Αδύνατα παράδοξα μαύρων τρυπών που παραβιάζουν τους νόμους της κβαντικής φυσικής

Αδύνατα παράδοξα μαύρων τρυπών που σπάνε [παραβιάζουν]  τους νόμους της κβαντικής φυσικής
11 Μαΐου 2023

Είναι εξαιρετικά δύσκολο να φανταστεί κανείς ένα αντικείμενο στο οποίο η ύλη συμπιέζεται σε άπειρη πυκνότητα. Εάν ο πλανήτης Χ, τον οποίο όλοι θέλουν να βρουν, ξαφνικά αποδειχθεί ότι είναι μια μαύρη τρύπα, κανείς δεν θα τον βρει ποτέ. Αυτό συμβαίνει επειδή μια μαύρη τρύπα με μάζα πέντε γήινων μαζών θα ήταν περίπου το μέγεθος ενός μικρού μήλου. Όταν πρόκειται για πληροφορίες, τα πράγματα γίνονται ακόμα πιο περίπλοκα.
Κοσμική άβυσσος

Μια μαύρη τρύπα έχει μόνο τρεις παραμέτρους: μάζα, στροφορμή και ηλεκτρικό φορτίο. Έτσι, είναι αδύνατο να διακρίνουμε δύο μαύρες τρύπες της ίδιας μάζας μεταξύ τους. Ακόμα κι αν ένα από αυτά κατάπιε πολλά αστέρια και το άλλο μόνο έναν βραχώδη πλανήτη, είναι αδύνατο να το γνωρίζουμε. Η μαύρη τρύπα θα διαγράψει όλες τις διαφορές, μετατρέποντάς τις σε καθαρή μάζα.


Οι νόμοι της κβαντικής φυσικής απλά δεν το επιτρέπουν αυτό. Λένε ότι οι πληροφορίες μπορούν να κρυφτούν, να οργανωθούν, να αλλάξουν και ούτω καθεξής, αλλά είναι αδύνατο να σβήσουν όλα τα ίχνη τους στο σύμπαν. Επειδή πάντα θα υπάρχει κάποιο φωτόνιο που θα δείχνει από τα χαρακτηριστικά του ποιο άτομο το εξέπεμπε.

Οι μαύρες τρύπες λειτουργούν διαφορετικά. Αυτό που μπαίνει μέσα τους δεν επιστρέφει. Μπορεί να νομίζετε ότι αυτό δεν είναι πρόβλημα, επειδή είναι μέρος του σύμπαντος και οι πληροφορίες δεν έχουν εξαφανιστεί, αλλά είναι μόλις [απλώς βρίσκονται] τώρα μέσα τους. Και εδώ πρέπει να θυμόμαστε ότι οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται με την πάροδο του χρόνου.
Το γεγονός ότι δεν διαρκούν [υπάρχουν] για πάντα αποδείχθηκε από τον Stephen Hawking τη δεκαετία του 1970. Και μόλις πέρυσι, επιβεβαιώθηκε πειραματικά ότι παράγεται ακτινοβολία κατά τη διαδικασία καταστροφής της τρύπας. Και αυτό που προκαλεί έκπληξη είναι ότι σε όλες τις τρύπες αυτή η ακτινοβολία είναι η ίδια και ομοιογενής. Ονομάστηκε "ακτινοβολία Hawking".

Μη θερμική τροποποίηση
Εδώ αρχίζει το όλο πρόβλημα, γνωστότερο ως παράδοξο πληροφοριών του Χόκινγκ. Λόγω της θερμικής φύσης της, η ακτινοβολία δεν μεταφέρει πληροφορίες. Έτσι, όταν οι μαύρες τρύπες εξαφανίζονται, αφαιρούν όλες τις πληροφορίες που έχουν συλλέξει από το σύμπαν. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη βάση της κβαντικής μηχανικής. Και οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και δεκαετίες να συμβιβάσουν την παρατηρούμενη φυσική των μαύρων τρυπών με αυτήν.

Η τελευταία μελέτη της «ακτινοβολίας Χόκινγκ» δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physics Letters B. Ο επικεφαλής συγγραφέας της, Xavier Calmet, δήλωσε ότι είναι πλέον δυνατό να εξηγηθεί με ακρίβεια το φυσικό φαινόμενο με το οποίο οι πληροφορίες διαφεύγουν από μια μαύρη τρύπα που αποσυντίθεται. Πρότεινε μια μη θερμική τροποποίηση της ακτινοβολίας.
 
Η ίδια η μαύρη τρύπα είναι πολύ απλή, σε αντίθεση με το αστέρι που τη γέννησε. Το σώμα πηγής είναι ένα πολύπλοκο αστροφυσικό αντικείμενο. Αποτελείται από χημικά στοιχεία, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από νετρόνια, πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Με βάση τους νόμους της κβαντικής φυσικής, η ιστορία της ζωής μιας μαύρης τρύπας μπορεί να γυρίσει πίσω. Ξεκινώντας με την ακτινοβολία, είναι δυνατόν να ανακατασκευαστεί μια μαύρη τρύπα και στη συνέχεια ένα αστέρι.
Ενημερωτική ακτινοβολία [Ακτινοβολία πληροφοριών]

Σε μια μελέτη του 2022, η ομάδα του Xavier Calmet υποστήριξε ότι οι μαύρες τρύπες έχουν ένα μοναδικό κβαντικό αποτύπωμα στα βαρυτικά τους πεδία. Στο νέο έργο, η βαρύτητα περιγράφεται σύμφωνα με την κβαντική μηχανική, την οποία ο Χόκινγκ δεν έλαβε υπόψη εκείνη την εποχή. Αυτές οι διορθώσεις είναι ήσσονος σημασίας, [μικρές] αλλά είναι ζωτικής σημασίας για την εξάτμιση μιας μαύρης τρύπας.
Ήμασταν σε θέση να δείξουμε ότι αυτά τα φαινόμενα τροποποιούν την ακτινοβολία Χόκινγκ με τέτοιο τρόπο ώστε να γίνεται μη θερμική. Με άλλα λόγια, δεδομένης της κβαντικής βαρύτητας, η ακτινοβολία μπορεί να περιέχει πληροφορίες», δήλωσε ο Calmet.
Δεδομένου ότι η ίδια η «ακτινοβολία Χόκινγκ» είναι καθαρά θεωρητική, δεν υπάρχει επαρκώς ευαίσθητο όργανο για τη μέτρησή της. Για να μην αναφέρουμε τον έλεγχο του φυσικού φαινομένου που προκαλεί την έξοδο πληροφοριών από τη μαύρη τρύπα με αυτή την ακτινοβολία.

Δυστυχώς, οι αστροφυσικοί δεν έχουν ακόμη έναν πραγματικό τρόπο να μετρήσουν αυτό το αποτέλεσμα. Ωστόσο, ο Calmet βλέπει την ανάπτυξη αυτής της θεωρίας, για παράδειγμα, σε εργαστηριακές μελέτες προσομοιώσεων μαύρων τρυπών. Σε αυτά, η μαθηματική μοντελοποίηση της "ακτινοβολίας Hawking" και των μαύρων τρυπών, που πραγματοποιήθηκε από την ομάδα του, μπορεί να συμβάλει ανεκτίμητα στη μελέτη αυτού του φαινομένου.