Το πιο διάσημο παράδοξο στη φυσική πλησιάζει στο τέλος του

Σε μια σειρά πρωτοποριακών άρθρων, θεωρητικοί φυσικοί έχουν φτάσει δελεαστικά κοντά στην επίλυση του παραδόξου πληροφοριών για τη μαύρη τρύπα που τους γοήτευε και τους ταλαιπώρησε για σχεδόν 50 χρόνια. Οι πληροφορίες, λένε τώρα με σιγουριά, ξεφεύγουν από μια μαύρη τρύπα. Αν πηδήξεις σε ένα, δεν θα φύγεις οριστικά. Σωματίδιο προς σωματίδιο, οι πληροφορίες που χρειάζονται για την ανασύσταση του σώματός σας θα επανεμφανιστούν. Οι περισσότεροι φυσικοί έχουν από καιρό υποθέσει ότι θα ήταν. αυτό ήταν το αποτέλεσμα της θεωρίας χορδών, του κορυφαίου υποψηφίου τους για μια ενοποιημένη θεωρία της φύσης. Αλλά οι νέοι υπολογισμοί, αν και είναι εμπνευσμένοι από τη θεωρία χορδών, στέκονται από μόνοι τους, με το ναρύ μια χορδή στον ορίζοντα. Οι πληροφορίες βγαίνουν μέσω των λειτουργιών της ίδιας της βαρύτητας — απλώς συνηθισμένη βαρύτητα με ένα μόνο στρώμα κβαντικών επιδράσεων.

Αυτή είναι μια περίεργη αντιστροφή ρόλου για τη βαρύτητα. Σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας είναι τόσο έντονη που τίποτα δεν μπορεί να της ξεφύγει. Η πιο εξελιγμένη κατανόηση των μαύρων οπών που αναπτύχθηκε από τον Stephen Hawking και τους συναδέλφους του τη δεκαετία του 1970 δεν αμφισβήτησε αυτή την αρχή. Ο Χόκινγκ και άλλοι προσπάθησαν να περιγράψουν την ύλη μέσα και γύρω από τις μαύρες τρύπες χρησιμοποιώντας κβαντική θεωρία, αλλά συνέχισαν να περιγράφουν τη βαρύτητα χρησιμοποιώντας την κλασική θεωρία του Αϊνστάιν - μια υβριδική προσέγγιση που οι φυσικοί αποκαλούν «ημικλασική». Αν και η προσέγγιση προέβλεψε νέα αποτελέσματα στην περίμετρο της τρύπας, το εσωτερικό παρέμεινε αυστηρά κλειστό. Οι φυσικοί κατάλαβαν ότι ο Χόκινγκ είχε κάνει τον ημικλασικό υπολογισμό. Οποιαδήποτε περαιτέρω πρόοδος θα πρέπει να αντιμετωπίζει και τη βαρύτητα ως κβαντική.

Αυτό αμφισβητούν οι συγγραφείς των νέων μελετών. Βρήκαν πρόσθετα ημικλασικά φαινόμενα - νέες βαρυτικές διαμορφώσεις που επιτρέπει η θεωρία του Αϊνστάιν, αλλά που δεν συμπεριέλαβε ο Χόκινγκ. Σε σίγαση στην αρχή, αυτά τα φαινόμενα κυριαρχούν όταν η μαύρη τρύπα γίνεται εξαιρετικά παλιά. Η τρύπα μετατρέπεται από ένα ερημίτη βασίλειο σε ένα έντονα ανοιχτό σύστημα. Όχι μόνο διαχέονται πληροφορίες, οτιδήποτε καινούργιο πέφτει ανασύρεται σχεδόν αμέσως. Η αναθεωρημένη ημικλασική θεωρία δεν έχει ακόμη εξηγήσει πώς ακριβώς βγαίνουν οι πληροφορίες, αλλά ήταν τέτοιος ο ρυθμός ανακάλυψης τα τελευταία δύο χρόνια που οι θεωρητικοί έχουν ήδη υπαινιγμούς για τον μηχανισμό διαφυγής.

«Αυτό είναι το πιο συναρπαστικό πράγμα που έχει συμβεί σε αυτό το θέμα, νομίζω, από τον Χόκινγκ», είπε ένας από τους συν-συγγραφείς, ο Ντόναλντ Μάρολφ από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σάντα Μπάρμπαρα.

"Είναι ένας υπολογισμός ορόσημο", δήλωσε η Eva Silverstein από το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, κορυφαία θεωρητική φυσική που δεν συμμετείχε άμεσα.

Μπορεί να περιμένετε από τους συγγραφείς να γιορτάσουν, αλλά λένε ότι νιώθουν επίσης απογοητευμένοι. Αν ο υπολογισμός περιλάμβανε βαθιά χαρακτηριστικά κβαντικής βαρύτητας αντί για ελαφρύ ξεσκόνισμα, θα μπορούσε να ήταν ακόμη πιο δύσκολο να γίνει, αλλά μόλις γινόταν αυτό, θα είχε φωτίσει αυτά τα βάθη. Έτσι ανησυχούν ότι μπορεί να έχουν λύσει αυτό το ένα πρόβλημα χωρίς να επιτύχουν το ευρύτερο κλείσιμο που επεδίωκαν. «Η ελπίδα ήταν, αν μπορούσαμε να απαντήσουμε σε αυτή την ερώτηση - αν μπορούσαμε να δούμε τις πληροφορίες να βγαίνουν - για να το κάνουμε αυτό θα έπρεπε να μάθουμε για τη μικροσκοπική θεωρία», είπε ο Geoff Penington από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, αναφερόμενος σε μια πλήρως κβαντική θεωρία της βαρύτητας.

Τι σημαίνει όλο αυτό συζητείται έντονα σε κλήσεις Zoom και διαδικτυακά σεμινάρια. Το έργο είναι εξαιρετικά μαθηματικό και έχει την ποιότητα Rube Goldberg, συνδυάζοντας το ένα υπολογιστικό κόλπο μετά το άλλο με τρόπο που είναι δύσκολο να ερμηνευτεί. Σκουληκότρυπες, η ολογραφική αρχή, αναδυόμενος χωροχρόνος, κβαντική εμπλοκή, κβαντικοί υπολογιστές:Σχεδόν κάθε έννοια στη θεμελιώδη φυσική στις μέρες μας κάνει την εμφάνισή του, κάνοντας το θέμα συναρπαστικό και μπερδεμένο.

Και δεν είναι όλοι πεπεισμένοι. Μερικοί εξακολουθούν να πιστεύουν ότι ο Χόκινγκ τα κατάφερε σωστά και ότι η θεωρία των χορδών ή άλλη νέα φυσική πρέπει να μπει στο παιχνίδι για να διαφύγει η πληροφορία. «Είμαι πολύ ανθεκτικός σε ανθρώπους που έρχονται και λένε, «Έχω μια λύση μόνο στην κβαντομηχανική και τη βαρύτητα», είπε ο Νικ Γουόρνερ από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια. "Επειδή μας είχε κάνει κύκλους πριν."

