Gaură neagră devorând o stea-partener
Pentru a înțelege problema pierderii informaţiei în găurile negre, mai întâi trebuie să cunoașteți matematica utilizată în abordarea acestui subiect de către teoriile fizicii. Vom continua însă fără matematică, explicând problema conceptual.
Aceste teorii au toate două ingrediente. În primul rând, există ceva numit "starea sistemului", care este o descriere completă sistemului pentru care doriți să puteţi face predicţii. Într-o teorie clasică, care nu este cuantificată, starea ar fi, de exemplu, pozițiile și viteza particulelor. Pentru a descrie starea sistemului într-o teorie cuantică, ați lua în calcul funcțiile de undă.
Al doilea ingredient al teoriilor actuale este o lege dinamică, care este adesea numită „ecuația evoluției”. Aceasta nu are nicio legătură cu evoluția darwiniană. Evoluția înseamnă aici doar că aceasta vorbim de o ecuație care vă spune cum starea se schimbă de la un moment la altul. Deci, dacă ştiţi starea la un moment dat, puteți folosi ecuația evoluției pentru a calcula starea în orice alt moment.
Cum distrug informaţia găurile negre şi de ce asta constituie o problemă
(subtitrare în limba engleză)
Important este că toate ecuațiile evoluției pe care le cunoaştem sunt reversibile în timp. Aceasta înseamnă că nu se întâmplă niciodată ca două stări care diferă la un moment dat să devină stări identice la o dată ulterioară. Dacă ar fi fost așa, atunci, nu veți ști de unde ați început și nu va fi reversibil.
Toate ecuațiile evoluției fundamentale din fizică sunt reversibile în timp. Dar această reversibilitate a timpului este în multe cazuri complet teoretică din cauza creșterii entropiei. Dacă entropia unui sistem crește, aceasta înseamnă că, dacă ați dori să reveniţi la starea iniţială, ar trebui să puteţi sistemul în exact acea situaţie iniţială, ceea ce de multe ori se dovedeşte cu neputinţă sub aspect practic. Prin urmare, multe procese care, în principiu, sunt reversibile în timp, sunt ireversibile din punct de vedere practic.
Gândește-te că amesteci aluatul. Nu veți putea niciodată să îl readuceţi într-o stare iniţială identică, de făină şi apă, în practică. Dar dacă aţi putea aranja suficient de exact poziția fiecărui atom, aţi putea să readuceţi aluatul la starea iniţială.
La fel se întâmplă și cu arderea unei bucăți de hârtie. Ireversibil în practică, dar, în principiu, dacă ai ști suficient de detaliat despre fum și cenușă, ai putea aduce sistemul la starea iniţială, de hârtie nearsă.
Ecuația evoluției din mecanica cuantică se numește "ecuația lui Schrödinger" și este la fel de reversibilă ca ecuația evoluției a fizicii clasice.
Mecanica cuantică, însă, are o ecuație suplimentară care descrie procesul de măsurare, iar această ecuație nu este reversibilă în timp. Motivul pentru care nu este reversibilă în timp este faptul că puteți avea stări diferite care, atunci când sunt măsurate, vă oferă același rezultat al măsurării. Deci, dacă știți doar rezultatul măsurătorii, nu puteți spune care a fost starea inițială.
Ce sunt găurile negre
(videoclip de pe canalul Scientia, cu subtitrare în lb. română)
Să mergem atunci la găurile negre. Proprietatea definitorie a unei găuri negre este orizontul evenimentelor, care este o suprafață unidirecțională. Puteți intra, dar nu ieși dintr-o gaură neagră. Orizontul evenimentelor nu are substanță, este, în fapt, doar numele unei locații din spațiu. În afară de asta - este vid.
Dar teoria cuantică ne spune că vidul nu este chiar... nimic. Este plin de perechi de particule-antiparticule care sunt create și distruse constant. În teoria generală a relativităţii noțiunea de particulă în sine depinde de observator, la fel ca și trecerea timpului. Din acest motiv, ceea ce pare a fi vid aproape de orizontul evenimentelor, nu mai pare a fi vid departe de acesta. Ceea ce este doar un alt mod de a spune că găurile negre emit radiații.
Acest efect a fost descoperit pentru prima dată de Stephen Hawking în anii '70 și, prin urmare, radiația se numește "radiație Hawking".
Ce este radiaţia Hawking
(subtitrare în lb. română)
Este foarte important să rețineți că obțineți acest rezultat utilizând doar teoria cuantică în spațiu-timpul curbat al unei găuri negre. Nu aveți nevoie de o teorie a gravitației cuantice pentru a constata că găurile negre radiază.
Radiaţia găurii negre este determinată în totalitate de masa totală, de sarcină și de spinul găurii negre.
Când gaura neagră emite radiaţii - pierde din masă și se micșorează. Acesta se micșorează până când dispare, iar radiația este singurul lucru care a mai rămas.
Dar dacă ai doar radiația emisă de gaura neagră, atunci tot ce știi este masa, sarcina și spinul găurii negre. Nu aveți idee despre ce a alcătuit gaura neagră inițial sau ce a căzut în acesta mai târziu.
Prin urmare, evaporarea găurii negre este ireversibilă, deoarece multe stări inițiale diferite vor avea ca rezultat aceeași stare finală. Și ştim acest lucru chiar înainte de a efectua o măsurare a radiațiilor.
Un astfel de proces ireversibil nu se potrivește cu niciuna dintre legile evoluției cunoscute - și asta este problema. Dacă o să combinați gravitația cu teoria cuantică, se pare că veți obține un rezultat care nu este compatibil cu teoria cuantică.
După cum ați observat probabil, nu se menţionează nimic despre informații. Asta pentru că referirea la informație din sintagma "pierderea informații din găurile negre” nu este necesară și provoacă doar confuzie. Problema „pierderii informației” nu are nicio legătură cu ceea ce înţelegem, de regulă, prin informaţie. Este doar un termen care, în mod evaziv, spune că nu puteți spune cu exactitate, cunoscând starea finală a unui sistem, care a fost starea sa inițială.
Citeşte şi:
· Ce este în interiorul unei găuri negre?
· Istoria completă a găurilor negre
Traducere şi adaptare după: How do black holes distroy information de Sabine Hossenfelder
