Inti dari masalah yang dirumuskan Hawking adalah sebagai berikut: selama pembentukan dan pembusukan lubang hitam berikutnya, informasi tentang komposisi terperinci mereka hilang.

Pergeseran inframerah

Untuk menjelaskan esensi paradoks, pertimbangkan gelombang elektromagnetik. Mereka datang dalam frekuensi yang berbeda, dan frekuensi terendah sesuai dengan gelombang radio. Jika Anda meningkatkan frekuensi, itu akan menjadi radiasi infra merah. Kemudian kita mendapatkan gelombang dari spektrum yang terlihat (cahaya). Lebih jauh di luar spektrum yang terlihat akan ada radiasi ultraviolet, gelombang x-ray dan, akhirnya, radiasi gamma.

Jika kita menempatkan sumber radiasi pada jarak tertentu dari benda luar angkasa yang besar dan memonitor cahaya yang dipancarkannya dari jarak yang sangat jauh dari pusat gravitasi, maka kita akan melihat apa yang disebut pergeseran inframerah. Frekuensi radiasi yang diamati jauh dari benda gravitasi akan sedikit lebih rendah daripada yang dipancarkan di sekitarnya. Ini karena energi foton (gelombang elektromagnetik) berbanding lurus dengan frekuensinya. Foton, saat mengatasi tarikan gravitasi, melakukan pekerjaan, masing-masing, kehilangan energi, sehingga frekuensinya menurun.

Untuk tubuh seperti Bumi, efek ini agak lemah, tetapi dapat diukur. Namun, misalnya, untuk bintang neutron, besarnya pergeseran inframerah bisa sangat besar. Pada gilirannya, untuk lubang hitam fenomena ini mencapai ekstremnya dalam arti berikut. Faktanya adalah bahwa lubang hitam memiliki apa yang disebut horizon peristiwa - permukaan tempat radiasi apa pun mengalami pergeseran inframerah tanpa batas. Artinya, jika sumber radiasi terletak langsung di cakrawala, maka Anda melihat bidang yang dibuat olehnya tidak berubah dalam waktu: tidak ada radiasi, tidak peduli seberapa jauh dari cakrawala Anda. Cakrawala hanyalah permukaan dari mana cahaya (atau gelombang apa pun) tidak bisa terbang keluar.

"Tidak adanya teorema rambut"

Lubang hitam disusun sedemikian rupa sehingga mereka menciptakan medan stasioner secara eksklusif, bahkan jika mereka berputar di sekitar porosnya (asalkan pusat massa mereka diam). Medan gravitasi dan elektromagnetik yang diciptakan oleh mereka tidak akan berubah dalam waktu. Pernyataan ini disebut teorema rambut rontok black hole. Untuk bintang-bintang, ini tidak begitu: mereka dapat membuat di sekitar diri mereka sendiri, misalnya, medan magnet yang bervariasi waktu, bahkan jika pusat gravitasi mereka diam. Ini disebabkan oleh fakta bahwa muatan di dalam bintang membuat berbagai gerakan, menciptakan radiasi. Tetapi lubang hitam tidak menciptakan hal semacam ini, bahkan jika pergerakan dakwaan yang mengerikan terjadi di bawah cakrawala.

Mari kita coba eksperimen pemikiran: katakanlah, kita memiliki dua awan partikel, satu terdiri dari proton dan antiproton, dan yang kedua adalah neutron. Sesuatu mulai pada titik tertentu untuk menekan awan ini. Jika massa dan momen rotasi mereka sama, maka sebagai hasilnya kita mendapatkan dua lubang hitam yang benar-benar tidak dapat dibedakan satu sama lain.

Radiasi Hawking

Pada awal 1970-an, Stephen Hawking menunjukkan bahwa lubang hitam seharusnya memancarkan radiasi, tetapi memiliki sifat yang secara fundamental berbeda dibandingkan dengan radiasi klasik yang kita bicarakan di atas. Radiasi yang dibahas di atas memiliki sumber, yaitu muatan bergerak dan massa. Dan radiasi Hawking, bisa dikatakan, tidak memiliki sumber: itu bukan akibat dari pergerakan tuduhan. Radiasi ini muncul sebagai akibat dari perubahan sifat vakum (amplifikasi / amplifikasi dari getaran titik-nol) karena jebolnya materi menjadi lubang hitam. Selain itu, jika muatan dan massa hanya menimbulkan gelombang elektromagnetik dan gravitasi, maka sebagai akibat dari radiasi kuantum Hawking, dapat terjadi kelahiran elektron, positron, proton, dan partikel lainnya.

Jadi, lubang hitam mulai memunculkan berbagai partikel di lingkungan mereka. Radiasi ini memiliki sejumlah sifat karakteristik. Pertama, itu diam, artinya, berubah sangat lambat dalam waktu jika lubang hitam cukup berat dan perlahan-lahan kehilangan massa, sehingga menimbulkan partikel. Apalagi, radiasi Hawking memiliki spektrum termal. Yaitu, lubang hitam terpancar sebagai sumber reguler yang dipanaskan hingga suhu tertentu - bentuk spektrum seperti itu dicirikan secara eksklusif oleh nilai suhu.

Fitur penting dari spektrum suhu adalah bahwa semua karakteristik partikel, kecuali massa dan muatan, dipancarkan dengan probabilitas yang sama. Secara kasar, misalnya, setiap partikel netral dan foton dengan energi yang sama dipancarkan dengan probabilitas yang sama.

Paradoks

Sekarang kita siap merumuskan apa itu paradoks informasi. Bayangkan bahwa Anda memiliki dua awan yang akrab bagi kami, yang salah satunya terdiri dari proton dan antiproton, dan yang lain dari neutron. Bayangkan sesuatu yang terbentuk dari mereka dua bintang - proton dan neutron. Dan kemudian bintang-bintang ini, sebagai hasil dari pembakaran mereka, memancarkan sebagian dari massa mereka, dan sesuatu tetap dalam bentuk bola dingin. Secara teoritis, dari sisa-sisa evolusi bintang, kita dapat menelusuri sejarah setiap partikel elementer yang merupakan bagian dari awan. Tentu saja, secara teknis ini adalah tugas yang sangat sulit, tetapi ini hanya masalah kemungkinan prinsip. Perbedaan dalam kasus lubang hitam adalah bahwa, pertama, kita tampaknya tidak dapat membedakan antara dua lubang hitam - proton dan neutron, seperti yang dijelaskan di atas. Keduaradiasi panas tanpa sumber tidak membawa informasi terperinci tentang komposisi lubang hitam. Jadi, menurut sisa-sisa evolusi lubang hitam, bahkan jika massanya telah sepenuhnya berubah menjadi radiasi, pada prinsipnya, tampaknya tidak mampu memulihkan asal-usulnya.

Mengapa ini paradoks? Faktanya adalah bahwa kekuatan sains terletak pada kekuatan prediktifnya. Sains dapat memprediksi bahwa jika Anda melakukan ini dan itu, maka Anda akan mendapatkan hasil ini-dan-itu dengan probabilitas ini-dan-itu dan akurasi ini-dan-itu, dan mengekspresikan pernyataan ini secara kuantitatif. Dan ilmuwan lain mana pun dapat memeriksa eksperimen ini atau itu. Ternyata jika informasi hilang, maka di hadapan lubang hitam semua ini ternyata salah. Secara matematis, ini dinyatakan dalam fakta bahwa probabilitas total dari beberapa proses dapat berubah menjadi tidak sama dengan persatuan, bahkan lebih besar dari persatuan.

Kritik terhadap paradoks

Namun, semua hal di atas didasarkan pada semacam alasan kualitatif. Semuanya memerlukan konfirmasi komputasi formal. Konfirmasi paradoks komputasi ini dirumuskan dengan tingkat kekakuan yang begitu rendah dan dengan begitu banyak asumsi kasar sehingga dengan tingkat kekakuan yang sama dapat dibantah. Hal lain adalah bahwa banyak detail dari berbagai proses yang terjadi di hadapan lubang hitam tetap tidak jelas. Dan untuk bagian komunitas ilmiah yang percaya bahwa ada paradoks, solusinya adalah cahaya penuntun dalam memahami sifat lubang hitam. Sering terjadi dalam sains bahwa ada sudut pandang yang berbeda mengenai subjek yang masih kurang dipahami.

Emil Akhmedov, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, Peneliti Terkemuka di A. A. Alikhanov Institut Fisika Teoritis dan Eksperimental, Profesor Rekanan, Departemen Fisika Teoritis, Institut Fisika dan Teknologi Moskow, Profesor Rekanan, Departemen Matematika, Sekolah Tinggi Ekonomi.

Direkomendasikan pada topik:

5 buku tentang galaksi dan struktur
Informasi Paradox Death of Stars dari Universe Hawking

Paradoks Hawking