Αλλά σχεδόν όλοι φαίνεται να συμφωνούν σε ένα πράγμα. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, ο ίδιος ο χωροχρόνος φαίνεται να καταρρέει σε μια μαύρη τρύπα, υπονοώντας ότι ο χωροχρόνος δεν είναι το ριζικό επίπεδο της πραγματικότητας, αλλά μια αναδυόμενη δομή από κάτι βαθύτερο. Παρόλο που ο Αϊνστάιν αντιλήφθηκε τη βαρύτητα ως τη γεωμετρία του χωροχρόνου, η θεωρία του συνεπάγεται επίσης τη διάλυση του χωροχρόνου, και αυτός είναι τελικά ο λόγος που οι πληροφορίες μπορούν να ξεφύγουν από τη βαρυτική της φυλακή.

Η καμπύλη γίνεται το κλειδί

Το 1992, ο Ντον Πέιτζ και η οικογένειά του πέρασαν τις διακοπές των Χριστουγέννων καθισμένοι στην Πασαντίνα, απολαμβάνοντας την πισίνα και παρακολουθώντας την Παρέλαση των Τριαντάφυλλων. Ο Πέιτζ, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα στον Καναδά, χρησιμοποίησε επίσης το διάλειμμα για να σκεφτεί πόσο παράδοξες είναι πραγματικά οι μαύρες τρύπες. Οι πρώτες του μελέτες για τις μαύρες τρύπες, όταν ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής στη δεκαετία του '70, ήταν το κλειδί για τη συνειδητοποίηση του συμβούλου του Στίβεν Χόκινγκ ότι οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν ακτινοβολία - το αποτέλεσμα τυχαίων κβαντικών διεργασιών στην άκρη της τρύπας. Με απλά λόγια, μια μαύρη τρύπα σαπίζει από έξω προς τα μέσα.

Τα σωματίδια που ρίχνει φαίνεται να μην φέρουν πληροφορίες για το εσωτερικό περιεχόμενο. Αν πέσει μέσα ένας αστροναύτης 100 κιλών, η μάζα της τρύπας αυξάνεται κατά 100 κιλά. Ωστόσο, όταν η τρύπα εκπέμπει ακτινοβολία ισοδύναμη με 100 κιλά, αυτή η ακτινοβολία είναι εντελώς αδόμητη. Τίποτα σχετικά με την ακτινοβολία δεν αποκαλύπτει εάν προήλθε από έναν αστροναύτη ή ένα κομμάτι μολύβδου.

Αυτό είναι ένα πρόβλημα γιατί, σε κάποιο σημείο, η μαύρη τρύπα εκπέμπει την τελευταία της ουγγιά και παύει να υπάρχει. Το μόνο που απομένει είναι ένα μεγάλο άμορφο σύννεφο σωματιδίων που κουμπώνουν εδώ κι εκεί τυχαία. Θα ήταν αδύνατο να ανακτηθεί ό,τι έπεφτε μέσα. Αυτό κάνει τον σχηματισμό και την εξάτμιση μαύρης τρύπας μια μη αναστρέψιμη διαδικασία, η οποία φαίνεται να αψηφά τους νόμους της κβαντικής μηχανικής.

Ο Χόκινγκ και οι περισσότεροι άλλοι θεωρητικοί εκείνη την εποχή αποδέχτηκαν αυτό το συμπέρασμα - αν η μη αναστρέψιμη αψηφά τους νόμους της φυσικής, όπως τότε κατανοήθηκαν, τόσο το χειρότερο για αυτούς τους νόμους. Όμως ο Πέιτζ ταράχτηκε, γιατί η μη αναστρέψιμη θα παραβίαζε τη θεμελιώδη συμμετρία του χρόνου. Το 1980 χώρισε με τον πρώην σύμβουλό του και υποστήριξε ότι οι μαύρες τρύπες πρέπει να απελευθερώνουν ή τουλάχιστον να διατηρούν πληροφορίες. Αυτό προκάλεσε σχίσμα μεταξύ των φυσικών. «Οι περισσότεροι γενικοί σχετικιστές με τους οποίους μίλησα συμφώνησαν με τον Χόκινγκ», είπε η Πέιτζ. "Αλλά οι φυσικοί των σωματιδίων έτειναν να συμφωνούν μαζί μου."

Στις διακοπές του στην Πασαντένα, ο Πέιτζ συνειδητοποίησε ότι και οι δύο ομάδες είχαν χάσει ένα σημαντικό σημείο. Το παζλ δεν ήταν μόνο αυτό που συμβαίνει στο τέλος της ζωής της μαύρης τρύπας, αλλά και αυτό που οδηγεί σε αυτό.

Εξέτασε μια πτυχή της διαδικασίας που είχε σχετικά παραμεληθεί:την κβαντική εμπλοκή. Η εκπεμπόμενη ακτινοβολία διατηρεί μια κβαντομηχανική σύνδεση με τον τόπο προέλευσής της. Εάν μετρήσετε είτε την ακτινοβολία είτε τη μαύρη τρύπα από μόνη της, φαίνεται τυχαία, αλλά αν τις εξετάσετε από κοινού, παρουσιάζουν ένα σχέδιο. Είναι σαν να κρυπτογραφείτε τα δεδομένα σας με έναν κωδικό πρόσβασης. Τα δεδομένα χωρίς τον κωδικό πρόσβασης είναι ανόητα. Ο κωδικός πρόσβασης, εάν έχετε επιλέξει έναν καλό, δεν έχει νόημα επίσης. Αλλά μαζί ξεκλειδώνουν τις πληροφορίες. Ίσως, σκέφτηκε ο Page, οι πληροφορίες μπορούν να βγουν από τη μαύρη τρύπα σε παρόμοια κρυπτογραφημένη μορφή.

Ο Πέιτζ υπολόγισε τι θα σήμαινε αυτό για τη συνολική ποσότητα εμπλοκής μεταξύ της μαύρης τρύπας και της ακτινοβολίας, μια ποσότητα γνωστή ως εντροπία εμπλοκής. Στην αρχή της όλης διαδικασίας, η εντροπία εμπλοκής είναι μηδέν, αφού η μαύρη τρύπα δεν έχει ακόμη εκπέμψει καμία ακτινοβολία για να μπλέξει. Στο τέλος της διαδικασίας, εάν διατηρηθούν πληροφορίες, η εντροπία εμπλοκής θα πρέπει να είναι ξανά μηδέν, αφού δεν υπάρχει πλέον μαύρη τρύπα. «Πήρα την περιέργεια πώς θα άλλαζε η εντροπία της ακτινοβολίας στο μεταξύ», είπε η Πέιτζ.

