Несколько дней назад, 14 марта, этот мир покинул один из самых выдающихся физиков современности, Стивен Хокинг. Несмотря на свою тяжелую болезнь, Хокинг успел написать множество научных книг, многие из которых стали настоящими бестселлерами, всю свою жизнь сохранял оптимизм, являлся активным популяризатором науки и даже стал своего рода поп-иконой, благодаря своему участию в различных развлекательных шоу. К сожалению, на момент смерти он так и не нашел ответа на один из самых интересных вопросов, решением которого он очень активно занимался последние годы: возможна ли полная потеря информации для Вселенной?
На заре своей научной карьеры, в 1974 году, 44 года назад, Хокинг опубликовал, пожалуй, одну из своих самых знаменитых научных статей: «Black Hole Explosions?» (Взрывы черных дыр?). В ней молодой ученый решил отойти от привычного на тот момент понимания этих загадочных объектов и тем самым фактически сделал первый важный шаг в решении этого вопроса, сообщает hi-news.
«В классическом понимании черные дыры рассматривались «идеально холодными» объектами, поглощающими все вокруг и ничего не излучающими. Именно такое представление о них было у науки начала 70-х годов», — комментирует Роберт Макнис, физик Чикагского университета Лойолы.
Такие черные дыры не излучают никакой энергии. Из них не может вырваться никакая материя. Наука видела в них объекты, которые просто существуют. Холодные, безмолвные, вечные. Но работа Хокинга их оживила, сделала их смертными.
«В середине 70-х годов, когда Стивен изучал эффекты квантовой механики, он обнаружил, что черные дыры в принципе должны создавать излучение, как если бы они были тепловыми объектами, обладающими температурой», — продолжает Макнис.
«Но в таком случае, если они могли бы излучать энергию, то и их масса должна была бы сокращаться. А поскольку будет сокращаться их масса, то они и сами должны уменьшаться в размерах, что в свою очередь должно приводить к повышению температуры и еще более интенсивному излучению».
Конечным результатом этих процессов должно стать либо полное исчезновение (испарение) черной дыры, либо сокращение ее размеров до крошечного зернышка. Однако в отсутствии подходящего инструмента, который позволил бы объединить идеи общей теории относительности и квантовой механики внутри теории «квантовой гравитации» для построения так называемой «теории всего», описывающей все известные фундаментальные взаимодействия, понимание финальной стадии этого «испарения» черной дыры остается полной загадкой для науки и по сей день.
«Проблема в том, что, согласно расчетам Хокинга, это излучение должно быть идеально тепловым. В нем не должно содержаться информации о состоянии материи, из которой эта черная дыра сформировалась, а это в свою очередь противоречит одному из фундаментальных законов квантовой механики», — говорит Макнис.
Одним из требований квантовой физики является наличие возможности вычленить каждое состояние частицы (прошлое, настоящее и будущее), а также определить связь этих состояний через серию цепных, причинных и вероятностных событий. Но если черная дыра способна высвобождать недифференцированный суп из частиц, каждая из которых несет свою информацию (свою историю), безвозвратно стертую (после погружения), то, следовательно, эта ситуация будет противоречить фундаментальным постулатам квантовой механики.
«Физики называют это информационным парадоксом черных дыр. Разрешение этого противоречия — необходимый шаг на пути построения квантовой гравитации», — говорит Максис.
Многие биографические публикации утверждают, что Хокинг состоялся как очень опытный физик уже к 1974 году и после публикации своей самой популярной книги «Краткая история времени» в 1988 году его наиболее важные научные труды остались в прошлом. Однако ученый все это время продолжал публиковать весьма дерзкие и спорные научные работы, пытаясь побороть парадокс, с которым он столкнулся несколько десятилетий ранее.
Пожалуй, наиболее драматической, если можно так выразиться, работой в поздней карьере Хокинга стала научная статья, в которой он рассуждал о том, что черных дыр в их «классическом» понимании вообще не существует.
