Червоточины могут помочь решить известный парадокс черных дыр

Что происходит с информацией после того, как она уходит за горизонт событий черной дыры? Были предположения, что геометрия червоточин может помочь нам решить эту сложную проблему - но математика была, мягко говоря, непростой.

В новой работе международная группа физиков нашла обходной путь для лучшего понимания того, как коллапсирующая черная дыра может избежать нарушения фундаментальных законов квантовой физики (подробнее об этом чуть позже).

Несмотря на то, что работа носит сугубо теоретический характер, она позволяет предположить, что, вероятно, есть вещи, которые мы упускаем в стремлении разрешить общую относительность с квантовой механикой.

"Мы обнаружили новую геометрию пространства-времени с червоточиной, которая не учитывалась в обычных расчетах", - говорит физик Канато Гото из Корнельского университета и RIKEN в Японии.

"Энтропия, рассчитанная с помощью этой новой геометрии, дает совершенно другой результат".

Информационный парадокс черной дыры является одним из неразрешенных противоречий между общей теорией относительности Эйнштейна и квантовой механикой.

Согласно общей теории относительности, горизонт событий черной дыры - это точка невозврата. Все, что проходит за пределами этой критической точки, неумолимо втягивается в гравитационный колодец черной дыры, и ни одна скорость во Вселенной, даже скорость света в вакууме, не является достаточной для того, чтобы убежать. Все пропало, вот и все. Капут. Невозвратимо.

Затем в 1970-х годах появился Стивен Хокинг, который предположил, что, если принять во внимание квантовую механику, черные дыры все-таки могут испускать излучение.

Согласно теории, это происходит в результате интерференции черной дыры с волнообразными свойствами окружающих частиц, что заставляет ее "светиться" с температурой, которая становится все выше по мере уменьшения размера черной дыры.

В конце концов, это свечение должно заставить черную дыру сжаться до нуля.

"Это называется испарением черной дыры, потому что черная дыра уменьшается, подобно испаряющейся капле воды", - объясняет Гото.

Поскольку "свечение" не похоже на то, что изначально попало в черную дыру, может показаться, что все, что попало в испарившуюся черную дыру, исчезло навсегда. Но согласно квантовой механике, информация не может просто исчезнуть из Вселенной. Многие физики исследовали возможность того, что каким-то образом эта информация закодирована в излучении Хокинга.

Гото и его команда хотели математически исследовать эту идею, вычислив энтропию излучения Хокинга вокруг черной дыры. Это мера беспорядка в системе, которая может быть использована для диагностики потери информации в излучении Хокинга.

Согласно статье физика Дона Пейджа, опубликованной в 1993 году, если беспорядок изменится на противоположный и энтропия упадет до нуля при исчезновении черной дыры, то парадокс пропавшей информации должен быть исключен. К сожалению, в квантовой механике нет ничего, что позволило бы осуществить такое изменение.

Появляется червоточина, или, по крайней мере, математическая копия червоточины в очень специфических моделях Вселенной. Это соединение между двумя областями искривленного листа пространства-времени, немного похожее на мост через овраг.

По словам Гото, такое представление о червоточинах в сочетании с черными дырами дает нам возможность по-другому рассчитать энтропию излучения Хокинга.

"Червоточина соединяет внутреннюю часть черной дыры и излучение снаружи, как мост", - объясняет он.

Когда команда провела расчеты, используя модель червоточины, их результаты совпали с кривой энтропии Пейджа. Это говорит о том, что информация, попавшая за горизонт событий черной дыры, возможно, не будет потеряна навсегда.

Но, конечно, остаются некоторые вопросы. Пока на них не будет получен ответ, мы не можем считать информационный парадокс черной дыры окончательно разрешенным.

"Мы до сих пор не знаем основного механизма того, как информация уносится излучением", - говорит Гото. "Нам нужна теория квантовой гравитации".

Исследование было опубликовано в журнале Journal of High Energy Physics.