Αρχικά, καθώς η ακτινοβολία διαρρέει, η εντροπία της εμπλοκής αυξάνεται. Ο Page σκέφτηκε ότι αυτή η τάση πρέπει να αντιστραφεί. Η εντροπία πρέπει να σταματήσει να αυξάνεται και να αρχίσει να πέφτει εάν πρόκειται να φτάσει στο μηδέν στο τελικό σημείο. Με την πάροδο του χρόνου, η εντροπία εμπλοκής θα πρέπει να ακολουθεί μια καμπύλη σε σχήμα ανεστραμμένου V.

Ο Πέιτζ υπολόγισε ότι αυτή η αντιστροφή θα έπρεπε να συμβεί περίπου στα μισά της διαδικασίας, σε μια στιγμή που τώρα είναι γνωστή ως χρόνος σελίδας. Αυτό είναι πολύ νωρίτερα από ό,τι υπέθεσαν οι φυσικοί. Η μαύρη τρύπα είναι ακόμα τεράστια σε εκείνο το σημείο - σίγουρα δεν πλησιάζει το υποατομικό μέγεθος στο οποίο θα εμφανίζονταν τυχόν υποτιθέμενα εξωτικά φαινόμενα. Οι γνωστοί νόμοι της φυσικής θα πρέπει να εξακολουθούν να ισχύουν. Και δεν υπάρχει τίποτα σε αυτούς τους νόμους που να κάμπτουν την καμπύλη προς τα κάτω.

Με αυτό, το πρόβλημα έγινε πολύ πιο έντονο. Οι φυσικοί ανέκαθεν υπολόγιζαν ότι μια κβαντική θεωρία της βαρύτητας μπήκε στο παιχνίδι μόνο σε καταστάσεις τόσο ακραίες που ακούγονται ανόητες, όπως ένα αστέρι που καταρρέει στην ακτίνα ενός πρωτονίου. Τώρα ο Πέιτζ τους έλεγε ότι η κβαντική βαρύτητα είχε σημασία υπό συνθήκες που, σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι συγκρίσιμες με αυτές της κουζίνας σας.

Η ανάλυση της Πέιτζ δικαιολογούσε να αποκαλέσει το πρόβλημα πληροφοριών της μαύρης τρύπας παράδοξο σε αντίθεση με απλώς ένα παζλ. Εξέθεσε μια σύγκρουση εντός της ημικλασικής προσέγγισης. «Το παράδοξο Page-time φαίνεται να δείχνει μια κατάρρευση της φυσικής χαμηλής ενέργειας σε ένα μέρος όπου δεν έχει καμία δουλειά να καταρρεύσει, επειδή οι ενέργειες είναι ακόμα χαμηλές», δήλωσε ο David Wallace, φιλόσοφος της φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ.

Από τη θετική πλευρά, η διευκρίνιση του προβλήματος από την Πέιτζ άνοιξε το δρόμο για λύση. Διαπίστωσε ότι, εάν η εντροπία εμπλοκής ακολουθεί την καμπύλη Page, τότε οι πληροφορίες βγαίνουν από τη μαύρη τρύπα. Κάνοντας αυτό, μετέτρεψε μια συζήτηση σε υπολογισμό. «Οι φυσικοί δεν είναι πάντα τόσο καλοί στα λόγια», είπε ο Andrew Strominger από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. "Τα πάμε καλύτερα με αιχμηρές εξισώσεις."

Τώρα οι φυσικοί έπρεπε απλώς να υπολογίσουν την εντροπία εμπλοκής. Αν μπορούσαν να το καταφέρουν, θα έπαιρναν μια ευθεία απάντηση. Η εντροπία της εμπλοκής ακολουθεί ένα ανεστραμμένο V ή όχι; Εάν το κάνει, η μαύρη τρύπα διατηρεί πληροφορίες, πράγμα που σημαίνει ότι οι φυσικοί των σωματιδίων είχαν δίκιο. Εάν όχι, η μαύρη τρύπα καταστρέφει ή εμφιαλώνει πληροφορίες και οι γενικοί σχετικιστές μπορούν να βοηθήσουν τους εαυτούς τους στο πρώτο ντόνατ στις συνεδριάσεις της σχολής.

Ωστόσο, παρόλο που ο Page διευκρίνισε τι έπρεπε να κάνουν οι φυσικοί, χρειάστηκαν οι θεωρητικοί σχεδόν τρεις δεκαετίες για να καταλάβουν πώς.

Η μαύρη τρύπα μέσα-έξω

Τα τελευταία δύο χρόνια, οι φυσικοί έχουν δείξει ότι η εντροπία εμπλοκής των μαύρων οπών ακολουθεί πραγματικά την καμπύλη Page, υποδεικνύοντας ότι οι πληροφορίες βγαίνουν έξω. Έκαναν την ανάλυση σταδιακά. Πρώτα, έδειξαν πώς θα λειτουργούσε χρησιμοποιώντας πληροφορίες από τη θεωρία χορδών. Στη συνέχεια, σε εργασίες που δημοσιεύθηκαν το περασμένο φθινόπωρο, οι ερευνητές έκοψαν εντελώς τη θεωρία χορδών.

Η εργασία ξεκίνησε σοβαρά τον Οκτώβριο του 2018, όταν ο Ahmed Almheiri του Ινστιτούτου Προηγμένων Μελετών παρουσίασε μια διαδικασία για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο εξατμίζονται οι μαύρες τρύπες. Ο Almheiri, μαζί με πολλούς συναδέλφους, εφάρμοσε μια ιδέα που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από τον Juan Maldacena, τώρα στο IAS, το 1997. (Ο Penington εργαζόταν παράλληλα.)

Σκεφτείτε ένα σύμπαν εγκλωβισμένο σε ένα όριο σαν μια σφαίρα χιονιού. Εκτός από το ότι έχει ένα μεγάλο τοίχο γύρω του, το εσωτερικό είναι βασικά σαν το σύμπαν μας:έχει βαρύτητα, ύλη και ούτω καθεξής. Το όριο, επίσης, είναι ένα είδος σύμπαντος. Δεν έχει βαρύτητα και, όντας απλώς μια επιφάνεια, στερείται βάθους. Αλλά το αντισταθμίζει αυτό με τη ζωντανή κβαντική φυσική, και συνολικά είναι ακριβώς τόσο περίπλοκο όσο το εσωτερικό. Όσο διαφορετικά κι αν φαίνονται αυτά τα δύο σύμπαντα, ταιριάζουν απόλυτα. Τα πάντα στο εσωτερικό, ή «χύμα», έχουν ένα αντίστοιχο στα όρια. Και παρόλο που η γεωμετρία του όγκου δεν μοιάζει με τη γεωμετρία του δικού μας σύμπαντος, αυτή η δυαδικότητα "AdS/CFT" είναι η αγαπημένη παιδική χαρά των θεωρητικών χορδών από τότε που την παρουσίασε η Maldacena.