В работе «Сохранение информации и предсказание погоды для черных дыр», опубликованной в 2014 году, он предположил, что «горизонт событий» — точка, преодолев которую объект (даже свет) не сможет избежать затягивания в черную дыру, – на самом деле не существует. По мнению Хокинга, существует «кажущийся горизонт» — поверхность, на которой излучение, уходящее от центра черной дыры, лишь задерживается. В отличие от классического горизонта событий, «кажущийся» может в какой-то момент исчезнуть, и то, что было в черной дыре, может выйти наружу.
«Отсутствие горизонта событий означает, что не существует черных дыр как объектов, откуда излучение не может уйти никогда», — писал тогда Хокинг.
Свою идею он попытался изложить через более ранний концепт так называемых «файрволов» черных дыр, предложенный в 2012 году американским физиком Джозефом Полчински. Согласно этой идее, вместо горизонта событий черные дыры обладают некой «стеной», границей, состоящей из частиц высоких энергий и потоков излучения, блокирующих все, что за нее попадает. Эта граница как тюрьма, только временная. Ученый не описал причин, по которым кажущийся горизонт может исчезнуть, однако физик Дон Пэйдж из канадского университета Альберты тогда предположил, что это может произойти, когда черная дыра за счет излучения Хокинга станет настолько малой, что гравитационные и квантовые эффекты станут неразличимы.
Но это не было последним словом Хокинга в решении вопроса. В 2016 году в соавторстве с физиком Кембриджского университета Малькольмом Перри, а также физиком Гарвардского университета Эндрю Стромингером он опубликовал работу под названием «Мягкие волосы черных дыр» (Soft Hair on Black Holes).
В этой работе команда ученых писала о том, что черные дыры окружены так называемыми «мягкими волосами» — фотонами с почти нулевой энергией. Добавив подобные частицы в уравнения, описывающие поведение черных дыр, Хокинг и его коллеги обнаружили, что эти фотоны будут выступать переносчиками информации, на которых будут записаны данные о некоторых свойствах частиц, «съеденных» черной дырой. Извлечь информацию из них, даже если удастся найти способ взаимодействия с этими фотонами, будет крайне сложно – авторы статьи сравнили это с задачей выяснения того, что сгорело в костре, смотря на дым и пламя.
Следствием существования этих фотонов будет то, что вместо четкой линии горизонта событий у черной дыры будет своеобразный набор из «волос» из «мягких фотонов», на которых, как на голографической пластине, будет записана часть информации о поглощенных частицах. Этот своеобразный «экран» будет обновлять свое содержимое каждый раз, когда черная дыра будет испускать очередную порцию излучения Хокинга, что еще больше затруднит его изучение. Тем не менее, Хокинг и его коллеги сделали вывод, что подобная идея позволила бы разрешить информационный парадокс, не прибегая к фантастическим и маловероятным допущениям и отклонениям от современных физических теорий.
«Полное описание голографической пластины и разрешение информационного парадокса остается открытым вопросом, для решения которого мы предоставили новые и более конкретные инструменты», — писали в выводах исследователи.
Даже под конец жизни Хокинг оставался очень работоспособным и трудолюбивым ученым, предлагающим идеи, которые как принимались, так и отклонялись его коллегами.
«Мне кажется, что работа 2014 года не снискала большой популярности. В то же время его работа, написанная в 2016 году в соавторстве с Перри и Стромингером, – это направление, в котором люди по-прежнему активно работают», — говорит Макнис.
«Информационный парадокс черных дыр является одной из определяющих проблем, нуждающихся в решении для тех, кто работает над теорией квантовой гравитации. Он по-прежнему не решен, но остается, по моему мнению, самым интересным вопросом, поднятым Хокингом», — добавил Макнис.
Корпорация Google по ошибке запустила рекламную кампанию за $10 млн на открытой бирже, где можно покупать и продавать для нее место через аукцион в режиме онлайн. Проблема возникла из-за стажера, ...
В рамках конференции Snapdragon Tech Summit 2018 состоялся анонс коммерческих мобильных сетей пятого поколения. Сотрудники компании Qualcomm рассказали о преимуществах сети нового поколения, сообщает ...
