Černé díry nedokážou posílat informace o tom, co polykají – a to je problém

Tři čísla.

Jen tři čísla – to je vše, co je potřeba k úplnému a 100% jednoznačnému popisu černé díry v obecné relativitě. Když vám řeknu hmotnost, elektrický náboj a spin (tj. moment hybnosti) černé díry, máme hotovo. To je vše, co o něm budeme vědět a vše, co potřebujeme k popisu jeho vlastností.

Tato tři čísla nám umožňují vypočítat vše o tom, jak černá díra interaguje se svým prostředím, jak na ni budou reagovat objekty kolem ní a jak se bude černá díra vyvíjet v budoucnu.

Přes všechny jejich prudké gravitační schopnosti a jejich bezbožnou mimozemskou povahu jsou černé díry překvapivě jednoduché. Kdybych vám dal dvě černé díry s přesně stejnou hmotností, nábojem a rotací, nebyli byste schopni je od sebe rozeznat. Pokud změníte místo, aniž byste se podívali, nebudete vědět, že jsem to udělal.

Znamená to také, že když vidíte plně vytvořenou černou díru, nemáte ponětí, proč vznikla. Tuto práci zvládne jakákoliv kombinace kompaktní hmoty v dostatečně malém objemu. Mohlo by to být superhusté jádro umírající hvězdy. Byla by to velmi hustá podestýlka rozkošných koček, která byla rozdrcena v zapomnění.

Dokud jsou hmotnost, náboj a rotace stejné, historie je irelevantní. Neexistují žádné informace o původním materiálu, který vytvořil černou díru. Nebo je to?

Zakládání chart

„Informace“ je mírně nabitý termín; Mohou mít různé definice v závislosti na tom, koho se zeptáte a v jaké je náladě. Ve fyzice pojem informace úzce souvisí s naším chápáním toho, jak se vyvíjejí fyzikální systémy a jak konstruujeme naše teorie ve fyzice.

Rádi si myslíme, že fyzika je poměrně užitečný model pro pochopení vesmíru, ve kterém žijeme. Jedním ze způsobů, jak fyzika těží, je její schopnost předpovídat. Pokud vám poskytnu seznam všech informací o systému, měl bych být schopen aplikovat zákony a fyzikální teorie, abych vám řekl, jak se tento systém bude vyvíjet. A platí to i naopak. Pokud vám nyní řeknu stav systému, můžete provést všechny výpočty zpět, abyste viděli, jak se systém dostal do současného stavu.

Tyto dva pojmy jsou známé jako nevyhnutelnost (Dokážu předvídat budoucnost) a odraz (Dokážu číst minulost) A je to v podstatě základní jádro fyziky. Pokud by naše fyzikální teorie tyto vlastnosti neměly, nemohli bychom udělat mnoho práce.

Tyto dva koncepty platí také pro kvantovou mechaniku. Ano, kvantová mechanika klade přísné limity na to, co můžeme o vesmíru měřit, ale to neznamená, že všechny sázky jsou mimo. Místo toho můžeme jednoduše nahradit dobře definovaný klasický stav fuzzy kvantovým stavem a pokračovat ve svém životě; Kvantový stav se vyvíjí podle Schrödingerovy rovnice, která podporuje determinismus i reverzibilitu, takže jsme všichni dobří.

Při vypalování knihy se informace neztrácejí; Je to jen směs.

Tato dvojitá rána determinismu a reverzibility znamená, že z hlediska fyziky musí být informace zachovány během jakéhokoli procesu. Nelze je vytvořit ani zničit – Pokud informace přidáme nebo odebereme jednotlivě, nebudeme schopni předvídat budoucnost ani číst minulost. Jakákoli ztráta nebo zisk znamená, že budou chybět informace nebo informace navíc, takže veškerá fyzika zapadne prachem.

Existuje mnoho procesů, které Objevuje se Abychom zničili informace, ale to jen proto, že je nesledujeme dostatečně pečlivě. Vezměme si například pálení knihy. Když vám dám hromadu popela, bude se to zdát nevratné: neexistuje způsob, jak knihu znovu složit. Pokud ale máte k dispozici dostatečně výkonný mikroskop (a hodně trpělivosti) a musíte mě sledovat, jak kniha hoří, můžete – alespoň v zásadě, což je dost dobré – sledovat a sledovat pohyb každé molekuly v procesu. Poté můžete obrátit všechny tyto pohyby a všechny tyto interakce a znovu sestavit knihu. Při vypalování knihy se informace neztrácejí; Je to jen směs.

V klasickém, tradičním pohledu na černé díry není veškerá tato práce související s informacemi vůbec problém. Informace, které byly použity k sestavení černé díry, jsou jednoduše zakryty daleko za horizontem událostí – jednosměrná hranice na povrchu černé díry, díky které je tak jedinečná. Jakmile tam budou, informace v tomto vesmíru už nikdy neuvidíme. Ať už se jedná o černou díru vytvořenou z umírajících hvězd nebo zmáčknutých koček, to se nestane prakticky problém. Informace nemusí být zničeny, ale jsou trvale skryty před zvědavýma očima.