Με τη λογική αυτής της δυαδικότητας, εάν έχετε μια μαύρη τρύπα στο μεγαλύτερο μέρος, έχει ένα προσομοιότυπο στο όριο. Επειδή το όριο διέπεται από την κβαντική φυσική χωρίς τις επιπλοκές της βαρύτητας, διατηρεί αναμφίβολα πληροφορίες. Το ίδιο πρέπει και η μαύρη τρύπα.

Όταν οι ερευνητές ξεκίνησαν να αναλύσουν πώς εξατμίζονται οι μαύρες τρύπες στο AdS/CFT, έπρεπε πρώτα να ξεπεράσουν ένα μικρό πρόβλημα:στο AdS/CFT, οι μαύρες τρύπες στην πραγματικότητα δεν εξατμίζονται. Η ακτινοβολία γεμίζει τον περιορισμένο όγκο όπως ο ατμός σε μια χύτρα ταχύτητας και ό,τι εκπέμπει η τρύπα τελικά επαναρροφάται. «Το σύστημα θα φτάσει σε σταθερή κατάσταση», δήλωσε ο Χόρχε Βαρέλας ντα Ρότσα, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστημιακό Ινστιτούτο της Λισαβόνας.

Για να το αντιμετωπίσουν αυτό, ο Almheiri και οι συνάδελφοί του υιοθέτησαν μια πρόταση του Rocha να βάλουν το ισοδύναμο μιας βαλβίδας ατμού στο όριο για να αιμορραγήσει την ακτινοβολία και να την αποτρέψει από το να ξαναπέσει μέσα. το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, ένας από τους συν-συγγραφείς του Almheiri. Οι ερευνητές δημιούργησαν μια μαύρη τρύπα στο κέντρο του μεγάλου χώρου, άρχισαν να αιμορραγούν από την ακτινοβολία και παρακολούθησαν τι συνέβη.

Για να παρακολουθήσουν την εντροπία εμπλοκής της μαύρης τρύπας, βασίστηκαν στην πιο λεπτομερή κατανόηση του AdS/CFT που ο Engelhardt και άλλοι, συμπεριλαμβανομένου του Aron Wall στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, ανέπτυξαν την τελευταία δεκαετία. Οι φυσικοί είναι πλέον σε θέση να εντοπίσουν ποιο μέρος του όγκου αντιστοιχεί σε ποιο μέρος του ορίου και ποιες ιδιότητες του όγκου αντιστοιχούν σε ποιες ιδιότητες του ορίου.

Το κλειδί για τη συσχέτιση των δύο πλευρών της δυαδικότητας είναι αυτό που οι φυσικοί αποκαλούν κβαντική ακραία επιφάνεια. (Αυτές οι επιφάνειες είναι γενικά χαρακτηριστικά — δεν χρειάζεστε μαύρη τρύπα για να την έχετε.) Βασικά φαντάζεστε να φυσάτε μια σαπουνόφουσκα στο μεγαλύτερο μέρος. Η φούσκα παίρνει φυσικά ένα σχήμα που ελαχιστοποιεί την επιφάνεια της. Το σχήμα δεν χρειάζεται να είναι στρογγυλό, όπως οι φυσαλίδες στο πάρτι γενεθλίων ενός παιδιού, επειδή οι κανόνες της γεωμετρίας μπορεί να διαφέρουν από αυτούς που γνωρίζουμε. Έτσι η φυσαλίδα είναι ένας ανιχνευτής αυτής της γεωμετρίας. Τα κβαντικά εφέ μπορούν επίσης να το διευρύνουν.

Υπολογίζοντας πού βρίσκεται η κβαντική ακραία επιφάνεια, οι ερευνητές λαμβάνουν δύο σημαντικές πληροφορίες. Πρώτον, η επιφάνεια χαράζει τον όγκο σε δύο κομμάτια και ταιριάζει το καθένα σε ένα τμήμα του ορίου. Δεύτερον, το εμβαδόν της επιφάνειας είναι ανάλογο με μέρος της εντροπίας εμπλοκής μεταξύ αυτών των δύο τμημάτων του ορίου. Έτσι, η κβαντική ακραία επιφάνεια συσχετίζει μια γεωμετρική έννοια (εμβαδόν) με μια κβαντική (εμπλοκή), παρέχοντας μια ματιά στο πώς η βαρύτητα και η κβαντική θεωρία μπορούν να γίνουν ένα.

Αλλά όταν οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτές τις κβαντικές ακραίες επιφάνειες για να μελετήσουν μια μαύρη τρύπα που εξατμιζόταν, συνέβη ένα περίεργο πράγμα. Νωρίς στη διαδικασία εξάτμισης, διαπίστωσαν, όπως ήταν αναμενόμενο, ότι η εντροπία εμπλοκής του ορίου αυξήθηκε. Επειδή η τρύπα ήταν το μόνο πράγμα μέσα στο διάστημα, οι συγγραφείς συμπέραναν ότι η εντροπία εμπλοκής της αυξανόταν. Όσον αφορά τους αρχικούς υπολογισμούς του Hawking, μέχρι στιγμής όλα καλά.

Ξαφνικά αυτό άλλαξε. Μια κβαντική ακραία επιφάνεια υλοποιήθηκε απότομα ακριβώς μέσα στον ορίζοντα της μαύρης τρύπας. Αρχικά αυτή η επιφάνεια δεν είχε καμία επίδραση στο υπόλοιπο σύστημα. Αλλά τελικά έγινε ο αποφασιστικός παράγοντας για την εντροπία, οδηγώντας σε πτώση. Οι ερευνητές το συγκρίνουν με μια μετάβαση όπως το βράσιμο ή το πάγωμα. "Το θεωρούμε αυτό ως μια αλλαγή στη φάση ανάλογη με τις θερμοδυναμικές φάσεις - μεταξύ αερίου και υγρού", είπε ο Engelhardt.

Σήμαινε τρία πράγματα. Πρώτον, η ξαφνική μετατόπιση σηματοδότησε την έναρξη μιας νέας φυσικής που δεν καλύπτεται από τον υπολογισμό του Χόκινγκ. Δεύτερον, η ακραία επιφάνεια χώρισε το σύμπαν στα δύο. Ένα μέρος ισοδυναμούσε με το όριο. Το άλλο ήταν ένα βασίλειο εδώ-be-dragons για το οποίο το όριο δεν είχε πληροφορίες, υποδεικνύοντας ότι η αιμορραγική ακτινοβολία από το σύστημα είχε επίδραση στο περιεχόμενο πληροφοριών του.

Τρίτον, η θέση της κβαντικής ακραίας επιφάνειας ήταν εξαιρετικά σημαντική. Βρισκόταν ακριβώς μέσα στον ορίζοντα της μαύρης τρύπας. Καθώς η τρύπα συρρικνώθηκε, συρρικνώθηκε και η κβαντική ακραία επιφάνεια και, μαζί της, η εντροπία εμπλοκής. Αυτό θα παρήγαγε την καθοδική κλίση που προέβλεψε η Page — την πρώτη φορά που οποιοσδήποτε υπολογισμός το έκανε αυτό.

