Gaură neagră - reprezentare artistică
Ia o carte oarecare și arunc-o în gaură neagră. Știu, nu e nicio gaură neagră prin preajmă, așa că doar imaginează-ți că faci asta 😃. După ce cartea ajunge în interiorul găurii negre, gaura neagră devine mai mare (are mai multă masă, adăugând masa cărții) și emite unde gravitaționale. Dar informația asociată cărții s-a pierdut pentru totdeauna. Iar asta este o problemă serioasă pentru fizică...
Paradoxul pierderii informației într-o gaură neagră
O gaură neagră are trei proprietăți fundamentale: masa, spinul și sarcina electrică. Ce se întâmplă în interiorul găurii negre este un mister și merge dincolo de teoriile curente ale fizicii (centrul găurii negre, definit printr-o „singularitate”, pare a fi de densitate și cu o gravitație infinite, iar „infinitul” pune probleme insolvabile...).
Dar până una alta, teoria care descrie găurile negre, teoria relativității generale, nu se potrivește cu mecanica cuantică. De ce?
În mecanica cuantică orice proces este reversibil, atâta vreme cât nu faci o măsurătoare. Asta înseamnă că dacă pornești cu o stare inițială și aștepți până procesul ajunge într-o stare pe care o numim „finală”, ulterior putem spune, pornind de la starea finală, care a fost starea inițială. Așadar, informația se păstrează pe timpul întregului proces, pentru că altfel nu am putea ști care a fost starea inițială a sistemului.
În principiu, dar nu din punct de vedere practic, dacă în loc să arunci cartea într-o gaură neagră, îi dai foc, starea finală a procesului (cenușă, căldură etc.) permite reconstrucția cărții.
Dar lucrurile sunt diferite când vorbim despre o gaură neagră. Cum spuneam și la începutul articolului, singurul lucru pe care-l obținem după aruncarea cărții în gaura neagră este creșterea masei acesteia și eliberarea de unde gravitaționale. Dar din aceste unde gravitaționale nu se poate reconstitui în niciun fel informația cu privire la alcătuirea cărții. Prin urmare, este imposibil să reconstituim cartea, iar informația pare că se pierde odată ce cartea trece granița găurii negre.
Dar nu este informația în gaura neagră?
Acest gând vine rapid pentru a salva situația. La urma urmelor, informația asociată cărții a trecut în gaura neagră odată cu cartea. Informația este de partea cealaltă. Dar nu se rezolvă problema, din păcate. Căci gaura neagră se evaporă, fără a permite captarea vreunei informații utile cu privire la cartea noastră.
Fizicianul care a devenit faimos prin descrierea găurilor negre, Stephen Hawking, a arătat că o gaură neagră emite radiație, denumită, desigur, radiație Hawking. Această radiație de natură termică este aleatorie și nu poate în niciun fel reda informația asociată cărții.
Cu timpul radiația emisă de gaura neagră face ca masa găurii negre să se micșoreze (de „vină” este E=mc2, faimoasa ecuație a lui Einstein care stabilește o echivalență între masă și energie).
Pe măsură ce gaura neagră se evaporă, temperatura găurii negre crește, ceea ce face ca procesul de evaporare să fie din ce în ce mai rapid.
În final, gaura neagră dispare complet. Ce rămâne în urma ei este radiație de natură termică. Toată informația captată de gaura neagră s-a pierdut... Iar asta, cum spuneam, este o mare problemă, căci ceea ce știm că se întâmplă cu informația din gaura neagră este incompatibil cu mecanica cuantică.
De ce este paradoxul nerezolvabil
Fizicienii au „identificat”, în fapt, mai multe soluții pentru paradoxul găurii negre. Unul dintre ultimele articole care clamează acest lucru avansează ideea conform căreia informația nu este distrusă în interiorul găurii negre, ci este transferată în afara acesteia prin intermediul gravitonilor, particule teoretice (care nu au fost descoperite experimental) care sunt responsabile de interacțiunea gravitațională.
Problema este că rezolvarea matematică a unei probleme a fizicii nu înseamnă că știm ce se întâmplă în realitate. Matematica permite uneori „soluții” care nu au legătură cu lumea fizică.
Matematica este un excelent instrument pentru înțelegerea naturii, dar ceea ce ne permite să afirmăm că am rezolvat o problemă din fizică este efectuarea unui experiment, efectuarea unei măsurători.
Dar cum să măsurăm radiația Hawking? Cu cât o gaură neagră este mai mare, cu atât temperatura ei este mai mică. Iar această temperatură este atât de mică, încât temperatura radiației cosmice de fond este superioară.
Nu există nicio idee despre cum am putea efectua experimente care să ne permită să testăm diferitele teorii care pretind că au rezolvat „problema pierderii informației într-o gaură neagră”. Iar asta face, în fapt, problema nerezolvabilă.
→ Citește și: Istoria completă a găurilor negre
Textul de mai sus surprinde principalele idei exprimate de fiziciana germană Sabine Hossenfelder în videoclipul de mai jos:
