Czarne dziury nie mogą wysyłać informacji o tym, co połykają – i to jest problem

Trzy liczby.

Tylko trzy liczby – tyle wystarczy, aby w ogólnej teorii względności całkowicie i w 100% jednoznacznie opisać czarną dziurę. Jeśli powiem ci masę, ładunek elektryczny i spin (tj. moment pędu) czarnej dziury, to już koniec. To wszystko, co będziemy o nim wiedzieć i wszystko, czego potrzebujemy, aby opisać jego cechy.

Te trzy liczby pozwalają nam obliczyć wszystko, w jaki sposób czarna dziura oddziałuje ze swoim otoczeniem, jak obiekty wokół niej zareagują na to i jak czarna dziura będzie się rozwijać w przyszłości.

Pomimo wszystkich swoich ogromnych możliwości grawitacyjnych i bezbożnej obcej natury, czarne dziury są zaskakująco proste. Gdybym dał wam dwie czarne dziury o dokładnie tej samej masie, ładunku i spinu, nie bylibyście w stanie ich odróżnić. Jeśli zamienisz się miejscami, nie patrząc, nie będziesz wiedział, że to zrobiłem.

Oznacza to również, że kiedy widzisz w pełni uformowaną czarną dziurę, nie masz pojęcia, dlaczego się uformowała. Każda kombinacja zwartej masy w wystarczająco małej objętości może załatwić sprawę. Może to być supergęsty rdzeń umierającej gwiazdy. Byłby to bardzo gęsty żwirek uroczych kotów, które zostały zgniecione w zapomnienie.

Dopóki masa, ładunek i rotacja są takie same, historia nie ma znaczenia. Nie ma informacji o oryginalnym materiale, który stworzył czarną dziurę. Albo to jest?

Ustanawianie czarterów

„Informacja” to termin lekko obciążony; Mogą przyjmować różne definicje w zależności od tego, kogo pytasz i w jakim są nastroju. W fizyce pojęcie informacji jest ściśle związane z naszym rozumieniem, jak rozwijają się układy fizyczne i jak konstruujemy nasze teorie w fizyce.

Lubimy myśleć, że fizyka jest stosunkowo użytecznym modelem do zrozumienia wszechświata, w którym żyjemy. Jednym ze sposobów, w jaki fizyka korzysta, jest jej zdolność do przewidywania. Jeśli dam wam listę wszystkich informacji o systemie, powinienem być w stanie zastosować prawa i teorie fizyki, aby powiedzieć wam, jak ten system będzie się rozwijał. I odwrotnie. Jeśli powiem ci teraz stan systemu, możesz wykonać całą matematykę z powrotem, aby zobaczyć, jak system dotarł do obecnego stanu.

Te dwie koncepcje są znane jako nieuchronność (Potrafię przewidzieć przyszłość) i odbicie (Potrafię czytać przeszłość) I to jest właściwie fundamentalny rdzeń fizyki. Gdyby nasze teorie fizyki nie miały tych właściwości, nie bylibyśmy w stanie wykonać zbyt wiele pracy.

Te dwie koncepcje dotyczą również mechaniki kwantowej. Tak, mechanika kwantowa nakłada ścisłe ograniczenia na to, co możemy zmierzyć we wszechświecie, ale to nie znaczy, że wszystkie zakłady są przegrane. Zamiast tego możemy po prostu zastąpić dobrze zdefiniowany stan klasyczny bardziej rozmytym stanem kwantowym i żyć dalej; Stan kwantowy ewoluuje zgodnie z równaniem Schrödingera, które wspiera zarówno determinizm, jak i odwracalność, więc wszyscy jesteśmy dobrzy.

Informacje nie są tracone podczas spalania książki; To tylko mieszanka.

Ta podwójna maska ​​​​determinizmu i odwracalności oznacza, że ​​z punktu widzenia fizyki informacje muszą być zachowane podczas każdego procesu. Nie można ich tworzyć ani niszczyć – Jeśli dodamy lub usuniemy informacje indywidualnie, nie będziemy w stanie przewidzieć przyszłości ani odczytać przeszłości. Wszelkie straty lub zyski oznaczają, że będą brakujące lub dodatkowe informacje, więc cała fizyka rozpadnie się w pył.

Istnieje wiele procesów, które On się pojawia Niszczyć informacje, ale to tylko dlatego, że nie śledzimy wystarczająco uważnie. Weźmy na przykład spalenie książki. Jeśli dam ci kupkę popiołu, wyda się to nieodwracalne: nie ma mowy, abyś mógł złożyć książkę z powrotem. Ale jeśli masz do dyspozycji wystarczająco mocny mikroskop (i dużo cierpliwości) i musisz mieć na mnie oko, gdy książka płonie, możesz – przynajmniej w zasadzie, co jest wystarczająco dobre – obserwować i śledzić ruch każdej cząsteczki w procesie. Następnie możesz odwrócić wszystkie te ruchy i wszystkie interakcje, aby odbudować książkę. Informacje nie są tracone podczas spalania książki; To tylko mieszanka.

W klasycznym, tradycyjnym spojrzeniu na czarne dziury cała ta praca związana z informacją nie stanowi żadnego problemu. Informacje użyte do zbudowania czarnej dziury są po prostu ukryte daleko za horyzontem zdarzeń – jednokierunkową granicą na powierzchni czarnej dziury, która czyni ją tak wyjątkową. Tam informacje w tym wszechświecie już nigdy nie będą widoczne. Niezależnie od tego, czy czarna dziura powstała z umierających gwiazd, czy zgniecionych kotów, tak się nie dzieje praktycznie kwestia. Informacje mogą nie zostać zniszczone, ale są trwale ukryte przed wścibskimi oczami.