Δείχνοντας ότι η εντροπία εμπλοκής παρακολουθούσε την καμπύλη Σελίδας, η ομάδα μπόρεσε να επιβεβαιώσει ότι οι μαύρες τρύπες απελευθερώνουν πληροφορίες. Ντριμπλάρει σε μια εξαιρετικά κρυπτογραφημένη μορφή που έγινε δυνατή από την κβαντική εμπλοκή. Στην πραγματικότητα, είναι τόσο κρυπτογραφημένο που δεν φαίνεται ότι η μαύρη τρύπα έχει εγκαταλείψει τίποτα. Αλλά τελικά η μαύρη τρύπα περνά από ένα σημείο καμπής όπου οι πληροφορίες μπορούν να αποκρυπτογραφηθούν. Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε τον Μάιο του 2019, έδειξε όλα αυτά χρησιμοποιώντας νέα θεωρητικά εργαλεία που ποσοτικοποιούν τη διαπλοκή με γεωμετρικό τρόπο.

Ακόμη και με αυτά τα εργαλεία, ο υπολογισμός έπρεπε να απογυμνωθεί στην ουσία του για να είναι εφικτός. Ο κύριος όγκος σε αυτό το σύμπαν AdS/CFT είχε μόνο μία διάσταση χώρου, για παράδειγμα. Η μαύρη τρύπα δεν ήταν μια μεγάλη μαύρη σφαίρα αλλά ένα τμήμα μικρής γραμμής. Ωστόσο, οι ερευνητές υποστήριξαν ότι η βαρύτητα είναι βαρύτητα, και αυτό που ισχύει για αυτή τη φτωχή Lineland θα πρέπει να ισχύει για το πραγματικό σύμπαν. (Τον Απρίλιο του 2020, οι Koji Hashimoto, Norihiro Iizuka και Yoshinori Matsuo του Πανεπιστημίου της Οσάκα ανέλυσαν τις μαύρες τρύπες σε μια πιο ρεαλιστική επίπεδη γεωμετρία και επιβεβαίωσαν ότι τα ευρήματα εξακολουθούν να ισχύουν.)

Τον Αύγουστο του 2019 ο Almheiri και μια άλλη ομάδα συναδέλφων έκαναν το επόμενο βήμα και έστρεψαν την προσοχή τους στην ακτινοβολία. Διαπίστωσαν ότι η μαύρη τρύπα και η εκπεμπόμενη ακτινοβολία της ακολουθούν την ίδια καμπύλη Σελίδας, έτσι ώστε οι πληροφορίες να μεταφέρονται από τη μία στην άλλη. Ο υπολογισμός δεν λέει πώς μεταφέρεται, μόνο ότι είναι.

Ως μέρος της εργασίας, ανακάλυψαν ότι το σύμπαν υφίσταται μια συγκεχυμένη αναδιάταξη. Στην αρχή, η μαύρη τρύπα βρίσκεται στο κέντρο του διαστήματος και η ακτινοβολία πετά έξω. Αλλά αφού περάσει αρκετός χρόνος, λένε οι εξισώσεις, τα σωματίδια βαθιά μέσα στη μαύρη τρύπα δεν είναι πλέον μέρος της τρύπας, αλλά μέρος της ακτινοβολίας. Δεν έχουν πετάξει προς τα έξω, αλλά απλώς επανατοποθετήθηκαν.

Αυτό είναι σημαντικό επειδή αυτά τα εσωτερικά σωματίδια θα συνέβαλαν συνήθως στην εντροπία εμπλοκής μεταξύ της μαύρης τρύπας και της ακτινοβολίας. Εάν δεν αποτελούν πλέον μέρος της μαύρης τρύπας, δεν συμβάλλουν πλέον στην εντροπία, εξηγώντας γιατί αρχίζει να μειώνεται.

Οι συγγραφείς ονόμασαν τον εσωτερικό πυρήνα της ακτινοβολίας «νησί» και ονόμασαν την ύπαρξή του «έκπληξη». Τι σημαίνει τα σωματίδια να βρίσκονται στη μαύρη τρύπα, αλλά όχι στη μαύρη τρύπα; Επιβεβαιώνοντας ότι οι πληροφορίες διατηρούνται, οι φυσικοί εξάλειψαν ένα παζλ μόνο για να δημιουργήσουν ένα ακόμη μεγαλύτερο. Όποτε ρώτησα τον Almheiri και άλλους τι σήμαινε, έριχναν το βλέμμα τους στην απόσταση, χάνοντας προς στιγμή τις λέξεις.

Εισαγάγετε τις σκουληκότρυπες

Μέχρι στιγμής, οι υπολογισμοί υποθέτουν τη δυαδικότητα AdS/CFT - τον κόσμο των χιονοσφαίρων - που είναι μια σημαντική δοκιμαστική περίπτωση αλλά τελικά κάπως επινοημένη. Το επόμενο βήμα ήταν να εξετάσουμε τις μαύρες τρύπες γενικότερα.

Οι ερευνητές βασίστηκαν σε μια ιδέα που είχε αναπτύξει ο Richard Feynman τη δεκαετία του 1940. Γνωστό ως ολοκλήρωμα διαδρομής, είναι η μαθηματική έκφραση μιας βασικής αρχής της κβαντομηχανικής:Οτιδήποτε μπορεί να συμβεί συμβαίνει. Στην κβαντική φυσική, ένα σωματίδιο που πηγαίνει από το σημείο Α στο σημείο Β παίρνει όλα τα πιθανά μονοπάτια, τα οποία συνδυάζονται σε ένα σταθμισμένο άθροισμα. Το μονοπάτι με το υψηλότερο βάρος είναι γενικά αυτό που θα περιμένατε από τη συνηθισμένη κλασική φυσική, αλλά όχι πάντα. Εάν αλλάξουν τα βάρη, το σωματίδιο μπορεί να εκτιναχθεί απότομα από το ένα μονοπάτι στο άλλο, υφίσταται μια μετάβαση που θα ήταν αδύνατη στην παλαιομοδίτικη φυσική.

