भौतिकविदों को ब्लैक होल में जानकारी के गायब होने के विरोधाभास की इतनी चिंता क्यों है

जेट और अभिवृद्धि डिस्क के साथ ब्लैक होल

प्रिय डॉ। बी।

भौतिकविदों को ब्लैक होल में जानकारी के गायब होने की इतनी चिंता क्यों है, क्योंकि एक नियमित दिनचर्या की प्रकृति के अलावा अन्य अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं हैं। एक स्पष्ट उदाहरण एक पृथक प्रणाली में एन्ट्रापी में वृद्धि है, और दूसरा क्वांटम यांत्रिकी में माप है।

सादर, पेट्री।

प्रिय पेट्री,

यह बहुत अच्छा प्रश्न है। भ्रम सूचना विरोधाभास के साथ एक अतिशयोक्तिपूर्ण ब्लैक होल के साथ एक अभिवृद्धि डिस्क के रूप में संबंधित है। कुछ हफ्ते पहले, मैंने पाया कि मेरे पति ने भी वास्तव में इस समस्या को नहीं समझा था, और उनके पास सिर्फ भौतिकी में डॉक्टरेट नहीं था, उन्होंने 15 साल तक इस मुद्दे के बारे में मेरी बात का समर्थन भी किया!

इसलिए मुझे यह समझाने में खुशी होगी कि सिद्धांतकार और बीएच के बारे में इतने चिंतित क्यों हैं। इस समस्या के दो पहलू हैं: वैज्ञानिक और सामाजिक। आइए वैज्ञानिक से शुरू करते हैं।

सापेक्षता के शास्त्रीय सामान्य सिद्धांत में, ब्लैक होल किसी विशेष समस्या का सामना नहीं करते हैं। बेशक, उनमें एक विलक्षणता होती है जिसमें वक्रता अनंतता में बदल जाती है - और यह भौतिकी की भावना के विपरीत माना जाता है - लेकिन बीएचएस इसे घटनाओं के क्षितिज से परे छिपाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप यह किसी को नुकसान नहीं पहुंचाता है।

लेकिन, स्टीफन हॉकिंग ने बताया, यह देखते हुए कि ब्रह्मांड, निर्वात सहित, क्वांटम सामग्री क्षेत्रों से भरा है, आप गणना कर सकते हैं कि ब्लैक होल कणों का उत्सर्जन करते हैं; इस प्रक्रिया को आज "हॉकिंग विकिरण" कहा जाता है। क्वांटम सामग्री क्षेत्रों के साथ गैर-मात्रात्मक गुरुत्वाकर्षण के इस तरह के संयोजन को "अर्ध-शास्त्रीय" गुरुत्वाकर्षण के रूप में जाना जाता है, और एक अच्छा सन्निकटन के रूप में काम करना चाहिए जब तक कि गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम प्रभाव को उपेक्षित नहीं किया जा सकता है, जब तक कि आप अकेलेपन के बहुत करीब नहीं हैं।

हॉकिंग विकिरण में उलझे हुए कणों के जोड़े होते हैं। प्रत्येक जोड़े में, एक कण ब्लैक होल में गिरता है, और दूसरा भाग जाता है। इससे BH जन का नुकसान होता है, अर्थात BH संकुचित होता है। अंत में, यह पूरी तरह से द्रव्यमान खो देता है, और इसके परिणामस्वरूप, केवल हॉकिंग विकिरण के कण हर जगह बिखरे हुए रहते हैं।

समस्या यह है कि भगोड़े कणों में ब्लैक होल के गठन के बारे में कोई जानकारी नहीं होती है। इसके अलावा, BH में गिरे इन कणों के भागीदारों की जानकारी भी खो जाती है। यदि हम BH वाष्पीकरण के दुष्प्रभावों का अध्ययन करते हैं, तो हम यह नहीं कह सकते कि प्रारंभिक अवस्था क्या थी; आप केवल कुल द्रव्यमान, आवेश और कोणीय गति की गणना कर सकते हैं - ब्लैक होल ( और एक qubit ) के तीन "बाल"। यह पता चला है कि बीएच वाष्पीकरण अपरिवर्तनीय है।



लेकिन क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत (CFT) में, अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं मौजूद नहीं हैं। तकनीकी शब्दजाल में बोलते हुए, BH शुद्ध राज्यों को मिश्रित में बदल देते हैं, जो कि बिल्कुल भी नहीं होना चाहिए। इसलिए, बीएच के वाष्पीकरण से आंतरिक विरोधाभास होता है: आप केटीपी को जीआर के साथ जोड़ते हैं, लेकिन परिणाम केटीपी के साथ असंगत है।

