Úporný informační paradox černých děr možná vyřeší kvantové vlasy  
Klasický pohled na černé díry říká, že nemají vlasy. Jen hmotnost, rotaci a elektrický náboj. Ve spojení s Hawkingovým zářením je to smrtící kombinace, která vede k informačnímu paradoxu černých děr. Astrofyzikální kadeřníci se s tím ale nehodlají smířit a přicházejí s tím, že černé díry mají kvantové vlasy.
Má kvantový účes? Kredit: NASA / Wikimedia Commons.
Má kvantový účes? Kredit: NASA / Wikimedia Commons.

Když se Stephen Hawking v sedmdesátých letech potýkal s černými děrami, dospěl k závěru, že se černé díry pomalu vypařují tepelným zářením, které teď nese jeho jméno. Toto záření by přitom nemělo nést žádnou informaci o vnitřku černé díry. Černá díra ovšem sežere spoustu hmoty a informace, která by tím pádem kvůli Hawkingovu záření zmizela. Jako pára. Jenomže fyzici jsou zároveň skálopevně přesvědčeni, že informace jen tak zmizet nemůže. Tak vznikl informační paradox černých děr, který od té doby budí astrofyziky ze spaní.

 

Xavier Calmet. Kredit: University of Sussex.
Xavier Calmet. Kredit:
University of Sussex.

Vědci již věnovali ohromné úsilí tomu, aby informační paradox černých děr odstranili. Ukázalo se ale, že je neobyčejně odolný a straší dodnes. Dalším pokus o likvidaci tohoto přízračného fenoménu učinil tým odborníků, který vedl Xavier Calmet z britské University of Sussex. Odpověděli na zlovolný paradox tím, že nechali černým dírám narůst kvantové vlasy (quantum hair).

 

Pokud jde o účes černých děr, ve skutečnosti jde o celé fascinující odvětví fyziky gravitačních monster. V šedesátých letech přišel fyzik John Archibald Wheeler s tím, že černé díry nemají jiné pozorovatelné vlastnosti, než hmotnost (mass), rotaci (spin) a elektrický náboj (charge). Vyjádřil to neuvěřitelně chytlavou frází, ze které se stala legenda: „Černé díry nemají vlasy.“ (Black holes have no hair nebo též No-hair theorem).

 

Logo. Kredit: University of Sussex.
Logo. Kredit: University of Sussex.

Calmet s kolegy ve svém nedávném teoretickém výzkumu vyšli z toho, že černé díry vlastně představují unikátní laboratoř pro vysněné spojení (téměř) nespojitelného, tedy obecné relativity s kvantovou mechanikou. Obecně se předpokládá, že pro vyřešení úporného informačního paradoxu bude nutné zásadně posunout fyziku a přeformulovat obecnou relativitu nebo kvantovou mechaniku nebo obojí. Calmet a spol. ale kupodivu zjistili, že to možná nebude nutné.

 

Klasický pohled na černé díry říká, že horizont událostí černé díry funguje jako „membrána“, která je propustná pouze a výhradně jedním směrem, tedy do díry. Z toho plyne, že by vnějšek černých děr o shodné hmotnosti měl být úplně stejný, ať sežraly cokoliv. Jak říkají badatelé, klasika, podle které černé díry nemají vlasy.

 

Když se do toho ale opře kvantová mechanika, jak to udělali Calmet s kolegy, hmota pozřená černou dírou stále určitým kvantovým způsobem ovlivňuje vnějšek dotyčné černé díry. Přitom by to mělo být v souladu se současnými pozorováními a experimenty. Řečeno slovy astrofyzikálních kadeřníků, černé díry mají kvantové vlasy. Pokud je tato představa správná, řešilo by to informační paradox černých děr bez tektonických otřesů ve fyzice.

 

Video: The Black Hole Information Paradox

 

Literatura

Phys.org 18. 3. 2022.

Physics Letters B 827: 136995.

Physical Review Letters 128: 111301.

Datum: 23.03.2022
Tisk článku

Související články:

Zruší Stephen Hawking horizonty událostí?     Autor: Stanislav Mihulka (25.01.2014)
Astrofyzikální přestřelka s ohnivou zdí a Planckovými hvězdami     Autor: Stanislav Mihulka (17.02.2014)
Návrat fuzzballu: Černé díry jsou prý jenom klubka superstrun     Autor: Stanislav Mihulka (01.08.2018)
Kolik bitů informace obsahuje viditelný vesmír?     Autor: Stanislav Mihulka (21.10.2021)
Tajemné blýskání černých děr     Autor: Dagmar Gregorová (08.02.2022)



Diskuze:

Detektor nízkoenergetických částic,

Karel Ralský,2022-03-27 00:13:59

Gama záření se opět zbláznil a vše skončilo přesně ve 24H, tentokrát to bude asi nepřírodního původu, ale je možný i silný zdroj širokopásmového elektromagnetického rušení, nebo část(rameno) sluneční erupce. Gaigerův detektor(klasika) vysoko energetických částic gama má obvyklé pozadí.