Το ολοκλήρωμα διαδρομής λειτουργεί τόσο καλά για την κίνηση των σωματιδίων που οι θεωρητικοί στη δεκαετία του '50 το πρότειναν ως κβαντική θεωρία της βαρύτητας. Αυτό σήμαινε την αντικατάσταση μιας ενιαίας χωροχρονικής γεωμετρίας με ένα μείγμα πιθανών σχημάτων. Για εμάς, ο χωροχρόνος φαίνεται να έχει ένα ενιαίο καλά καθορισμένο σχήμα - κοντά στη Γη, είναι αρκετά καμπύλος ώστε τα αντικείμενα τείνουν να περιφέρονται γύρω από το κέντρο του πλανήτη μας, για παράδειγμα. Αλλά στην κβαντική βαρύτητα, άλλα σχήματα, συμπεριλαμβανομένων πολύ πιο καμπυλωτών, είναι λανθάνοντα και μπορούν να κάνουν την εμφάνισή τους κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες. Ο ίδιος ο Φάινμαν υιοθέτησε αυτήν την ιδέα στη δεκαετία του '60 και ο Χόκινγκ την υποστήριξε στις δεκαετίες του '70 και του '80. Αλλά ακόμη και η σημαντική ιδιοφυΐα τους αγωνίστηκε με το πώς να εκτελέσει το ολοκλήρωμα της βαρυτικής διαδρομής και οι φυσικοί το άφησαν στην άκρη υπέρ άλλων προσεγγίσεων της κβαντικής βαρύτητας. «Ποτέ δεν ξέραμε πώς να προσδιορίσουμε ακριβώς τι είναι — και μαντέψτε, ακόμα δεν ξέρουμε», είπε ο John Preskill του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια.

Για αρχή, ποια είναι «όλα» τα πιθανά σχήματα; Για τον Χόκινγκ, αυτό σήμαινε όλες τις τοπολογίες. Ο χωροχρόνος μπορεί να σχηματίσει σχήματα που μοιάζουν με ντόνατ ή κουλούρια. Η επιπλέον συνδεσιμότητα δημιουργεί σήραγγες, ή «σκουληκότρυπες», μεταξύ κατά τα άλλα μακρινά μέρη και στιγμές. Αυτά διατίθενται σε διαφορετικούς τύπους.

Οι χωρικές σκουληκότρυπες είναι σαν τις πύλες που αγαπούν οι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας, που συνδέουν το ένα αστρικό σύστημα με το άλλο. Οι λεγόμενες σκουληκότρυπες χωροχρόνου είναι μικρά σύμπαντα που ξεφυτρώνουν το δικό μας και ενώνονται ξανά μαζί του κάποια στιγμή αργότερα. Οι αστρονόμοι δεν έχουν δει ποτέ κανέναν από τους δύο τύπους, αλλά η γενική σχετικότητα επιτρέπει αυτές τις δομές, και η θεωρία έχει καλό ιστορικό να κάνει φαινομενικά παράξενες προβλέψεις, όπως μαύρες τρύπες και βαρυτικά κύματα, που αργότερα δικαιώνονται. Δεν συμφώνησαν όλοι με τον Χόκινγκ ότι αυτά τα εξωτικά σχήματα ανήκουν στο μείγμα, αλλά οι ερευνητές που έκαναν τις νέες αναλύσεις των μαύρων τρυπών υιοθέτησαν την ιδέα προσωρινά.

Δεν μπορούσαν να εξετάσουν ρεαλιστικά όλες τις πιθανές τοπολογίες, οι οποίες είναι κυριολεκτικά αμέτρητες, έτσι εξέτασαν μόνο εκείνες που ήταν πιο σημαντικές για μια εξατμιζόμενη μαύρη τρύπα. Αυτά είναι γνωστά, για μαθηματικούς λόγους, ως σημεία σέλας και μοιάζουν με αρκετά ήρεμες γεωμετρίες. Στο τέλος, οι ομάδες δεν εκτέλεσαν πραγματικά την πλήρη άθροιση των σχημάτων, κάτι που ήταν πέρα ​​από αυτές. Χρησιμοποιούσαν το αναπόσπαστο μονοπάτι κυρίως ως όχημα για να αναγνωρίσουν τα σημεία της σέλας.

Το επόμενο βήμα, μετά την εφαρμογή της διαδρομής αναπόσπαστο στη μαύρη τρύπα και την ακτινοβολία της, ήταν ο υπολογισμός της εντροπίας εμπλοκής. Αυτή η ποσότητα ορίζεται ως ο λογάριθμος ενός πίνακα — ένας πίνακας αριθμών. Ο υπολογισμός είναι δύσκολος στις καλύτερες εποχές, αλλά στην περίπτωση αυτή οι φυσικοί δεν είχαν στην πραγματικότητα τον πίνακα, ο οποίος θα απαιτούσε την αξιολόγηση του ολοκληρώματος της διαδρομής. Έτσι έπρεπε να κάνουν μια επέμβαση που δεν μπορούσαν να κάνουν σε μια ποσότητα που δεν γνώριζαν. Για αυτό, κατέρριψαν ένα άλλο μαθηματικό κόλπο.

Παρατήρησαν ότι η εντροπία δεν απαιτεί γνώση του πλήρους πίνακα. Αντίθετα, μπορούσαν να φανταστούν να εκτελούν μια επαναλαμβανόμενη σειρά μετρήσεων στη μαύρη τρύπα και στη συνέχεια να συνδυάζουν αυτές τις μετρήσεις με τρόπο που να διατηρεί τη γνώση που χρειάζονταν. Αυτό το λεγόμενο κόλπο με αντίγραφο ανάγεται στη μελέτη των μαγνητών στη δεκαετία του '70 και εφαρμόστηκε για πρώτη φορά στη βαρύτητα το 2013.

Ένας από τους συγγραφείς του νέου έργου, ο Τομ Χάρτμαν από το Πανεπιστήμιο Κορνέλ, συνέκρινε το κόλπο με το αντίγραφο με τον έλεγχο του αν ένα νόμισμα είναι δίκαιο. Κανονικά θα το πετάτε πολλές φορές και θα δείτε αν προσγειώνεται σε κάθε πλευρά με πιθανότητα 50-50. Αλλά ας υποθέσουμε ότι για κάποιο λόγο δεν μπορείτε να το κάνετε αυτό. Έτσι, αντ 'αυτού, πετάτε δύο πανομοιότυπα νομίσματα - τα "αντίγραφα" - και σημειώστε πόσο συχνά προσγειώνονται στην ίδια πλευρά. Εάν αυτό συμβαίνει τις μισές φορές, τα νομίσματα είναι δίκαια. Παρόλο που εξακολουθείτε να μην γνωρίζετε τις μεμονωμένες πιθανότητες, μπορείτε να κάνετε μια βασική κρίση σχετικά με την τυχαιότητα. Αυτό είναι ανάλογο με το ότι δεν γνωρίζουμε την πλήρη μήτρα για τη μαύρη τρύπα, αλλά ακόμα αξιολογούμε την εντροπία της.