Google составила рейтинг популярных среди украинцев видео на YouTube. В нынешнем году лидером стала первая серия сериала Школа. Его показывали на 1 + 1. У него почти 6,8 млн просмотров. Кроме ...
Google представила подборку популярных видео YouTube 2018 в мире. Готовя рейтинг, аналитики учитывали количество просмотров, общее время сеанса, количество пересылок, комментариев и предпочтений. ...
Японские инженеры посадили за руль автомобиля работа. Робот похож на человека. Имеет пары ног и рук. Их приводят в движение электромоторы, пишет 24 канал. Техника выполняет стандартные схемы ...
6 декабря 1945-го американский инженер Перси Спенсер запатентовал свое изобретение - СВЧ-излучатель для подогрева пищи. Спенсер работал в военно-промышленной компании Raytheon. Занимался ...
Ступень ракеты-носителя Falcon 9 упала в Атлантический океан. Ракета запустили на Международную космическую станцию с базы военно-воздушных сил Соединенных Штатов на мысе Канаверал. Ее первая ...
В Европе произошел масштабный сбой в работе Facebook и Instagram Пользователи жалуются, что соцсеть выбрасывает их из личных аккаунтов, и они не могут войти в них снова, передает Downdetector. ...
Стокгольмский стартап Furhat Robotics создал робота для обучения сотрудников. Разработка поможет научиться общаться с недовольными клиентами и сообщать им неприятные новости, сообщили на официальном ...
Компания Google составила рейтинг лучших мобильных приложений нынешнего года. В рейтинг категории Most Casual Games попала игра украинской разработки Orbia: Tap and Relax. Ее создали в киевской ...
Компания Google составила рейтинг лучших мобильных приложений нынешнего года. В рейтинг категории Most Casual Games попала игра украинской разработки Orbia: Tap and Relax. Ее создали в киевской ...
Американская компания Microsoft разрабатывает новый браузер на основе платформы от Google Chromium. Кодовое название новинки - Anaheim. Она заменит стандартный браузер Edge, пишет УНИАН. На основе ...
Военная программа под названием Integrated Visual Augmentation System (IVAS) преследует цель разработки шлема, который даст солдатам США преимущества в бою.
Представители ASUS в Украине сделали официальный анонс о игровой смартфон серии Republic of Gamers Phone. Он возглавлял рейтинг самых мощных мобильных устройств сентября 2018, передает Pocket-lint. ...
Американская компания SpaceX побила рекорды по количеству запусков за год и количеством доставленных на орбиту спутников за один раз. Ракета Falcon 9 была запущена 3 декабря с военной базы Ванденберг ...
Быстрее всех заряжается смартфон Oppo R17 Pro. Ему хватает полчаса, чтобы получить 92% заряда. Большинство устройств за 30 мин. заряжают телефон на 50-60%, пишет Новое время. При зарядке Oppo ...
Быстрее всех заряжается смартфон Oppo R17 Pro. Ему хватает полчаса, чтобы получить 92% заряда. Большинство устройств за 30 мин. заряжают телефон на 50-60%, пишет Новое время. При зарядке Oppo ...
Японская автомобильная компания Toyota представила доработанного человекоподобного робота T-HR3. Отныне роботом можно управлять не только через прямое проводное подключение, но и дистанционно - через ...
В Южной Корее запустили коммерческую сеть 5G. Сеть пятого поколения тестировали на прототипе Galaxy S10, пишет Новое время. Видеосвязь из Банданга в Сеул сделал генеральный директор оператора SK ...
3 декабря 1992-го отправили первое в мире SMS. Технологию коротких мобильных сообщений разработал британский инженер Нейл Папуорт. Программист компании Sema Group тестировал новую технологию для ...
Ведомство по патентам и товарным знакам США утвердил ряд патентов Sony на необычные технологии для смартфонов будущего. Первый касается складываемого корпуса, который, скорее всего, станет трендом ...