Odpovědět

Nasávání grantů

David Pešek,2022-03-24 22:39:36

Zase nějaká berlička?

Odpovědět

Informácie sa strácajú.

Richard Pálkováč,2022-03-23 16:31:28

V gravitačných singularitách sa hmota, teda látka a pole a všetky jej energie strácajú(menia zásadne svoju kvalitu) a z hľadiska inventúry energií, sa menia na "temnú" energiu. Píšem z hľadiska inventúry a nie z hľadiska fyzikálnych/matematických vzorcov, lebo tie sa tu nedajú použiť.

V týchto singularitách, sa stráca aj informácia a resetuje/nuluje sa entropia. Preto môžu existovať Veľké tresky. Ak by to tak nebolo, už by bol vesmír dávno (nekonečne dávno) zničený rastúcou entropiou.

Odpovědět


Re: Informácie sa strácajú.

Václav Dvořák,2022-03-23 21:07:01

To je ovšem stále jen vaše hypotéza neboli neověřená teorie (další z mnoha). Teorie kvantových vlasů mi ale připadá velmi elegantní a docela bych tomu i věřil. Jaká je pravda ukáže až budoucnost...

Odpovědět


Re: Re: Informácie sa strácajú.

Richard Pálkováč,2022-03-24 15:13:07

Áno, je to jedna z mnohých hypotéz, ale dokážete mi ukázať ešte aspoň jednu, ktorá tak jednoducho a elegantne vysvetľuje to "nezmyselné" zrýchlené rozpínanie vesmíru ?

Odpovědět


Re: Informácie sa strácajú.

Florian Stanislav,2022-03-23 23:48:03

Píšete :" resetuje/nuluje sa entropia ..z hľadiska fyzikálnych/matematických vzorcov, lebo tie sa tu nedajú použiť."
No, rostoucí samovolná neuspořádanost (entropie) se týká uzavřených soustav. Což černá díra vydávající Hawkingovo záření možná není.
Kdyby se ta entropie nulovala v černé díře, tak by dosáhla trvalé maximální uspořádanosti. Což odporuje základní vlastnosti hmoty- pohybu jejích částic. Takže to vypadá na teorii, kde neplatí fyzikální matematické vzorce, kromě těch, které se pro tu teorii hodí.
Velké tresky existují, Velký třesk byl jeden.

Odpovědět


Re: Re: Informácie sa strácajú.

Richard Pálkováč,2022-03-24 15:20:01

Jeden Veľký tresk ? Tak to je skôr náboženská myšlienka ako materialistická. Žeby sme boli my práve tí, ktorí jedine tu a teraz, a nikdy predtým a nikdy potom, zažívali tento grandiózny experiment ? To mi znie skôr ako reklama na predaj Veľkého tresku, nie ako materialistická myšlienka.

Ak sa na to pozerám čisto materialisticky, tak môj názor je jasný : Veľký tresk nemôže byť jedinečný ani v čase, ani v priestore.

Odpovědět


Re: Re: Re: Informácie sa strácajú.

Florian Stanislav,2022-03-24 20:03:11

Aha. Materialisticky se dívá kdekdo a Velký třesk máme doložen pořád jeden.
Odpověď na mé námitky k teorii o vynulování entropie nemáte, takže taky odpověď.
Velké tresky existují, tresky obecné mají až 2 m.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Informácie sa strácajú.

Richard Pálkováč,2022-03-24 20:23:42

Na námietky k vynulovaniu entropie som nereagoval preto, lebo píšete o čiernych dierach a ja som písal o gravitačných singularitách, kde žiadny pohyb častíc neprichádza do úvahy a Hawkingovo žiarenie (ničím nepotvrdená hypotéza) s nimi tiež nemá nič spoločné. Horizont udalostí je niečo iné, ako singularita.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Informácie sa strácajú.

Florian Stanislav,2022-03-24 22:15:06

No, to jsem nepochopil, že v článku "Úporný informační paradox černých děr možná vyřeší kvantové vlasy" , kde se řeší i Hawkingovo záření a horizont událostí Vy diskutujete o singularitách, kde dle Vás Hawkingovo záření není ani pohyb částic.
Takže je to v duchu jak jsem už opakovaně psal, místo Velkého třesku řešíte velkou tresku.

Odpovědět

Informační paradox.