Παρόλο που είναι κόλπο, έχει μέσα της πραγματική φυσική. Το ολοκλήρωμα της βαρυτικής διαδρομής δεν διακρίνει τα αντίγραφα από μια πραγματική μαύρη τρύπα. Τους παίρνει κυριολεκτικά. Αυτό ενεργοποιεί ορισμένες από τις λανθάνουσες τοπολογίες που περιλαμβάνει το ολοκλήρωμα της βαρυτικής διαδρομής. Το αποτέλεσμα είναι ένα νέο σημείο σέλας που περιέχει πολλαπλές μαύρες τρύπες που συνδέονται με σκουληκότρυπες χωροχρόνου. Συναγωνίζεται για επιρροή με την κανονική γεωμετρία μιας μεμονωμένης μαύρης τρύπας που περιβάλλεται από μια ομίχλη ακτινοβολίας Hawking.

Οι σκουληκότρυπες και η ενιαία μαύρη τρύπα σταθμίζονται αντιστρόφως από, βασικά, πόση εντροπία εμπλοκής έχουν. Οι σκουληκότρυπες έχουν πολλά, επομένως λαμβάνουν χαμηλό βάρος και επομένως είναι ασήμαντες στην αρχή. Αλλά η εντροπία τους μειώνεται, ενώ αυτή της ακτινοβολίας Hawking συνεχίζει να ανεβαίνει. Τελικά οι σκουληκότρυπες γίνονται η κυρίαρχη από τις δύο, και αναλαμβάνουν τη δυναμική της μαύρης τρύπας. Η μετατόπιση από τη μια γεωμετρία στην άλλη είναι αδύνατη στην κλασική γενική σχετικότητα - είναι μια εγγενώς κβαντική διαδικασία. Η επιπλέον γεωμετρική διαμόρφωση και η διαδικασία μετάβασης που προσεγγίζει είναι οι δύο κύριες ανακαλύψεις της ανάλυσης.

Τον Νοέμβριο του 2019, δύο ομάδες φυσικών - γνωστές ως ομάδες Δυτικής Ακτής και Ανατολικής Ακτής για τις γεωγραφικές τους σχέσεις - δημοσίευσαν την εργασία τους δείχνοντας ότι αυτό το τέχνασμα τους επιτρέπει να αναπαράγουν την καμπύλη Σελίδας. Με αυτόν τον τρόπο, επιβεβαίωσαν ότι η ακτινοβολία απομακρύνει το πληροφοριακό περιεχόμενο ό,τι πέφτει στη μαύρη τρύπα. Η θεωρία χορδών δεν χρειάζεται να είναι αληθινή. ακόμη και ένας ένθερμος επικριτής της θεωρίας χορδών μπορεί να συμβιβαστεί με το ολοκλήρωμα της βαρυτικής διαδρομής. Ωστόσο, όσο περίπλοκη και αν είναι η ανάλυση, δεν λέει ακόμη πώς οι πληροφορίες κάνουν την απόδρασή τους.

Η Κατασκευή του Χωροχρόνου

Με αυτούς τους υπολογισμούς, η ακτινοβολία είναι πλούσια σε πληροφορίες. Κάπως έτσι, μετρώντας το, θα πρέπει να μπορείτε να μάθετε τι έπεσε στη μαύρη τρύπα. Αλλά πώς;

Οι θεωρητικοί στην ομάδα της Δυτικής Ακτής φαντάστηκαν ότι στέλνουν την ακτινοβολία σε έναν κβαντικό υπολογιστή. Εξάλλου, μια προσομοίωση υπολογιστή είναι από μόνη της ένα φυσικό σύστημα. μια κβαντική προσομοίωση, ειδικότερα, δεν είναι εντελώς διαφορετική από αυτή που προσομοιώνει. Έτσι οι φυσικοί φαντάστηκαν να συλλέγουν όλη την ακτινοβολία, να την τροφοδοτούν σε έναν τεράστιο κβαντικό υπολογιστή και να εκτελούν μια πλήρη προσομοίωση της μαύρης τρύπας.

Και αυτό οδήγησε σε μια αξιοσημείωτη ανατροπή στην ιστορία. Επειδή η ακτινοβολία είναι πολύ μπερδεμένη με τη μαύρη τρύπα από την οποία προήλθε, ο κβαντικός υπολογιστής, επίσης, μπλέκεται πολύ με την τρύπα. Μέσα στην προσομοίωση, η εμπλοκή μεταφράζεται σε μια γεωμετρική σύνδεση μεταξύ της προσομοιωμένης μαύρης τρύπας και του αρχικού. Με απλά λόγια, τα δύο συνδέονται με μια σκουληκότρυπα. «Υπάρχει η φυσική μαύρη τρύπα και μετά υπάρχει η προσομοιωμένη στον κβαντικό υπολογιστή, και μπορεί να υπάρξει μια σκουληκότρυπα που να τις συνδέει», είπε ο Ντάγκλας Στάνφορντ, θεωρητικός φυσικός στο Στάνφορντ και μέλος της ομάδας της Δυτικής Ακτής. Αυτή η ιδέα είναι ένα παράδειγμα πρότασης των Maldacena και Leonard Susskind του Στάνφορντ το 2013 ότι η κβαντική εμπλοκή μπορεί να θεωρηθεί ως σκουληκότρυπα. Η σκουληκότρυπα, με τη σειρά της, παρέχει μια μυστική σήραγγα μέσω της οποίας οι πληροφορίες μπορούν να διαφύγουν από το εσωτερικό.

Οι θεωρητικοί έχουν συζητήσει έντονα το πώς κυριολεκτικά να πάρουμε όλες αυτές τις σκουληκότρυπες. Οι σκουληκότρυπες είναι τόσο βαθιά θαμμένες στις εξισώσεις που η σύνδεσή τους με την πραγματικότητα φαίνεται αδύναμη, ωστόσο έχουν απτές συνέπειες. «Είναι δύσκολο να απαντήσεις τι είναι φυσικό και τι αντιφυσικό», είπε ο Raghu Mahajan, φυσικός στο Stanford, «επειδή υπάρχει σαφώς κάτι σωστό σε αυτές τις σκουληκότρυπες».

Όμως, αντί να σκεφτούν τις σκουληκότρυπες ως πραγματικές πύλες που βρίσκονται εκεί έξω στο σύμπαν, ο Mahajan και άλλοι εικάζουν ότι είναι σημάδι νέας, μη τοπικής φυσικής. Συνδέοντας δύο απομακρυσμένες τοποθεσίες, οι σκουληκότρυπες επιτρέπουν σε περιστατικά σε ένα μέρος να επηρεάζουν άμεσα ένα μακρινό μέρος, χωρίς κάποιο σωματίδιο, δύναμη ή άλλη επιρροή να χρειάζεται να διασχίσει την ενδιάμεση απόσταση - καθιστώντας αυτό ένα παράδειγμα αυτού που οι φυσικοί αποκαλούν μη τοπικότητα. "Φαίνεται να υποδηλώνουν ότι έχετε μη τοπικά αποτελέσματα που εμφανίζονται", είπε ο Almheiri. Στους υπολογισμούς της μαύρης τρύπας, το νησί και η ακτινοβολία είναι ένα σύστημα που φαίνεται σε δύο σημεία, κάτι που ισοδυναμεί με αποτυχία της έννοιας του «τόπου». «Πάντα γνωρίζαμε ότι κάποιο είδος μη τοπικών επιδράσεων πρέπει να εμπλέκονται στη βαρύτητα, και αυτό είναι ένα από αυτά», είπε ο Μαχατζάν. "Τα πράγματα που νομίζατε ότι ήταν ανεξάρτητα δεν είναι πραγματικά ανεξάρτητα."

