Físicos propuseram uma maneira de extrair informações de um buraco negro

Os físicos americanos do Instituto de Tecnologia da Califórnia encontraram uma maneira teórica de extrair informações sobre uma partícula presa em um buraco negro. A longo prazo, essa teoria pode ajudar a resolver o problema do desaparecimento de informações em um buraco negro, que é freqüentemente chamado de "teorema da ausência de cabelo".

O teorema diz que todos os buracos negros não rotativos e não carregados da mesma massa são indistinguíveis um do outro. Por exemplo, um buraco negro obtido do colapso gravitacional da matéria e um buraco negro da mesma massa, obtido do colapso gravitacional da antimatéria, não diferem do ponto de vista de um observador externo. Assim, no processo de colapso gravitacional para o observador externo, as leis de conservação dos números quânticos são violadas.

Stephen Hawking, em 1974, previu a existência de radiação de buraco negro, mais tarde nomeada em sua homenagem. Se um par partícula-antipartícula nascer perto do horizonte de um buraco negro, um deles pode evitar cair no buraco e correr para o espaço circundante. Do ponto de vista de um observador externo, esse processo será semelhante à radiação do buraco negro.

Como é permitido que um buraco negro se "evapore" gradualmente, isso significa que o buraco pode crescer inicialmente até uma certa massa e depois emitir a quantidade necessária de radiação e retornar à massa original. Nesse caso, a radiação emitida não será conectada de forma alguma à matéria e energia que caíram anteriormente no buraco, e um buraco negro diminuído não diferirá de forma alguma do seu estado passado com a mesma massa. Ou seja, um buraco negro destrói completamente as informações nele contidas.

Do ponto de vista da mecânica quântica, isso é um problema. Apesar de funcionar com probabilidades (por exemplo, a probabilidade de um elétron estar em algum momento), as funções de onda em qualquer caso devem se comportar de maneira previsível. Se conhecermos a forma de onda em um determinado momento, poderemos prever sua forma de onda a qualquer outro momento. Sem essa unitariedade, a teoria quântica produziria resultados sem sentido - por exemplo, a soma de todas as probabilidades não seria 100%.

Físicos americanos argumentam que é possível extrair informações sobre partículas presas em um buraco negro se você usar a radiação Hawking descrita e o teletransporte quântico. Este último significa a transmissão de um estado quântico a uma distância usando um par emaranhado de partículas e um canal de comunicação clássico, no qual o estado da partícula é destruído no ponto de partida durante a medição e depois recriado no ponto de recepção.

Por exemplo, é necessário um par de pesquisadores, Asa e Vasya, para transmitir informações sobre as costas de um elétron de um elétron para outro. O espaço dos estados de spin de elétrons é descrito pela esfera de Bloch, e o spin de elétrons pode ser indicado por um ponto nessa esfera. Mas se Asya medir diretamente o giro, ele entrará em colapso em um dos dois estados. Portanto, o giro deve ser transmitido sem medição.

Para isso, os pesquisadores precisarão de um par adicional de partículas emaranhadas entre si. Medindo o estado de uma partícula, é possível, com 100% de probabilidade, descobrir o estado de outra. Assim, Asya terá dois elétrons - um cujo estado deve ser transferido e o outro de um par emaranhado; Vasya terá apenas um elétron de um par emaranhado.

No mundo quântico, a medição muda o estado do sistema. Alice pode pegar dois de seus elétrons e fazer uma medição que os leva a um estado emaranhado. Este procedimento quebrará a confusão que existia entre um de seus elétrons e o elétron de Vasya. Mas, ao mesmo tempo, o elétron Vasin entra no estado em que o elétron de Asi estava - o mesmo cujo estado teve que ser teletransportado.

Agora você pode retornar ao buraco negro e imaginar que Asya voa fora do horizonte de eventos com seu elétron. Asya captura um dos fótons gerados pela radiação Hawking, enquanto o segundo fóton, que é confundido com o primeiro estado, cai no buraco. Asya então mede o momento angular total do buraco negro e joga seu elétron nele.

Se Asya agora fizer novamente medições do buraco negro, essas medições irão confundir o buraco negro com o fóton caindo nele e teletransportar o estado do elétron para o fóton à disposição de Asya. Assim, informações sobre o elétron ausente aparecerão novamente na parte observável do Universo.

É verdade que essa "tecnologia" permite retornar informações sobre apenas uma partícula que desapareceu em um buraco negro. Para chegar à solução do teorema da “ausência de pêlos”, é necessário conhecer os mecanismos internos que ocorrem nos buracos negros. E esta é precisamente a maior e mais fundamental questão no estudo desses objetos. Para fazer isso, é necessário desenvolver uma descrição quântica da interação gravitacional, que até agora ilude os físicos teóricos de todo o mundo.

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