Jan Novák9,2022-03-23 10:15:35

Už nějaký fyzik předvedl jak z rozemletého harddisku vyzvedl informaci na něm uloženou?

Informace se neztrácí, ale destruktivně interferuje takže na konci z ní téměř nic nezbude, a co zbude se rozplyne entropií. Pro rekonstrukci by bylo nutné obrátit čas, tj. znát nejen přesně každou interakci (včetně kvantových pravděpodobností - která možnost se uplatnila) ale i přesné pořadí ve kterém se odehrály. Tomu bych neřekl "zachování informace".

Ovšem v případě černé díry je ještě ten problém že informace se šíří rychlostí světla což znamená že v ČD by se neměla šířit vůbec. Takže ČD není black box obklopený membránou horizontu. Je to cibule kde se jednotlivé vrstvy hmoty ukládají na horizontu tak jak na něj dopadají i s informací a horizont se tím zvětšuje.

Totéž by mohlo platit o gravitaci, tj. srážka dvou černých děr by mohla zamrznout ve stádiu propojení horizontů a vytvořit tvar osmičky. Pokud ne tak uvnitř černé díry probíhají procesy které dokážou překročit rychlost světla a obejít zastavení času.

Odpovědět


Re: Informační paradox.

Václav Dvořák,2022-03-23 21:13:56

Tak zrovna u toho rozemletého harddisku pokud by se podařilo ty částice mikroskopicky naskenovat, tak by to nějaký počítačový algoritmus nepochybně dokázal spojit. A kdyby to bylo rozemleté na naprosto stejné kousky, tak by se naskenoval bitový obsah těch částeček a zase by se to dalo složit. Ano jistě, existuje jistá atomární úroveň, kdy když by velikost částečky odpovídala jednomu bitu, tak by to už nešlo... Pak teprve by platil váš předpoklad...
Nicméně informace o tom rozemletí by se někam vyzářila a pokud by to proběhlo někde venku, tak by putovala stále prostorem dál v neporušeném stavu ke hvězdám... kde by ji pak třeba mohli zachytit alieni a vše krásně zrekonstruovat ;)

Odpovědět


Re: Informační paradox.

Vojtěch Kocián,2022-03-24 06:41:33

Splynutí ČD vypadá trochu jinak. Aspoň tedy podle animací vytvořených lidmi kolem projektu LIGO, kteří by o tom měli něco vědět. Rotující ČD nejsou kulaté. Těsně před dotykem horizontů dochází u obou děr k takové deformaci, že jde spíš o dvě polokoule (v případě přesně stejných hmotností obou). V té placaté části se horizonty dotknou (splynou) a je hotovo. Tedy částečně máte pravdu, zamrzne to při dotyku horizontů, ale ne ve tvaru osmičky ale nové koule (tedy spíš elipsoidu, protože taková díra musí rotovat).

Odpovědět


Re: Re: Informační paradox.

Jan Novák9,2022-03-24 23:48:40

To je vlastně pravda. Při přiblížení dvou černých děr se mezi nimi gravitační pole navzájem zeslabí takže horizonty se vytvarují protože horizont je definován silou gravitace...

Odpovědět


Re: Re: Informační paradox.

Jan Novák9,2022-03-25 13:00:59

Ale pořád by tam měla zůstat 2 gravitační centra, takže deformace horizontu a gravitačního pole větší než by odpovídalo rotaci...

Což asi nepůjde poznat na dálku.

Odpovědět


Re: Re: Re: Informační paradox.

Vojtěch Kocián,2022-03-25 13:57:50

Nemyslím si. Když si představíte dvě extrémní ale stejně silná gravitační centra těsně u sebe, mezi nimi bude pořád mezera, kam se vejdou dva horizonty (od každého jeden) a přesně uprostřed bude nulová gravitace. Tedy centra splynou ve stejný okamžik jako horizonty. Těsně před splynutím tedy centra budou v místě horizontu. Jo, je to trochu divné.

Odpovědět

Informační paradox?

Vojtěch Kocián,2022-03-23 07:51:55

Kdyžtak mě někdo opravte, ale vždycky jsem si myslel, že z pohledu vnějšího pozorovatele do černé díry vlastně nikdy nic nespadne, tedy nepřekročí horizont událostí. To, že to přestaneme reálně vidět, je způsobené extrémním rudým posuvem, který protahuje vlnovou délku záření objektu limitně až do nekonečna. Z tohoto pohledu k informačnímu paradoxu nedochází, protože se žádná informace neztratí. Černá díra tedy bude mít "vlasy" z objektů, které v konečném čase nepřekročí horizont. Jak do toho napasovat Hawkingovo záření, netuším.

