Новая работа Хокинга о черных дырах разделила сообщество физиков

Спустя месяц после того, как Стивен Хокинг и его коллеги опубликовали работу о черных дырах, физики до сих пор не могут прийти к консенсусу. Некоторые приветствуют его последнюю работу как свежий способ разрешить загадку черных дыр; другие не уверены в ее авторитетности. Первые поддерживают заявление препринта — что он обеспечивает перспективный способ разрешения загадки так называемого информационного парадокса черной дыры, который Хокинг вывел более 40 лет назад.

«Думаю, присутствует общее волнение, что мы можем взглянуть на привычные вещи по-другому, выйдем из тупика», — говорит Эндрю Стромингер, физик Гарвардского университета в Кембридже, соавтор одной из последних работ. Стромингер представил результаты работы 18 января 2016 года в Кембриджском университете, где базируется Хокинг.

Многие не уверены, что такой подход может решить парадокс, хотя и признают, что он освещает различные проблемы в физике. В середине 70-х годов Хокинг обнаружил, что черные дыры не совсем черные, а излучают немного радиации. Согласно квантовой физике, из квантовых флуктуаций сразу за горизонтом событий — точки невозврата черной дыры — должны возникать пары частиц. Некоторые из этих частиц покидают притяжение черной дыры, но уносят с собой часть ее массы, что приводит к медленному сокращению черной дыры и конечному исчезновению.

В статье, опубликованной в 1976 году, Хокинг указал, что выходящие частицы — теперь известные как излучение Хокинга — будут обладать совершенно случайными свойствами. В результате, когда черная дыра исчезнет, сохраненная в ней информация будет потеряна для Вселенной. Но этот результат не вяжется с законами физики, согласно которым информация, как и энергия, сохраняется, что порождает парадокс. «Эта работа вызвала больше бессонных ночей у теоретических физиков, чем любая другая работа в истории», — напомнил Стромингер.

Было ошибкой, объяснил он, игнорировать потенциал пустого пространства переносить информацию. В своей работе, вместе с Хокингом и третьим соавтором Малкольмом Перри, тоже из Университета Кембриджа, он обращается к мягким частицам. Это низкоэнергетические версии фотонов, гипотетических частиц, известных как гравитоны, и других частиц. До недавнего времени их использовали по большей части для проведения расчетов в физике элементарных частиц. Но авторы отмечают, что вакуум, в котором находится черная дыра, не обязательно должен быть лишен частиц — только энергии — и значит, мягкие частицы могут присутствовать в нем в нулевом энергетическом состоянии.

Все, что падает в черную дыру, продолжают они, оставляет отпечаток — импринт — на этих частицах. «Если вы пребываете в вакууме и делаете вдох — предположим — вы вдыхаете много мягких гравитонов», — говорит Стромингер. После этого возмущения вакуум вокруг черной дыры меняется, и информация сохраняется, в конце концов.

Далее работа предлагает механизм передачи этой информации в черную дыру — который теоретически разрешает парадокс. Для этого авторы рассчитали, как раскодировать данные в квантовом описании горизонта событий, известном как «волосы черной дыры».

Тем не менее работа пока далека от завершения. Абхай Аштекара, изучающий гравитацию в Пенсильванском университете в Юниверсити-Парк, говорит, что находит способ передачи информации в черную дыру («мягкие волосы»), предложенный авторами, неубедительным. И авторы признают, что пока не знают, как эту информацию можно было бы впоследствии передать с излучением Хокинга, а это необходимый следующий шаг.

Стивен Эйвери, физик-теоретик из Университета Брауна в Провиденсе, Род-Айленд, со скепсисом относится к возможности этого подхода решить парадокс, но определенно считает, что он расширит значение мягких частиц. Он отмечает, что Стромингер обнаружил, что мягкие частицы раскрывают тонкие симметрии известных сил природы, «некоторые из которых нам известны, а некоторые из которых новы».

Другие физики более оптимистичны касательно перспектив этого метода в решении информационного парадокса. Сабина Хоссенфельдер из Института перспективных исследований в Германии говорит, что результаты «мягких волос», вкупе с ее собственными исследованиями, могут разрешить противоречия, связанные с черными дырами вроде проблемы файрвола. Видите ли, существует вопрос о том, может ли горизонт событий становиться чрезвычайно горячим местом вследствие действия излучения Хокинга. Это противоречит ОТО Эйнштейна, согласно которой наблюдатель, падающий через горизонт, не заметил бы внезапных изменений в окружающей среде.

«Если у вакуума бывают различные состояния, — говорит Хоссенфельдер, — то вы сможете передать информацию в излучение, не помещая никакую энергию на горизонт. Следовательно, не будет никакого файрвола».