Με την πρώτη ματιά, αυτό είναι πολύ περίεργο. Ο Αϊνστάιν κατασκεύασε τη γενική σχετικότητα με ρητό σκοπό την εξάλειψη της μη τοπικότητας από τη φυσική. Η βαρύτητα δεν απλώνεται στο διάστημα αμέσως. Πρέπει να διαδίδεται από το ένα μέρος στο άλλο με πεπερασμένη ταχύτητα, όπως κάθε άλλη αλληλεπίδραση στη φύση. Όμως, κατά τη διάρκεια των δεκαετιών, οι φυσικοί έχουν καταλάβει ότι οι συμμετρίες στις οποίες βασίζεται η σχετικότητα δημιουργούν μια νέα φυλή μη τοπικών επιδράσεων.

Τον περασμένο Φεβρουάριο, ο Marolf και ο Henry Maxfield, επίσης στη Σάντα Μπάρμπαρα, μελέτησαν τη μη τοπικότητα που υπονοείται από τους υπολογισμούς της νέας μαύρης τρύπας. Διαπίστωσαν ότι οι συμμετρίες της σχετικότητας έχουν ακόμη πιο εκτεταμένα αποτελέσματα από ό,τι συνήθως υποτίθεται, γεγονός που μπορεί να δώσει στον χωροχρόνο την ποιότητα της αίθουσας των κατόπτρων που φαίνεται στις αναλύσεις της μαύρης τρύπας.

Όλα αυτά ενισχύουν την αίσθηση πολλών φυσικών ότι ο χωροχρόνος δεν είναι το ριζικό επίπεδο της φύσης, αλλά αντιθέτως προκύπτει από κάποιον υποκείμενο μηχανισμό που δεν είναι χωρικός ή χρονικός. Για πολλούς, αυτό ήταν το κύριο μάθημα της δυαδικότητας AdS/CFT. Οι νέοι υπολογισμοί λένε σχεδόν το ίδιο πράγμα, αλλά χωρίς να δεσμεύονται για τη δυαδικότητα ή τη θεωρία χορδών. Οι σκουληκότρυπες εμφανίζονται επειδή είναι η μόνη γλώσσα που μπορεί να χρησιμοποιήσει το αναπόσπαστο μονοπάτι για να μεταφέρει ότι ο χώρος καταρρέει. Είναι ο τρόπος της γεωμετρίας να πει ότι το σύμπαν είναι τελικά μη γεωμετρικό.

Το τέλος της αρχής

Οι φυσικοί που δεν εμπλέκονται στο έργο, ή ακόμα και στη θεωρία χορδών, λένε ότι είναι εντυπωσιασμένοι, αν και δεόντως δύσπιστοι. «Τους σκέφτομαι, αφού αυτοί οι υπολογισμοί είναι πολύ μη τετριμμένοι», είπε ο Daniele Oriti από το Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilian του Μονάχου.

Αλλά μερικοί αισθάνονται ανήσυχοι για τον κλονισμένο σωρό εξιδανικεύσεων που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση, όπως ο περιορισμός του σύμπαντος σε λιγότερες από τρεις χωρικές διαστάσεις. Το προηγούμενο κύμα ενθουσιασμού για το μονοπάτι αναπόσπαστο στη δεκαετία του '80, που οδηγήθηκε από το έργο του Χόκινγκ, σβήστηκε εν μέρει επειδή οι θεωρητικοί ενοχλήθηκαν από τη συσσώρευση προσεγγίσεων. Πέφτουν οι σημερινοί φυσικοί στην ίδια παγίδα; «Βλέπω τους ανθρώπους να κάνουν τα ίδια επιχειρήματα με το χέρι που είχαν διατυπωθεί πριν από 30 χρόνια», είπε η Renate Loll από το Πανεπιστήμιο Radboud στην Ολλανδία, ειδικός στο ολοκλήρωμα της βαρυτικής διαδρομής. Έχει υποστηρίξει ότι οι σκουληκότρυπες πρέπει να απαγορευθούν ρητά εάν το ολοκλήρωμα θέλει να δώσει λογικά αποτελέσματα.

Οι σκεπτικιστές ανησυχούν επίσης ότι οι συγγραφείς έχουν υπερερμηνεύσει το τέχνασμα αντιγραφής. Υποθέτοντας ότι τα αντίγραφα μπορούν να συνδεθούν βαρυτικά, οι συγγραφείς υπερβαίνουν τις προηγούμενες επικλήσεις του ελιγμού. "Υποθέτουν ότι επιτρέπονται όλες οι γεωμετρίες που συνδέουν διαφορετικά αντίγραφα, αλλά δεν είναι σαφές πώς αυτό ταιριάζει στο πλαίσιο των κβαντικών κανόνων", δήλωσε ο Steve Giddings από τη Santa Barbara.

Given the uncertainties of the calculation, some are unconvinced that a solution is available within semiclassical theory. “There’s no good choice if you restrict to quantum mechanics and gravity,” Warner said. He has championed models in which stringy effects prevent black holes from forming in the first place. But the upshot is broadly similar:Space-time undergoes a phase transition to a very different structure.

Skepticism is warranted if for no other reason than because the recent work is complicated and raw. It will take time for physicists to digest it and either find a fatal flaw in the arguments or become convinced that they work. After all, even the physicists behind the efforts didn’t expect to resolve the information paradox without a full quantum theory of gravity. Indeed, they thought the paradox was their fulcrum for prying out that more detailed theory. “If you had asked me two years ago, I would have said:‘The Page curve — that’s a long way away,’” Engelhardt said. “We’re going to need some kind of [deeper] understanding of quantum gravity.’”

But assuming that the new calculations stand up to scrutiny, do they in fact close the door on the black hole information paradox? The recent work shows exactly how to calculate the Page curve, which in turn reveals that information gets out of the black hole. So it would seem as though the information paradox has been overcome. The theory of black holes no longer contains a logical contradiction that makes it paradoxical.

But in terms of making sense of black holes, this is at most the end of the beginning. Theorists still haven’t mapped the step-by-step process whereby information gets out. “We now can compute the Page curve, and I don’t know why,” said Raphael Bousso at Berkeley. To astronauts who ask whether they can get out of a black hole, physicists can answer, “Sure!” But if the astronauts ask how to do it, the disquieting reply will be:“No clue.”

This article was reprinted on Wired.com, in Italian at le Scienze and in Spanish at Investigacionyciencia.es.