सवालों के जवाब देना: बढ़ती एन्ट्रापी आमतौर पर मौलिक अपरिवर्तनीयता को लागू नहीं करती है, केवल व्यावहारिक है। इस तथ्य के कारण एंट्रॉपी बढ़ जाती है कि रिवर्स प्रक्रिया को देखने की संभावना छोटी है। लेकिन सिद्धांत रूप में, किसी भी प्रक्रिया को प्रतिवर्ती होना चाहिए: अंडे तोड़ना, आटा गूंधना, किताबें जलाना - इसके विपरीत प्रक्रियाओं को आसानी से गणितीय रूप से वर्णित किया जा सकता है। हम केवल उनका निरीक्षण नहीं करते हैं, क्योंकि इस तरह के आयोजन के लिए प्रारंभिक रूप से बहुत कम प्रारंभिक अवस्थाओं की आवश्यकता होती है। एन्ट्रापी में एक मजबूत वृद्धि प्रक्रिया को व्यावहारिक रूप से अपरिवर्तनीय बनाती है, लेकिन सैद्धांतिक रूप से प्रतिवर्ती है।

और यह ब्लैक होल के वाष्पीकरण को छोड़कर सभी प्रक्रियाओं के लिए सही है। कोई भी ठीक-ठीक ट्यूनिंग ब्लैक होल में खोई जानकारी वापस नहीं करेगा। यह मूलभूत अपरिवर्तनीयता का एकमात्र ज्ञात मामला है। हम जानते हैं कि यह बुरा है, लेकिन हम नहीं जानते कि वास्तव में क्या गलत है। इसलिए हम चिंतित हैं।

क्वांटम यांत्रिकी में अपरिवर्तनीयता, जिसके बारे में आपने प्रश्न में बात की थी, माप प्रक्रिया से आती है, लेकिन माप किए जाने से पहले ही BH की वाष्पीकरण अपरिवर्तनीय है। बेशक, कोई भी आपत्ति कर सकता है - इतनी चिंता क्यों है अगर हम जो कुछ भी देख सकते हैं वह अभी भी मापा जाना है? हां, इस तरह की आपत्ति संभव है, और इसका उपयोग पहले ही किया जा चुका है। लेकिन अपने आप में, यह विरोधाभासों को समाप्त नहीं करता है। वैसे भी, आपको यह दिखाने की ज़रूरत है कि आप दो गणितीय प्लेटफार्मों को कैसे समेट सकते हैं।

इस समस्या ने इस ओर ध्यान आकर्षित किया है क्योंकि इसका गणित बहुत स्पष्ट है, और परिणाम वैश्विक हैं। हॉकिंग का वाष्पीकरण भौतिक क्षेत्रों की क्वांटम गुणों पर निर्भर करता है, लेकिन अंतरिक्ष और समय के क्वांटम गुणों को ध्यान में नहीं रखता है। इसलिए, यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि विरोधाभासों को खत्म करने के लिए अंतरिक्ष-समय की मात्रा का निर्धारण आवश्यक है। सूचना के लुप्त होने की समस्या को हल करने की प्रक्रिया में, हम क्वांटम गुरुत्व के सिद्धांत के क्षेत्र में कुछ नया सीखेंगे। इसलिए, ब्लैक होल में जानकारी का गायब होना एक बहुत बड़ा तार्किक रहस्य है, जिसमें बहुत अधिक संभावित लाभ हैं - यह इसे इतना लुभावना बना देता है।

अब समाजशास्त्र के बारे में। आपने देखा होगा कि यह समस्या इतनी नई नहीं है। वह मेरे जन्म से पहले दिखाई दिया। मेरे पूरे जीवन में, इस पर हजारों कार्य लिखे गए हैं, और सैकड़ों समाधान प्रस्तावित किए गए हैं, लेकिन सिद्धांतकार उनमें से किसी पर भी सहमत नहीं हो सकते। ऐसा इसलिए है क्योंकि उन्हें ऐसा नहीं करना है: उन बीएचएस के लिए जिन्हें हम देख सकते हैं (उदाहरण के लिए, हमारे गैलेक्सी के केंद्र में), हॉकिंग विकिरण का तापमान इतना कम है कि हम उड़ान कणों को माप नहीं सकते। इसलिए, बीएच वाष्पीकरण गणितीय विचार के लिए एक आदर्श सैंडबॉक्स है।



