Les physiciens ont proposé un moyen d'extraire des informations d'un trou noir

Des physiciens américains du California Institute of Technology ont trouvé un moyen théorique d'extraire des informations sur une particule piégée dans un trou noir. À long terme, cette théorie peut aider à résoudre le problème de la disparition d'informations dans un trou noir, souvent appelé «théorème de l'absence de cheveux».

Le théorème dit que tous les trous noirs non tournants et non chargés de la même masse sont indiscernables les uns des autres. Par exemple, un trou noir obtenu par l'effondrement gravitationnel de la matière et un trou noir de la même masse, obtenu par l'effondrement gravitationnel de l'antimatière, ne diffèrent pas du point de vue d'un observateur externe. Ainsi, dans le processus d'effondrement gravitationnel pour l'observateur externe, les lois de conservation des nombres quantiques sont violées.

Stephen Hawking en 1974 a prédit l'existence d'un rayonnement de trou noir, plus tard nommé d'après lui. Si une paire de particules-antiparticules naît près de l'horizon d'un trou noir, l'une d'elles peut éviter de tomber dans le trou et se précipiter dans l'espace environnant. Du point de vue d'un observateur externe, ce processus ressemblera à un rayonnement de trou noir.

Puisqu'un trou noir est autorisé à «s'évaporer» progressivement, cela signifie que le trou peut initialement atteindre une certaine masse, puis émettre la quantité de rayonnement nécessaire et revenir à la masse d'origine. Dans ce cas, le rayonnement émis ne sera en aucun cas lié à la matière et à l'énergie qui sont déjà tombées dans le trou, et un trou noir diminué ne différera en rien de son état passé avec la même masse. Autrement dit, un trou noir détruit complètement les informations qui y sont entrées.

Du point de vue de la mécanique quantique, c'est un problème. Malgré le fait qu'il fonctionne avec des probabilités (par exemple, la probabilité qu'un électron se trouve à un moment donné), les fonctions d'onde doivent en tout cas se comporter de manière prévisible. Si nous connaissons la forme d'onde à un moment donné dans le temps, nous devrions pouvoir prédire sa forme d'onde à tout autre moment. Sans cette unité, la théorie quantique produirait des résultats dénués de sens - par exemple, la somme de toutes les probabilités ne serait pas de 100%.

Les physiciens américains soutiennent qu'il est possible d'extraire des informations sur les particules piégées dans un trou noir si vous utilisez à la fois le rayonnement de Hawking décrit et la téléportation quantique. Ce dernier signifie la transmission d'un état quantique à distance à l'aide d'une paire de particules enchevêtrées et d'un canal de communication classique, dans lequel l'état de la particule est détruit au point de départ pendant la mesure, puis recréé au point de réception.

Par exemple, deux chercheurs, Asa et Vasya, sont tenus de transmettre des informations sur le dos d'un électron d'un électron à un autre. L'espace des états de spin électronique est décrit par la sphère de Bloch, et le spin électronique peut être désigné par un point sur cette sphère. Mais si Asya mesure directement la rotation, il s'effondrera dans l'un des deux états. Par conséquent, le spin doit être transmis sans mesure.

Pour cela, les chercheurs auront besoin d'une paire supplémentaire de particules enchevêtrées les unes avec les autres. En mesurant l'état d'une particule, il est possible avec une probabilité de 100% de découvrir l'état d'une autre. Ainsi, Asya aura deux électrons - l'un dont l'état doit être transféré, et l'autre d'une paire intriquée; Vasya n'aura qu'un seul électron d'une paire emmêlée.

Dans le monde quantique, la mesure modifie l'état du système. Alice peut prendre deux de ses électrons et prendre une mesure qui les amène dans un état intriqué. Cette procédure brisera la confusion qui existait entre l'un de ses électrons et l'électron de Vasya. Mais en même temps, l'électron Vasin entre dans l'état dans lequel se trouvait l'électron d'Asi - le même dont l'état devait être téléporté.

Vous pouvez maintenant retourner dans le trou noir et imaginer qu'Asya plane en dehors de l'horizon des événements avec son électron. Asya attrape l'un des photons générés par le rayonnement Hawking, tandis que le deuxième photon, qui est confondu avec le premier état, tombe dans le trou. Asya mesure ensuite la quantité de mouvement angulaire totale du trou noir et lui lance son électron.

Si Asya prend à nouveau des mesures du trou noir, ces mesures confondront le trou noir avec le photon qui y tombe et téléporteront l'état de l'électron vers le photon à la disposition d'Asya. Ainsi, des informations sur l'électron manquant réapparaîtront dans la partie observable de l'Univers.

Certes, une telle «technologie» vous permet de renvoyer des informations sur une seule particule qui a disparu dans un trou noir. Pour arriver à la solution du théorème sur «l'absence de cheveux», il faut connaître les mécanismes internes qui se produisent dans les trous noirs. Et c'est précisément la question la plus importante et la plus fondamentale dans l'étude de ces objets. Pour cela, il est nécessaire de développer une description quantique de l'interaction gravitationnelle, qui jusqu'à présent échappe aux physiciens théoriciens du monde entier.

Source: https://habr.com/ru/post/fr388433/