Pokud jde o pozorovatele padajícího do ČD, je jediným problémem singularita uprostřed, která je problémem tak jako tak. Takový pozorovatel vlastně ani neví, kdy překročil horizont a také se mu žádné informace neztrácejí. Tedy dokud neskončí v té singularitě, kde by podle platných teorií skončit měl.

Odpovědět


Re: Informační paradox?

Jan Novák9,2022-03-23 09:35:56

Skončit by tam měl, ovšem v nekonečně vzdálené budoucnosti, ještě mnohem vzdálenější než je úplné vypaření černé díry.

Odpovědět


Re: Re: Informační paradox?

Michaela Tejchmanova,2022-03-23 14:53:38

Z pohledu vnejsiho pozorovatele to bude trvat nekonecne dlouho. Ale z pohledu toho, kdo k singularite miri? Tomu plyne cas normalne a tudiz by mel singularity dosahnout v realnem case.

Odpovědět


Re: Re: Re: Informační paradox?

Václav Dvořák,2022-03-23 21:18:51

Padají z pohledu vzdáleného pozorovatele předměty do černé díry téměř nekonečně dlouho, třeba až po dobu celé existence vesmíru ?

Tedy pokud se dostane na horizont událostí ? Ale gravitační záznamy srážek ČD třeba s bílým trpaslíkem, neutronovou hvězdou atp. tomu nenasvědčují... Nebo mi něco nedochází ? Jde o velikost padající entity vůči ČD ?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Informační paradox?

Jan Novák9,2022-03-23 22:29:08

Jak to víte? Gravitační záznam máme jen z doby než se dotknou. A bílý trpaslík není dobrý příklad, v gravitaci horizontu bude zkomprimován na několik metrů a slapové síly ho roztáhnou do nudle která se něžně navine na černou díru. Neutronová hvězda vydrží déle.
Ale projevit by se to mohlo spíš u dvou obřích černých děr.

Pořád je možné že černá díra je v kvantovém stavu, tj. reaguje jako celek a zastavený čas i vzdálenost (uvnitř) prostě ignoruje. Nebo uvnitř probíhají procesy které neznáme a na rychlost světla kašlou. Popřípadě oboje protože to spolu souvisí. :-))

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Informační paradox?

David Oplatek,2022-03-24 08:27:36

Chápu správně, že myšlenkou toho paradoxu vlastně je: Pokud my nikdy neuvidíme, že do ní (čd) něco spadlo a přesto ji (čd) vidíme, jak můžeme vědět, že tam ještě stále (čd) je? Vlastně bychom se z pozice vnějšího pozorovatele neměli nikdy dozvědět, zda se černá díra už vypařila ne? Pak by sice okolní tělesa byla k ní přitahovaná a v momentě, kdy by dosáhla horizontu události se může stát, že vlastně pro dané těleso nemusí už černá díra existovat a existovalo by tak nadále. Jen se to my nikdy nedozvíme. Vlastně by se jednalo o ducha černé díry - její okolní projevy by zůstaly, ale ona sama by už neexistovala.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Informační paradox?

Jan Novák9,2022-03-25 00:01:27

Myšlenkou paradoxu je jednoduché zpomalení času v gravitačním poli. Na horizontu se čas z pohledu vnějšího pozorovatele zastaví. Z pohledu padajícího ne, ale to jenom znamená že se z jeho pohledu černá díra vypařuje tak rychle jak padá. Než dopadne do singularity tak se celá vypaří. Pokud by to přežil tak by zjistil že to sice pro něj trvalo tak dlouho jako cesta volným pádem od horizontu do středu ČD, ale že ve vesmíru za tu dobu vyhasly a vypařily se všechny hvězdy i veškerá hmota.

Odpovědět


Re: Informační paradox?

Karel Ralský,2022-03-25 00:01:04

Podle mého laického úsudku je Vaše úvaha správná a i my se nacházíme(celý vesmír) v černé díře kam po spirále padáme(už to tady píši více než 20 let že se "vědci" mýlí když prosazují velký třesk) pro vnějšího pozorovatele těsně před rychlostí světla a "vlasy" jsou od Planckovy délky a času až po celý vesmír tedy i my.
Když sedíte ve vagóně pohybujícího se touto rychlostí tak se nejen pro Vás čas téměř zastavil ale i energie která Vás obklopuje se "zhmotnila" a díky těm vlasům se nastavily fyzikální zákony i ty které zatím neznáme.Lokomotiva je pád do jiné dimenze a poslední vagón je dimenze ze které vylétáme a obojí se logicky vůči nám pohybuje také rychlostí téměř světla(kdyby byla stejná jako rychlost světla čas všech dimenzí by se zastavil ale brání tomu existence informace o hmotnosti či různé energii).

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace