Το ολόγραμμα μέσα σε ένα ολόγραμμα υποδηλώνει τη μοίρα των μαύρων τρυπών
Όπως οι κοσμικοί σκληροί δίσκοι, οι μαύρες τρύπες συσσωρεύουν πλήθος δεδομένων σε συμπαγείς χώρους. Αλλά από τότε που ο Stephen Hawking υπολόγισε το 1974 ότι αυτές οι πυκνές σφαίρες ακραίας βαρύτητας εκπέμπουν θερμότητα και εξαφανίζονται, η μοίρα των αποθηκευμένων πληροφοριών τους έχει στοιχειώσει τους φυσικούς.
Το πρόβλημα είναι το εξής:Οι νόμοι της κβαντικής μηχανικής επιμένουν ότι οι πληροφορίες για το παρελθόν δεν χάνονται ποτέ, συμπεριλαμβανομένης της καταγραφής οτιδήποτε έπεσε σε μια μαύρη τρύπα. Αλλά ο υπολογισμός του Χόκινγκ έρχεται σε αντίθεση με αυτό. Εφάρμοσε τόσο την κβαντομηχανική όσο και τη θεωρία της βαρύτητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν στον χώρο γύρω από μια μαύρη τρύπα και διαπίστωσε ότι οι κβαντικές ταραχές προκαλούν τη μαύρη τρύπα να εκπέμπει ακτινοβολία που είναι εντελώς τυχαία, χωρίς πληροφορίες. Καθώς συμβαίνει αυτό, η μαύρη τρύπα συρρικνώνεται και τελικά εξαφανίζεται.
Αλλά εξαφανίζονται οι πληροφορίες του μαζί του, που σημαίνει ότι η κβαντική μηχανική είναι λάθος; Ή μήπως το πρόβλημα έγκειται στη θεωρία του Αϊνστάιν; Όταν αναγκάζονται να επιλέξουν, πολλοί φυσικοί υποστηρίζουν τον κβαντικό κανόνα και υποπτεύονται ότι οι πληροφορίες με κάποιο τρόπο διαφεύγουν από την ακτινοβολία της μαύρης τρύπας, η οποία σε αυτή την περίπτωση δεν είναι τελικά τυχαία. Το να καταλάβουμε πώς βγαίνουν οι πληροφορίες θα πρέπει να δείχνει το δρόμο πέρα από τη θεωρία του Αϊνστάιν σε μια πιο ολοκληρωμένη κβαντική θεωρία της βαρύτητας. Ωστόσο, μετά από 45 χρόνια ενασχόλησης με αυτό το «παράδοξο πληροφοριών για τη μαύρη τρύπα», κανείς δεν έχει εντοπίσει το υποτιθέμενο λάθος στον υπολογισμό του Χόκινγκ.
Τώρα, όμως, αρκετοί επισημασμένοι φυσικοί της μαύρης τρύπας πιστεύουν ότι μπορεί να πλησιάζουν σε μια λύση. Ούτε καν οι ίδιοι οι ερευνητές κατανοούν πλήρως τις φυσικές επιπτώσεις των μαθηματικών που εξερευνούν σε μια πρόσφατη εργασία. Αλλά στα αφηρημένα μαθηματικά νήματα, αυτοί και άλλοι βλέπουν τα περιγράμματα μιας γέφυρας προς το εσωτερικό της μαύρης τρύπας, μια οδό διαφυγής για παγιδευμένα δεδομένα. Εντόπισαν αυτό το κρυφό μονοπάτι χρησιμοποιώντας μια ατελώς κατανοητή τεχνική για την κατασκοπεία μιας μαύρης τρύπας από μια υψηλότερη διάσταση.
«Είναι μαγικό», είπε ο Ahmed Almheiri, φυσικός στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών (IAS) στο Πρίνστον του Νιου Τζέρσεϊ, ο οποίος συνέγραψε την πρόσφατη εργασία. "Ξέρουμε πώς να αποδείξουμε" ότι η αλλαγή της προοπτικής λειτουργεί, είπε, "αλλά δεν έχουμε πλήρη κατανόηση του γιατί συμβαίνει αυτό."
Ο Raphael Bousso, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ και ειδικός στο παράδοξο της πληροφορίας, είπε σχετικά με τη νέα εργασία:«Το βρίσκω αρκετά ενδιαφέρον που εργάζομαι πραγματικά σκληρά» για να το καταλάβω.
Η τεχνική αναπήδησης διαστάσεων που είναι το κλειδί για τη νέα εξέλιξη είναι γνωστή ως ολογραφία. Ακριβώς όπως ένα ολόγραμμα πιστωτικής κάρτας που αναδύεται από ένα επίπεδο αυτοκόλλητο, ένα σύστημα όπως μια μαύρη τρύπα μπορεί να προβληθεί με δύο ισοδύναμους τρόπους. Υπάρχει η γνωστή άποψη μιας μαύρης τρύπας ως όγκου χώρου στον οποίο η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή και το ύφασμα του χωροχρόνου λυγίζει τόσο απότομα προς τα μέσα, που ούτε το φως μπορεί να αναρριχηθεί. Εναλλακτικά, η μαύρη τρύπα μπορεί να θεωρηθεί ως μια ολογραφική προβολή από ένα επίπεδο σύστημα κβαντικών σωματιδίων που παραμένει χωρίς βαρύτητα. Μετά την ανακάλυψη αυτής της δυαδικότητας από τον Juan Maldacena, έναν φυσικό στο IAS, το 1997, οι φυσικοί εξέτασαν πολλά μυστήρια από αυτές τις συμπληρωματικές γωνίες. Τώρα χρησιμοποιούν την ολογραφική προσέγγιση για να προσπαθήσουν να παρακολουθήσουν τη ροή των πληροφοριών μέσα από μια μαύρη τρύπα.
Πρώτον, ένα ζευγάρι εγγράφων που εμφανίστηκαν τον Μάιο ανέλυσαν πώς το περιεχόμενο πληροφοριών μιας μαύρης τρύπας αλλάζει καθώς το αντικείμενο γερνάει. Σε μια από τις εργασίες, ο Almheiri και οι συγγραφείς εξέτασαν μια απλοποιημένη βαρυτική μαύρη τρύπα σε δύο διαστάσεις που ισοδυναμεί με ένα μονοδιάστατο σύστημα κβαντικών σωματιδίων. Διαπίστωσαν ότι στην αρχή, καθώς η μαύρη τρύπα καταβροχθίζει την ύλη και γίνεται μεγαλύτερη, το περιεχόμενο πληροφοριών της αυξάνεται. Αλλά στη συνέχεια, στα γηρατειά της, καθώς η ακτινοβολία αρχίζει να φτύνει τα δεδομένα πίσω, το περιεχόμενο πληροφοριών της μειώνεται, αποκλίνοντας από την περιγραφή του Χόκινγκ. Ο Geoffrey Penington του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ κατέληξε ανεξάρτητα σε παρόμοια συμπεράσματα. Οι εφημερίδες βρήκαν έναν νέο τρόπο για να αναπαράγουν τη συμβατική σοφία ότι οι πληροφορίες πρέπει να ξεφεύγουν με ασφάλεια από τις μαύρες τρύπες, αλλά σταμάτησαν να εξηγούν πώς το κάνει - ή πού πήγαν στραβά τα μαθηματικά του Χόκινγκ.
Η τελευταία εφημερίδα, που δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο στα τέλη Αυγούστου, προχώρησε περισσότερο, προσφέροντας έναν νέο τρόπο σκέψης για τα μαθηματικά του Χόκινγκ.
Οι ολογράφοι συνήθως περπατούν σε έναν μονόδρομο από έναν όγκο γεμάτο βαρύτητα σε μια κβαντική επίπεδη περιοχή, όπου τα μαθηματικά είναι ευκολότερα. Αλλά σε αυτή τη νέα δουλειά, οι Almheiri, Maldacena και οι συνεργάτες τους IAS Raghu Mahajan και Ying Zhao προσπάθησαν να κάνουν μια βόλτα και στις δύο κατευθύνσεις.
Πήραν μια δισδιάστατη μαύρη τρύπα και εξέτασαν χωριστά τα δύο στοιχεία της:την ύλη μέσα σε αυτήν και τη βαρύτητα που παράγεται από αυτή την ύλη. Όπως και πριν, είδαν τη 2D βαρύτητα ως το ολόγραμμα 1D κβαντικών σωματιδίων. Αλλά αντιμετώπισαν την ύλη της μαύρης τρύπας σαν το επίπεδο μέρος ενός δεύτερου ολογράμματος, αφήνοντας αυτά τα 2D κβαντικά σωματίδια να αναδυθούν σε μια τρισδιάστατη εικόνα. Αυτή η στρατηγική δημιούργησε μια Έναρξη -όπως ολόγραμμα μέσα σε ολόγραμμα. «Φαινόταν σαν να ήταν πραγματικά τρελό», είπε ο Αλμχέιρι, «αλλά πήραμε την ευκαιρία.»
Ενώ οι πληροφορίες εμφανίζονταν παγιδευμένες στο εσωτερικό της μαύρης τρύπας σε 2D, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μετά την εμφάνιση του ολογράμματος από τη σελίδα, τμήματα του εσωτερικού της μαύρης τρύπας συνδέθηκαν γεωμετρικά με τμήματα του εξωτερικού, παρέχοντας μια οδό διαφυγής για πληροφορίες. Κατά συνέπεια, η εξερχόμενη ακτινοβολία μαύρης τρύπας μπορεί να φαίνεται τυχαία σε έναν διερχόμενο αστροναύτη που κάνει απλά πειράματα, λέει ο Almheiri, αλλά η αυστηρή μελέτη θα αποκάλυπτε διακριτικά κρυμμένες πληροφορίες - το αποτέλεσμα που πολλοί ήλπιζαν.
Η ολογραφική σύνδεση μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού της μαύρης τρύπας υποστηρίζει ένα παλιό προαίσθημα ότι λαμβάνοντας υπόψη τα δύο μαζί θα πρέπει με κάποιο τρόπο να επιλύσει το παράδοξο της πληροφορίας. "Παρέχουν πολύ σημαντικά νέα στοιχεία υπέρ αυτού του κανόνα", είπε ο Penington.
Ωστόσο, οι ειδικοί τονίζουν ότι ενώ η γέφυρα υψηλότερης διάστασης μπορεί να αφήσει τις πληροφορίες προς τα έξω, εξακολουθεί να λείπει λεπτομερής περιγραφή του τρόπου με τον οποίο κωδικοποιείται στην ακτινοβολία. «Αυτή είναι η αρχή μιας θεωρητικής κατανόησης του τι συμβαίνει όσον αφορά την ακτινοβολία», είπε η Netta Engelhardt, φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης που συνεργάστηκε με τον Almheiri στη δημοσίευση του Μαΐου, «αλλά δεν είναι μια λειτουργική περιγραφή για το πώς να εξάγετε τις πληροφορίες."
Η τρισδιάστατη προβολή βοηθά επίσης να διευκρινιστεί γιατί οι 2D μαύρες τρύπες τελικά αποκλίνουν από τον υπολογισμό του Hawking. Οι θεωρητικοί εντόπισαν τις αλλαγές στο περιεχόμενο πληροφοριών της μαύρης τρύπας μετρώντας τις περιοχές των σχετικών γεωμετρικών επιφανειών στο τρισδιάστατο ολόγραμμα. Το εμβαδόν της μικρότερης τέτοιας επιφάνειας δίνει το περιεχόμενο πληροφοριών. Αλλά καθώς αυτή η επιφάνεια μεγαλώνει, μια δεύτερη τελικά την αντικαθιστά ως η μικρότερη. Η συνέχιση της παρακολούθησης της πρώτης επιφάνειας αναπαράγει το σφάλμα του Hawking, αλλά η μετάβαση στη δεύτερη διορθώνει τα μαθηματικά δείχνοντας ότι οι πληροφορίες που περιέχονται στη μαύρη τρύπα αρχίζουν να πέφτουν.
Με αυτόν τον τρόπο, το ολόγραμμα μέσα σε ένα ολόγραμμα δίνει την επιθυμητή απάντηση στο ερώτημα τι συμβαίνει με τις πληροφορίες μιας δισδιάστατης μαύρης τρύπας. Οι περισσότεροι ειδικοί υποθέτουν ότι εάν ο συλλογισμός είναι σωστός, θα πρέπει να μεταφερθεί σε μαύρες τρύπες υψηλότερων διαστάσεων όπως αυτές στο σύμπαν μας. Μια κοινή ανησυχία, ωστόσο, είναι ότι οι συγγραφείς μπορεί να διαβάζουν πάρα πολύ νόημα σε αυτόν τον αφηρημένο υπολογισμό.
Ο Don Marolf, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, ο οποίος εργάστηκε για την άνοιξη με τους Almheiri, Engelhardt και Henry Maxfield, επαίνεσε τη νέα εργασία ως συγκεκριμένο μοντέλο που καταδεικνύει τους ισχυρισμούς των προηγούμενων εγγράφων. Ωστόσο, ο Marolf ανησυχεί ότι η ολογραφία μπορεί να μην είναι τόσο σοφός οδηγός όσο ελπίζουν οι Almheiri και Maldacena, επειδή είναι δυνατό να μεταπηδήσετε μεταξύ διαστάσεων σε πολλά διαφορετικά μονοπάτια. Η διαδρομή που βρέθηκε στο νέο έγγραφο φαίνεται να λειτουργεί, αλλά ο Marolf προειδοποιεί ότι άλλες ολογραφικές κατασκευές μπορεί να διαφωνούν. Για αυτόν τον λόγο, είπε, «όλοι θα θέλαμε να είμαστε σε θέση να κάνουμε κάτι εγγενές σε αυτήν τη δισδιάστατη θεωρία χωρίς να επικαλεστούμε την ολογραφία ως ένα μαγικό μαύρο κουτί».
Πράγματι, στη συνεχιζόμενη εργασία, η ομάδα του Almheiri και μια σειρά από άλλες ομάδες επιδιώκουν μια πιο τεκμηριωμένη περιγραφή που ελπίζουν ότι θα καταλήξουν στα ίδια συμπεράσματα με την απόδειξη του ολογράμματος-εντός-ολογράμματος χωρίς να στηρίζονται στο δεκανίκι της επιπλέον διάστασης.
Αλλά ακόμα κι αν τα φανταχτερά κόλπα ολογραφίας δεν στέκονται, οι ερευνητές της μαύρης τρύπας εκφράζουν ενθουσιασμό που το παράδοξο πληροφοριών του Χόκινγκ είναι σε θέση να τα μεταφέρει στα όρια της γνωστής φυσικής. "Στον χάρτη που λέει, "Εδώ είναι δράκοι" - η κβαντική [θεωρία] της βαρύτητας που αναζητούμε - οι δράκοι είναι πολύ πιο κοντά από ό,τι νομίζαμε", είπε ο Μπούσο.
Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στα ισπανικά στη διεύθυνση Investigacionyciencia.es .
