Червоточины помогают решить информационный парадокс черных дыр

Математический анализ помогает прояснить загадку о том, как информация убегает из черной дыры.

© MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Об этом рассказывают в японском Институте физико-химических исследований (RIKEN).

Физик из RIKEN и два его коллеги обнаружили: червоточина — мост, соединяющий отдаленные регионы Вселенной — помогает пролить свет на тайну происходящего с информацией о материи, проглоченной черной дырой.

Общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что ничто, попадающее в черную дыру, не может из нее вырваться. Но в 1970-х годах Стивен Хокинг подсчитал, что черные дыры должны испускать излучение, если учитывать квантовую механику, теорию, управляющую микроскопической сферой.

«Это называется испарением черной дыры, поскольку черная дыра сжимается как капля воды при испарении», — объясняет Канато Гото из Междисциплинарного центра теоретических и математических наук RIKEN.

Однако это привело к феномену. В конце концов, черная дыра полностью испарится, а вместе с ней любая информация о ее содержимом. Но это противоречит фундаментальному изречению квантовой физики: информация не может исчезнуть из Вселенной.

"Это говорит о том, что общая теория относительности и квантовая механика в их нынешнем виде несовместимы друг с другом", - говорит Гото. "Мы должны найти единственную основу для квантовой гравитации".

Многие физики подозревают, что закодированная каким-то образом в излучении информация ускользает. Для исследования они вычисляют энтропию излучения, измеряющую, сколько информации утрачено с точки зрения человека за пределами черной дыры. В 1993 году физик Дон Пейдж подсчитал, что если информация не теряется, энтропия поначалу будет расти, но по мере исчезновения черной дыры упадет до нуля.

Когда физики просто сочетают квантовую механику со стандартным описанием черной дыры в общей теории относительности, Пейдж, видимо, ошибается – энтропия постоянно растет, когда черная дыра уменьшается, что указывает на потерю информации.

Но недавно физики исследовали, как черные дыры имитируют червоточину, обеспечивая путь к спасению информации. Гото отмечает, что это не червоточина в реальном мире, а способ математического вычисления энтропии излучения. «Червоточина соединяет внутреннюю часть черной дыры и излучения снаружи, как мост».

Когда Гото и двое его коллег провели детальный анализ, объединивший стандартное описание и представление о червоточине, их результат соответствовал прогнозу Пейджа, предполагающего, что физики правы, подозревая, что информация сохраняется даже после гибели черной дыры.

"Мы обнаружили новую геометрию пространства-времени со структурой, похожей на червоточину, которую не замечали во время обычных вычислений", - говорит Гото. "Энтропия, вычисленная с помощью этой новой геометрии, дает совсем другой результат".

Но это затрагивает новые вопросы. "Мы до сих пор не знаем основного механизма того, как излучение переносит информацию", - говорит Гото. "Нам нужна теория квантовой гравитации".