Lubang hitam dan tembok akademik

Jatuh ke dalam lubang hitam biasanya sederhana: Anda tidak akan melihat apa pun. Tetapi bisakah tembok muncul di jalan Anda?

Menurut Einstein, Anda tidak akan melihat saat melintasi cakrawala peristiwa lubang hitam. Tetapi sekarang para peneliti membuktikan bahwa tembok api (atau batu bata) dapat muncul di jalan Anda. Apakah mereka semua menjadi gila sekaligus?



Tl; dr: Ya.

Terkadang sangat sulit untuk memahami mengapa seseorang akan membuang waktu untuk menyelesaikan masalah akademis seperti kehilangan informasi dalam lubang hitam. Dan ini saya katakan, setelah menghabiskan sebagian besar dekade terakhir memikirkan lubang hitam. Apakah fisikawan tidak ada hubungannya di dunia yang menderita perang dan penyakit, atau setidaknya kesalahan tata bahasa? Apa yang memotivasi para peneliti ini, selain harapan untuk menjadi berita utama berkat teka-teki berusia 40 tahun?



Banyak fisikawan saat ini sedang mengerjakan topik-topik seperti hilangnya informasi di lubang hitam yang tampaknya terpisah dari kenyataan. Lubang hitam akan dapat menghancurkan informasi setelah penguapan total, dan ini tidak akan terjadi dalam 100 miliar tahun ke depan. Apa yang mendorong para ilmuwan ini bukanlah aplikasi praktis dari ide-ide mereka, tetapi kesadaran bahwa saat ini seseorang harus membuka jalan bagi sains, yang akan menjadi perlu dalam seratus, ribu, atau sepuluh ribu tahun. Dan membaca tajuk berita yang menggambarkan kekacauan yang terjadi, saya pikir kemurnian argumen ini dan logika tak terhindarkan yang mengarah ke paradoks hanya menambah bobotnya.

Dan saya bisa terbawa dengan teka-teki kawat.



Jika kehilangan informasi dalam lubang hitam adalah detektif ruang, maka teori kuantum adalah korban. Stephen Hawking menunjukkan pada awal 1970-an bahwa kombinasi teori kuantum dengan gravitasi memberi kita radiasi termal dari lubang hitam. "Radiasi Hawking" ini terdiri dari partikel yang tidak mengandung informasi apa pun selain suhu. Dan ketika lubang hitam benar-benar menguap, semua informasi tentang apa yang jatuh ke dalamnya dihancurkan. Tetapi penghancuran informasi semacam itu tidak sesuai dengan teori kuantum itu sendiri, yang digunakan untuk membuktikan kesimpulan ini. Dalam teori kuantum, semua proses bersifat reversibel dalam waktu, tetapi penguapan lubang hitam, tampaknya, tidak dapat dipulihkan.

Dan ini adalah teka-teki serius bagi fisikawan, karena ini menunjukkan bahwa gravitasi dan teori kuantum tidak mau digabungkan. Jelaskan masalahnya, menarik teori gravitasi kuantum yang tidak diketahui, juga gagal. Radiasi Hawking bukanlah proses gravitasi kuantum, dan meskipun gravitasi kuantum pada beberapa titik menjadi penting dalam tahap akhir penguapan black hole, ia berpendapat bahwa pada saat itu sudah terlambat untuk mengekstraksi semua informasi.



Situasi berubah secara dramatis pada akhir 1990-an, ketika Maldacena menyarankan bahwa teori gravitasi tertentu setara dengan mengukur teori. Ini "korespondensi pengukur dan gravitasi" yang terkenal ini ditemukan dalam teori string, dan meskipun belum terbukti secara matematis, ini menghilangkan masalah kehilangan informasi dalam lubang hitam, karena tidak peduli apa yang terjadi selama penguapan lubang hitam, itu dijelaskan secara setara dalam teori ukuran. Teori ukuran tidak membunuh informasi, dan karenanya tidak ada masalah.

Meskipun kesesuaian kalibrasi dan gravitasi meyakinkan banyak orang, termasuk Stephen Hawking sendiri, bahwa lubang hitam tidak menghancurkan informasi, itu tidak menjelaskan bagaimana tepatnya informasi keluar dari lubang hitam. Penelitian berlanjut, tetapi rasa puas diri menyebar di antara fisikawan teoretis. Teori string tampaknya telah menyelesaikan paradoks, dan itu hanya masalah waktu sebelum kita memahami perinciannya.



Tapi semuanya salah. Sebaliknya, pada 2012, sekelompok fisikawan, Almheiri, Marolf, Polchinski, dan Sally (Almheiri, Marolf, Polchinski, Sully - AMPS) menunjukkan bahwa "keputusan" ini bertentangan. Mereka menunjukkan bahwa empat asumsi, kebenaran yang diyakini oleh kebanyakan ahli teori string, tidak dapat dipenuhi secara bersamaan. Ini adalah asumsi:

1. Lubang hitam tidak merusak informasi.
2. .
3. , , .
4. , , .

Asumsi kedua mengulangi pernyataan bahwa radiasi Hawking bukanlah efek gravitasi kuantum. Ketiga, derivasi microstate black hole dalam teori string dari perhitungan. Keempat - prinsip kesetaraan Einstein. Singkatnya, AMPS mengatakan salah satu asumsi ini salah. Salah satu saksi berbohong, tetapi siapa sebenarnya?

