Раскрыта загадка информационного парадокса черных дыр
Знаменитый "клубок парадоксов", связанных с (не)исчезновением информации в черной дыре связан с неправильным использованием понятия информации в квантовой теории
Американские ученые утверждают, что знаменитый "клубок парадоксов", связанных с (не)исчезновением информации в черной дыре, отчасти возникает из-за неправильного использования понятия информации в квантовой теории.
В 1975 году Стивен Хокинг открыл, что черные дыры должны "испаряться": излучать свою энергию в окружающее пространство, при этом постепенно уменьшаясь. Оказалось, что свойства этого процесса, вычисленные по теории относительности, противоречат основным постулатам квантовой теории. Получается, либо общая теория относительности, либо квантовая механика в этом конкретном процессе перестанут работать.
Физики эту дилемму обычно формулируют в виде информационного парадокса. При теоретическом описании любого тела физики оперируют характеризующей его информацией: количеством молекул, их движением, их взаимным расположением и т.п. При падении же тела в черную дыру эта информация поглощается вместе с телом.
Если приближение, использованное Хокингом в вычислениях, справедливо, то черная дыра будет служить универсальным уничтожителем информации: результатом испарения любого объекта будет беспорядочный набор фотонов. Первоначальная информация, заключенная в теле, исчезает из нашего мира, что противоречит одному из главных постулатов квантовой механики.
Если же вычисления Хокинга неточны, а квантовая механика, наоборот, применима и в этом случае, то вылетающие фотоны будут содержать в себе информацию об упавшем в черную дыру теле, и ее, теоретически, можно восстановить, полностью или частично (хотя с практической точки зрения это нереально). При этом остается непонятным, почему в этом случае не срабатывает теория относительности.
По мнению авторов статьи в журнале Physical Review Letters, из того факта, что информация пока не вышла из черной дыры, вовсе не следует, что она все еще внутри.
Джон Смолин и Джонатан Оппенхейм напоминают, что свойства квантовой информации отличаются от свойств обычной, классической информации. Квантовая информация не обязана быть локализована где-то в пространстве и ее часто нельзя разделить на части. Иными словами, если взять "квантовую книгу" и разделить ее на две части, то может оказаться, что ни одна из половинок не даст нам вообще никакой информации.
В случае черных дыр возможна ситуация, при которой материальные носители, фотоны, в процессе утечки информации наружу нам доступны, и мы знаем, что они как-то кодируют в себе эту информацию, но расшифровать ее нельзя даже принципе. Т.е., невозможно определить, что именно у фотонов надо измерить, чтобы извлечь эту информацию.
Получается, что весь огромный объем информации вовсе не обязан прятаться внутри черной дыры; он может присутствовать во внешнем мире, но быть настолько зашифрованным, что окажется недоступным ни для какого наблюдения. Для того, чтоб получить доступ к этой "летописи", надо дождаться самых последних битов этого потока информации, которые и послужат ключом к полной расшифровке.
Авторы исследования подчеркивают, что они не дают полного решения информационного парадокса черных дыр: оно будет получено лишь после создания цельной теории квантовой гравитации. Однако они доказывают, что, по крайней мере, некоторые грани этой проблемы есть лишь следствие неправильных аналогий и к исходному вопросу имеют мало отношения.