Квантовая запутанность действует, невзирая на горизонт событий чёрной дыры

Профессор Сэмюэль Браунштейн и доктор Стефано Пирандола из Йоркского университета (Великобритания) заявляют, что их новая работа полностью снимает вопрос о существовании огненной стены на входе в чёрную дыру.

Напомним, о какой «огненной стене» идёт речь. С середины 2012 года в той части физического сообщества, что интересуется чёрными дырами (ЧД), активно обсуждается парадокс, предложенный группой Альмейри. За подробностями отсылаем к соответствующему тексту «КЛ», а вкратце всё просто. На входе в ЧД (точно у горизонта событий) должен быть файервол, некое всеуничтожающее препятствие, как минимум не дающее некоторым квантово запутанным частицам попадать дальше в глубь ЧД. Что это странное словосочетание означает физически, пока не ясно. Предположительно, огненная стена, находящаяся прямо у горизонта событий ЧД, немедленно «убивает» любой возникающий за этим горизонтом объект.

Итак, огненной стены на входе в ЧД может и не быть... (Здесь и ниже иллюстрации NASA / JPL-Caltech.)

Британские исследователи утверждают, что при помощи квантовой теории информации — раздела, возникшего на стыке квантовой механики и теории информации, — проблема огненной стены снимается сама собой.

В своей работе они показывают, что для сохранения принципа эквивалентности испаряющейся ЧД нужно соответствовать одному ключевому требованию: термодинамическая энтропия ЧД должна быть в первую очередь энтропией квантового запутывания, осуществляемого через горизонт событий ЧД, когда из пары квантово запутанных частиц одна попадёт за горизонт, а другая останется вне ЧД. При этом сохранение информации, оказывающейся за горизонтом событий, обеспечивается её кодированием посредством корреляции в рамках тройственного квантового состояния.

Что за «тройственное квантовое состояние»? Учёные называют его квантовым аналогом шифра Вернама, который в западной литературе по криптографии проходит как «схема одноразовых блокнотов» (one-time pad); это основа передачи сообщений по закрытым государственным каналам связи. Расшифровка же такого тройственного квантового состояния (Алиса — Боб — Кэрри) осуществляется только посредством излучения ЧД на очень поздних стадиях её испарения, когда её размеры вплотную приблизятся к планковским.

...А информация всё же не гибнет в чёрной дыре и теоретически может быть извлечена из неё.

«Квантовая механика показывает, что [квантовое] запутывание между частицами внутри и снаружи ЧД может действовать через горизонт событий [ЧД], — поясняет профессор Браунштейн. — Если же такое запутывание когда-нибудь исчезнет, должен появиться барьер из частиц значительных энергий. Энергетический занавес (огненная стена) возникает вокруг горизонта событий ЧД».

Итак, всё, возможно, обстоит не так, как считала группа Альмейри, а скорее наоборот: не квантовая запутанность между парой частиц, одна из которых падает в ЧД, ведёт к появлению огненной стены, а исчезновение такого рода запутанности неизбежно должно закончиться возникновением «энергетического занавеса» вокруг ЧД. «Мы первыми, — говорит Сэмюэль Браунштейн, — показали необходимость запутывания, действующего через горизонт событий ЧД... Чем сильнее запутывание, тем позднее возникает занавес [огненная стена]. Но если запутывание было максимальным, огненная стена никогда не возникнет». Именно такой сценарий, постулирует учёный, и осуществляется с чёрными дырами на практике.

Попутно, как видим, решается вопрос о том, уничтожается ли информация в ЧД: она всё же возвращается в окружающий мир, но только на самых поздних стадиях существования дыры.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Йоркского университета.