Logo
Cover

Изучая поведение информации в черных дырах, японские физики обнаружили новую структуру пространства-времени, подобную червоточине, и пришли к выводу, что информация действительно не исчезает вместе с черной дырой. Их расчеты подтвердили гипотезу Дона Пейджа, выдвинутую в 90-х годах прошлого века. Открытие подтверждает, что теория относительности и квантовая механика в нынешнем их понимании не согласуются, примирить их может только унифицированная система квантовой гравитации.

Теория относительности Эйнштейна предсказывает, что ничто, попавшее в черную дыру, не может выбраться обратно. Но в 1970-х Стивен Хокинг подсчитал, что эти объекты должны излучать элементарные частицы в процессе так называемого испарения. При этом черные дыры уменьшаются, как капли воды, теряющие влагу, пишет Phys.org.

И здесь возникает парадокс: постепенно черная дыра испаряется полностью — а вместе с ней должна, по логике, исчезнуть и вся информация, которую она поглотила. Однако это противоречит фундаментальному закону квантовой физики: информация не может исчезнуть из Вселенной.

«Это значит, что теория относительности и квантовая механика в нынешнем понимании не согласуются друг с другом, — сказал Канато Гото из научно-исследовательского института RIKEN. — Нам следует найти унифицированную систему квантовой гравитации».

Многие физики предполагают, что информация может покидать черные дыры через излучение, в зашифрованном виде. Для проверки гипотезы они подсчитали энтропию этого излучения, получив количество потерянной информации с точки зрения стороннего наблюдателя. В 1993 ученый Дон Пейдж теоретически доказал, что информация не теряется, то энтропия будет сначала нарастать, а потом упадет до нуля, когда черная дыра исчезнет.

Если объединить квантовую механику со стандартным описанием черной дыры в ОТО, расчеты Пейджа будут неверны — энтропия постоянно растет вместе с сокращением черной дыры, что указывает на потерю информации. Но недавно специалисты начали изучать возможность черных дыр вести себя как червоточины — то есть, выводить информацию потайным путем наружу. Речь идет не о реальных червоточинах, подчеркивает Гото, а о математических расчетах энтропии излучения. «Червоточина соединяет внутренность черной дыры и излучение снаружи, как мост», — пояснил он.

Проведя подробный анализ, Гото и его коллеги установили, что результат совпадает с предсказаниями Пейджа — то есть информация сохраняется даже после исчезновения черной дыры. Ученые обнаружили новую геометрию пространства-времени со структурой, напоминающей червоточину, которую прежде не замечали в процессе обычных вычислений. Расчеты, сделанные с ее помощью, дают совершенно другой результат.

Однако вопросы на этом не заканчиваются. «Нам все еще неизвестен базовый механизм переноса информации излучением, — сказал Гото. — Нам нужна теория квантовой гравитации».

Считается, что червоточины — если они существуют, слишком нестабильны, чтобы их можно было использовать для путешествий между звездами. Однако прошлогодние расчеты физика из Франции противоречат этому. Применив другую метрику, он пришел к выводу, что кротовые норы стабильнее, чем казалось ранее.