Dalam pekerjaan mereka, AMPS menyarankan, mungkin tidak terlalu serius, untuk meninggalkan asumsi yang paling tidak disengketakan: yang keempat. Jika Anda meninggalkan No. 4, tiga lainnya akan mengarah pada fakta bahwa seorang pengamat yang jatuh ke dalam lubang hitam tersandung pada "tembok api" dan terbakar ke neraka. Namun, prinsip kesetaraan adalah dogma relativitas umum, dan itu dapat ditinggalkan hanya sebagai upaya terakhir.



Bagi pengamat yang belum tahu, tampak jelas bahwa saksi ketiga berbohong. Tidak seperti asumsi-asumsi lain yang mengikuti dari teori-teori yang sudah dikenal dan dengan akurasi tinggi, angka 3 mengikuti dari yang tidak terverifikasi. Jadi jika kita membuang salah satu asumsi, maka mungkin ini akan menjadi asumsi bahwa teori string benar tentang isi lubang hitam. Tetapi kemungkinan ini, tentu saja, tidak terlalu populer di kalangan ahli teori string.

Dalam beberapa bulan, bagian arxiv dari fisika energi tinggi teoretis dipenuhi dengan upaya untuk merekonsiliasi asumsi-asumsi ini. Benar-benar semua solusi diusulkan, mulai dari mengadopsi teori tembok api ke banyak pemikiran dan eksperimen rumit, menunjukkan bahwa seorang pengamat yang jatuh ke dalam lubang hitam tidak akan menyadari bahwa itu akan terbakar. Ya, di sini Anda memiliki fisika modern.

Saya juga berkontribusi dalam diskusi ini. Saya menemukan semua saksi meyakinkan, tidak satupun dari mereka membuat kesan pembohong. Menerima ini, saya menyadari bahwa ketidakcocokan mereka yang jelas datang dari asumsi kelima yang tidak diumumkan yang digunakan dalam bukti. Sama seperti pernyataan yang tampaknya bertentangan dapat tiba-tiba masuk akal ketika Anda menyadari bahwa korban tidak terbunuh di tempat Anda menemukan mayat itu, keempat pernyataan ini masuk akal ketika Anda tidak perlu menyimpan informasi dengan cara tertentu (sedemikian rupa sehingga keputusan akhir kondisi tidak akan "khas"). Sebaliknya, persyaratan konservasi energi lokal di dekat horizon peristiwa membuat dinding api tidak mungkin, dan pada saat yang sama menunjukkan bagaimana tepatnya penguapan lubang hitam tetap kompatibel dengan teori kuantum.



Sepertinya saya tidak ada yang menyukai pekerjaan saya. Mungkin karena fakta bahwa ia memiliki gambaran yang tidak dapat dipahami. Atau karena kesimpulan bahwa di suatu tempat dekat horizon peristiwa ada batas yang mengubah teori kuantum, dan sehingga tidak terlihat oleh pengamat yang berada di dekat lubang hitam. Efek yang dihasilkan oleh batas ini dapat diukur, tetapi hanya pada jarak yang sangat jauh.

Dan meskipun asumsi saya memecahkan teka-teki dengan dinding api, itu tidak menyelesaikan masalah kehilangan informasi dalam lubang hitam. Saya menyebutkan dalam sebuah catatan bahwa, pada prinsipnya, Anda dapat menggunakan batas ini untuk mengirimkan informasi ke radiasi keluar, tetapi masih tidak akan menjelaskan bagaimana informasi umumnya sampai ke batas ini.

Setelah penerbitan karya itu, saya kembali bersumpah untuk tidak lagi memikirkan penguapan lubang hitam. Tapi minggu lalu cetakan dari 't Hooft muncul di arxiv. Ini adalah salah satu orang pertama yang bermain-main dengan termodinamika lubang hitam, dan dalam karya barunya Hooft menyarankan bahwa cakrawala peristiwa lubang hitam bertindak sebagai perbatasan yang mencerminkan informasi - "dinding bata", seperti dijelaskan oleh New Scientist. Gagasan itu diilhami oleh asumsi Steven Hawking baru-baru ini bahwa sebagian besar informasi yang jatuh ke dalam lubang hitam disimpan di cakrawala. Jika demikian, dan Anda dapat memberikan cakrawala kesempatan untuk bekerja, maka informasinya akan kembali dapat meninggalkan lubang hitam.

Tentu saja, saya tidak berpikir batu bata merupakan peningkatan besar di atas api, dan saya yakin bahwa ide ini tidak akan lepas landas. Tetapi setelah semua kebingungan ini, ini dapat membantu kita lebih memahami bagaimana sebenarnya cakrawala berinteraksi dengan radiasi Hawking dan bagaimana ia mengatur untuk menyandikan informasi di dalamnya.

Maju cepat seribu tahun. Di sana kita menunggu teori gravitasi kuantum, yang memungkinkan kita memahami perilaku ruang dan waktu pada jarak terdekat, dan, seperti banyak harapan, sumber teori kuantum itu sendiri, atau bahkan materi. Kemajuan adalah langkah-langkah kecil, dan kadang-kadang sejarah menuntun kita dalam lingkaran, tetapi fisikawan didukung oleh pengetahuan bahwa solusi harus ada dan bahwa pembunuh informasi akan ditangkap. Tidak ada trik dalam membaca halaman terakhir buku ini - itu belum ditulis.

Source: https://habr.com/ru/post/id397067/