Физики поняли, как извлечь информацию из черной дыры

Феномен квантовой телепортации может помогать информации о частицах, поглощенных черной дырой, «сбегать» из нее и возвращаться назад в космос, что можно будет экспериментально проверить, если человечеству когда-либо удастся подобраться к горизонту событий такого объекта, заявляют физики, разместившие статью в электронной библиотеке Корнеллского университета.

Черные дыры, возникающие в результате гравитационного коллапса массивных звезд, обладают столь сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость света. Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за границы воздействия черной дыры, которая получила название «горизонт событий».

Знаменитый британский астрофизик Стивен Хокинг предсказал, что судьба частиц, рождающихся рядом с горизонтом событий, может сильно отличаться — одна из пары может попасть за него и исчезнуть из нашего мира, а вторая может остаться «на свободе». Таким образом, черные дыры должны являться источником потока элементарных частиц, который и получил название «излучение Хокинга». Благодаря этому излучению черные дыры могут постепенно «испаряться».

О природе этого излучения ученые спорят уже почти четыре десятилетия. Проблема заключается в том, что если черные дыры действительно ведут себя так, как их описывает Хокинг, то тогда информация о состоянии материи, попадающая в них вместе с поглощаемой «пищей», будет безвозвратно теряться по мере их испарения, что напрямую противоречит законам квантовой механики.

Шон Кэрролл (Sean Carroll) из Калифорнийского технологического университета в Пасадене (США) и его коллеги разработали «план побега» информации из черной дыры, который бы не нарушал всех законов классической и квантовой физики, и рассказали о том, как подобный эксперимент можно было бы провести на практике.
Для его осуществления нужно три вещи — астронавт у горизонта событий, имеющийся у него в руках электрон, а также информация по спину — направлению вращения — черной дыры. Измерив спин черной дыры и то, какими свойствами обладают частицы света, порождаемые излучением Хокинга, астронавт «отпускает» электрон за горизонт событий, безвозвратно теряя его, казалось бы, без возможности узнать его судьбу.

Однако, как показывают расчеты группы Кэролла, за его судьбой следить все же можно — для этого достаточно еще раз измерить спин всей черной дыры и то, какими свойствами будут обладать «сбежавшие» фотоны излучения Хокинга.

Это происходит благодаря тому, что электрон «спутывается» на квантовом уровне с фотоном, который остается внутри черной дыры, и при измерении состояния «сбежавшей» частицы информация о свойствах электрона, в соответствии с законами квантовой механики, будет телепортирована за пределы черной дыры.

Конечно, такой эксперимент вряд ли когда-либо можно будет осуществить на практике — пока у ученых нет способов мгновенно измерить спин всей черной дыры, и вести мгновенные наблюдения за индивидуальными частицами, которые возникают в результате формирования излучения Хокинга.

Тем не менее, даже теоретическое объяснение того, как подобный «побег» информации может происходить, оставляет надежду на то, что ученым в конечном итоге удастся примирить квантовую физику и теорию относительности Эйнштейна, которые пока невозможно «состыковать» при описании черных дыр, и сформулировать квантовую теорию гравитации.