Ethan Siegel: Por que todos estão tão preocupados com o paradoxo com o desaparecimento de informações em um buraco negro

Você provavelmente pensa que, para romper com a atração gravitacional da nossa Terra, você precisa de muita energia. Mas a atração do nosso planeta não é nada comparado a muitos outros objetos do universo. Até coisas como o Sol, uma galáxia inteira ou uma estrela de nêutrons desaparecem na frente de uma pequena e compacta área do cosmos cheia de tanta matéria e energia que você teria que se mover mais rápido que a luz para escapar da gravidade. Este é um buraco negro - uma área onde a gravidade é tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode escapar dali.



Um buraco negro, que geralmente ocorre após o colapso de um núcleo supermassivo de uma estrela, inevitavelmente entra em colapso em uma singularidade, cujas condições não importam, incluindo partículas elementares, podem suportar. Várias dimensões espaciais colapsam em um ponto ou anel, e as leis conhecidas da física deixam de funcionar.

O problema dos buracos negros está relacionado às informações que caem neles. De acordo com nossas idéias, no Universo existem propriedades específicas da matéria e energia que contêm informações. Uma partícula como um próton ou elétron tem não apenas massa, carga elétrica e spin, mas também propriedades quânticas - número de barion, número de lepton, hipercarga fraca, carga de cor e emaranhamento quântico que liga partículas. Se você criar um buraco negro a partir de uma pilha de partículas (geralmente são necessários 10 ⁵⁸ partículas), e cada uma terá suas próprias propriedades especiais - além disso, pode ser não apenas prótons e elétrons, mas também nêutrons, fótons, neutrinos, antineutrinos, pósitrons e outros - então suas informações devem, de alguma maneira significativa, entrar em um buraco negro .



Mas os buracos negros não se lembram de nada. Aparentemente, eles são descritos apenas por massa (determinada pela quantidade total de massa e energia que absorveram), carga elétrica e momento angular (descrevendo sua rotação).

Então, para onde vão todas as informações? Um buraco negro que surgiu do colapso de uma estrela comum, em princípio, codificado dentro da informação deve ser muito diferente de um buraco que veio de uma estrela composta de antimatéria - e, no entanto, essa informação não parece estar codificada em um buraco negro! Se pegarmos dois buracos negros idênticos, adicionarmos a um monte de nêutrons e a outro uma mistura igual de prótons com elétrons, para que suas massas sejam iguais, eles teriam que ter propriedades diferentes, pois teriam que conter diferentes números de barion e lepton . Mas sabe-se que não haverá diferença entre eles. Será impossível distinguir entre eles.



Pode-se decidir que a salvação contém um horizonte de eventos, porque essa fronteira além da qual a luz não pode ir parece "congelada" no sentido de que tudo o que cair nela permanecerá para sempre na forma de informações codificadas na superfície. Esta propriedade foi descoberta em 1939. Mas em 1974, Stephen Hawking mostrou que não é assim. Por longos períodos de tempo, a essência quântica do Universo e o fato de flutuações de partículas e antipartículas ocorrerem no espaço curvo do horizonte de eventos significam que os buracos negros emitem como um corpo completamente preto, o que acabará por levar à sua evaporação.



E esse é um grande problema da física moderna, uma vez que as informações quânticas que entram em um buraco negro devem ser preservadas de acordo com as leis fundamentais. Mas o que emana de um buraco negro - a radiação de um corpo absolutamente negro - não contém nenhuma informação!

Lá você tem o paradoxo. Como resolver isso? Os físicos acreditam que existe um caminho desconhecido para nós (possivelmente exigindo a teoria quântica da gravidade), que, no entanto, codifica informações "congeladas" no horizonte de eventos na radiação emitida. Mas isso codifica? E se sim, como? Ninguém sabe. O recente anúncio de Stephen Hawking foi um pequeno passo para responder a essa pergunta e provavelmente um ramo sem saída do desenvolvimento da ideia - como as idéias mais hipotéticas nesse campo.



Assim que surgir um conflito entre as previsões das teorias:

• que existem propriedades que devem ser preservadas
• e que o estado final do sistema contém excelentes valores dessas propriedades em comparação com o estado inicial

então, representa uma ameaça ao desenvolvimento científico. Esse paradoxo é um problema, porque diz que nossa visão atual de algo é incompleta. Existe uma nova lei da física? Existe uma nova aplicação de leis famosas que perdemos? Ou essas propriedades ainda não são preservadas? As informações são codificadas no estado final? A gravidade quântica esclarecerá esse problema?

Esperamos obter uma resposta para essas perguntas. Enquanto isso, a presença de um paradoxo significa que temos um problema e isso significa que temos algo a aprender. E para todos que estão interessados ​​em verdades científicas sobre o Universo, isso é prova de que ainda há muito que precisamos entender.

Source: https://habr.com/ru/post/pt383837/