون لدى آسيا إلكترونين - إحداهما يجب نقل حالتها ، والآخر من زوج متشابك ؛ سيكون لفاسيا إلكترون واحد فقط من زوج متشابك.

في عالم الكم ، يغير القياس حالة النظام. يمكن لأليس أن تأخذ اثنين من إلكتروناتها وأن تأخذ قياسًا يقودهم إلى حالة متشابكة. سيؤدي هذا الإجراء إلى كسر الارتباك الذي كان موجودًا بين أحد إلكتروناتها وإلكترون فاسيا. ولكن في نفس الوقت ، يذهب إلكترون فاسين إلى الحالة التي كان فيها إلكترون عاصي - نفس الشخص الذي كان يجب نقل حالته عن بعد.

الآن يمكنك العودة إلى الثقب الأسود وتخيل أن آسيا تحلق خارج أفق الحدث بإلكترونها. تلتقط آسيا أحد الفوتونات الناتجة عن إشعاع هوكينج ، بينما يقع الفوتون الثاني ، الذي يتم الخلط بينه وبين الحالة الأولى ، في الحفرة. ثم تقيس آسيا الزخم الزاوي الكلي للثقب الأسود ، وترمي إلكترونها عليه.

إذا أخذت آسيا الآن مرة أخرى قياسات الثقب الأسود ، فإن هذه القياسات سوف تخلط الثقب الأسود مع الفوتون الذي يقع فيه ، وتنقل حالة الإلكترون إلى الفوتون الموجود تحت تصرفها. وبالتالي ، ستظهر المعلومات حول الإلكترون المفقود مرة أخرى في الجزء المرئي من الكون.

صحيح أن هذه "التكنولوجيا" تسمح لك بإعادة معلومات حول جسيم واحد فقط اختفى في ثقب أسود. للوصول إلى حل النظرية حول "غياب الشعر" ، من الضروري معرفة الآليات الداخلية التي تحدث في الثقوب السوداء. وهذا هو بالضبط السؤال الأكبر والأكثر جوهرية في دراسة هذه الأشياء. للقيام بذلك ، من الضروري تطوير وصف كمي لتفاعل الجاذبية ، الذي يستحيل حتى الآن علماء الفيزياء النظرية في العالم كله.

Source: https://habr.com/ru/post/ar388433/