सूचना हानि की समस्या के लिए, एक स्पष्ट समाधान है जो लंबे समय से इंगित किया गया है। BH जानकारी को नष्ट कर देता है, क्योंकि क्षितिज से परे होने वाली हर चीज एकवचन है और नष्ट हो जाती है। लेकिन विलक्षणता को एक गणितीय विरूपण साक्ष्य माना जाता है, जो कि क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत में नहीं होना चाहिए। विलक्षणता को दूर करें - समस्या को दूर करें।

दरअसल, हॉकिंग की गणना तब काम करना बंद कर देती है, जब BH लगभग अपना सारा द्रव्यमान खो देता है और इतना छोटा हो जाता है कि क्वांटम गुरुत्वाकर्षण काम करने लगता है। इसका मतलब यह है कि जानकारी बहुत ही अंतिम चरण में, क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के चरण को तोड़ देगी, और कोई विरोधाभास नहीं होगा।

लेकिन यह स्पष्ट समाधान भी असुविधाजनक है, क्योंकि अगर आपको नहीं पता कि विलक्षणता के पास क्या होता है और मजबूत वक्रता वाले मामलों में, कुछ भी गणना नहीं की जा सकती है, क्योंकि इसके लिए क्वांटम गुरुत्वाकर्षण की आवश्यकता होगी। इसलिए यह विचार बहुत फलदायी नहीं है। इसकी मदद से कुछ वैज्ञानिक पत्र लिखे जा सकते हैं और कुछ ने इसके बारे में लिखा है। यह मान लेना बहुत अधिक उपयोगी है कि हॉकिंग की गणना कहीं और गलत है।

दुर्भाग्य से, यदि आप साहित्य में खुदाई करते हैं और यह पता लगाने की कोशिश करते हैं कि मजबूत वक्रता के एक चरण में जानकारी किस आधार पर सामने आती है तो खारिज कर दिया गया था, तो आप पाएंगे कि यह औचित्य मुख्य रूप से सामाजिक है, वैज्ञानिक नहीं।

यदि सूचना को ब्लैक होल में लंबे समय तक विलंबित किया जाता है, तो इसका मतलब है कि छोटे ब्लैक होल में जानकारी के कई अलग-अलग संयोजन होने चाहिए। कई पत्रों में तर्क दिया गया है कि इस तरह के BHs को धीरे-धीरे जानकारी का उत्सर्जन करना चाहिए, जिसका अर्थ है कि छोटे BH को अनंत संख्या में कणों के रूप में व्यवहार करना चाहिए। इस मामले में, कार्यों के लेखक का दावा है, उन्हें कमजोर पृष्ठभूमि के क्षेत्रों में भी अनंत मात्रा में दिखाई देना चाहिए (उदाहरण के लिए, पृथ्वी के बगल में), जो वास्तव में मनाया नहीं जाता है।

दुर्भाग्य से, ये तर्क निराधार धारणा पर आधारित हैं कि BH का अंदरूनी हिस्सा छोटा है। लेकिन सामान्य सापेक्षता में सतह क्षेत्र और मात्रा के बीच कोई स्पष्ट संबंध नहीं है, क्योंकि अंतरिक्ष को घुमावदार किया जा सकता है। यह धारणा कि छोटे बीएचएस जिसके लिए क्वांटम गुरुत्व मजबूत है, को वर्णित किया जा सकता है क्योंकि कण भी निराधार हैं ।

नतीजतन, लियोनार्ड सैसकिंड ने इस विचार को खारिज करते हुए एक काम लिखा कि जानकारी लंबे समय तक ब्लैक होल में रहती है और उनके जीवन के अंत में जारी की जाती है। इससे हर किसी के लिए यह घोषित करना संभव हो गया कि स्पष्ट समाधान काम नहीं करता था, और अपने स्वयं के तर्कों के साथ अनगिनत नए कार्यों को जारी करना शुरू कर दिया।

संदेह के लिए खेद है, लेकिन मैं इस स्थिति का आकलन कैसे करता हूं। मैं यह भी स्वीकार करता हूं कि कागजों के इस पहाड़ में मेरा खुद का हाथ था, क्योंकि वैज्ञानिक दुनिया बस ऐसे ही काम करती है। मुझे भी कुछ जीने की जरूरत है।

यह एक और कारण है कि भौतिक विज्ञानी BH में सूचना के लुप्त होने को लेकर इतने चिंतित हैं: चूंकि इस विषय पर चर्चा प्रायोगिक आंकड़ों तक सीमित नहीं है, इसलिए इस पर कागजात लिखना बहुत आसान है, और चूंकि इस विषय पर बहुत से लोग काम करते हैं, इसलिए कोई समस्या नहीं है समस्याओं।