Găurile negre își primesc numele, deoarece gravitația lor este atât de puternică încât chiar prinde lumina. Și întrucât lumina nu poate părăsi gaura neagră, atunci și informațiile apar. În mod ciudat, fizicienii au arătat o manieră teoretică și au găsit o modalitate de a extrage un fir de informații care a căzut într-o gaură neagră. Calculul lor atinge unul dintre cele mai mari mistere din fizică: modul în care toate informațiile prinse într-o gaură neagră se scurg pe măsură ce gaura neagră „se evaporă”. Se crede că acest lucru ar trebui să se întâmple, dar nimeni nu știe cum.
Cu toate acestea, noua schemă ar trebui mai degrabă să sublinieze complexitatea problemei informațiilor despre gaura neagră, decât să o rezolve. „Poate că alții vor putea merge mai departe în acest sens, dar nu cred că va ajuta”, spune Don Page, un teoretician la Universitatea din Alberta din Edmonton, Canada, care nu a fost implicat în lucrare.
Puteți reduce factura la electricitate, dar nu puteți distruge informațiile aruncându-le într-o gaură neagră. Acest lucru se datorează parțial faptului că, în timp ce mecanica cuantică se ocupă de probabilități - cum ar fi probabilitatea ca un electron să fie într-un loc sau altul - undele cuantice care dau aceste probabilități trebuie să evolueze într-un mod previzibil, deci dacă cunoașteți forma de undă la un moment dat, o puteți prezice. exact în orice moment din viitor. Fără această „unitaritate”, teoria cuantică ar produce rezultate lipsite de sens, precum probabilități care nu adună până la 100%.
Să presupunem că arunci niște particule cuantice într-o gaură neagră. La prima vedere, particulele și informațiile pe care le conțin se pierd. Și aceasta este o problemă, deoarece partea stării cuantice care descrie sistemul combinat de particule și găuri negre a fost distrusă, ceea ce face imposibilă prezicerea evoluției exacte și încalcă unitaritatea.
Fizicienii cred că au găsit o cale de ieșire. În 1974, teoreticianul britanic Stephen Hawking a susținut că găurile negre pot emite particule și energie. Datorită incertitudinii cuantice, spațiul gol nu este cu adevărat gol - este plin de particule împerecheate care apar periodic și dispar. Hawking și-a dat seama că, dacă o pereche de particule care ies din vid lovesc marginea unei găuri negre, una ar zbura în spațiu, iar cealaltă ar cădea în gaura neagră. Înlăturând energia găurii negre, radiația Hawking care scapă face ca gaura neagră să se evapore încet. Unii teoreticieni cred că informațiile apar din nou, fiind codificate în radiații dintr-o gaură neagră - cu toate acestea, acesta este un moment complet de neînțeles, deoarece radiația pare a fi complet aleatorie.
Astfel, Aidan Chatwin-Davis, Adam Jermyn și Sean Carroll de la California Institute of Technology din Pasadena au găsit o modalitate bună de a obține informații dintr-o singură particulă cuantică pierdută într-o gaură neagră folosind radiația Hawking și ciudatul concept de teleportare cuantică.
Teleportarea cuantică permite doi parteneri, Alice și Bob, să transfere starea cuantică delicată a unei particule, ca un electron, la alta. În teoria cuantică, rotația unui electron poate fi în sus, în jos sau în sus și în jos în același timp. Această stare poate fi descrisă printr-un punct de pe glob, unde polul nord înseamnă în sus și polul sud înseamnă în jos. Liniile de latitudine înseamnă diferite amestecuri de sus și de jos, iar liniile de longitudine înseamnă „fază” sau cum se intersectează vârfurile și fundurile. Dar dacă Alice încearcă să măsoare această stare, aceasta se „prăbușește” într-un scenariu sau altul, în sus sau în jos, distrugând informațiile de fază. Prin urmare, ea nu poate măsura starea și nu poate trimite informații lui Bob, ci trebuie să le trimită neatinse.
Pentru a face acest lucru, Alice și Bob pot schimba o pereche suplimentară de electroni conectați printr-o legătură cuantică specială - încurcare. Starea fiecărei particule din perechea încurcată nu este definită - arată simultan spre orice punct de pe glob - dar stările lor sunt corelate, deci dacă Alice își măsoară particula din pereche și descoperă că se învârte, să zicem, în sus, va ști instantaneu că electronul lui Bob se întoarce de sus în jos. Deci, Alice are doi electroni - unul, a cărui stare vrea să se teleporteze și jumătatea ei din perechea încurcată. Bob are doar una dintr-o pereche confuză.
Video promotional:
Pentru a efectua teleportarea, Alice folosește o altă proprietate ciudată a mecanicii cuantice: măsurarea nu numai că dezvăluie ceva despre sistem, ci își schimbă și starea. Prin urmare, Alice ia doi dintre electronii ei neîncurcați și face o măsură care „proiectează” starea încurcată asupra lor. Această măsurare rupe legătura dintre perechea de electroni pe care o au ea și Bob. Dar, în același timp, duce la faptul că electronul lui Bob se află în starea în care se afla electronul lui Alice, pe care a trebuit să-l teleporteze. Prin măsurarea corectă, Alice transferă informații cuantice dintr-o parte a sistemului în cealaltă.
Chatwin-Davis și colegii săi și-au dat seama că ar putea teleporta informații despre starea unui electron dintr-o gaură neagră. Să presupunem că Alice plutește lângă o gaură neagră cu electronul ei. Captează un foton din perechea de radiații Hawking. La fel ca un electron, un foton se poate roti în ambele direcții și va fi încurcat cu un partener de fotoni care cade într-o gaură neagră. Alice măsoară apoi impulsul unghiular total, sau rotirea, a găurii negre - dimensiunea ei și, aproximativ vorbind, cât de uniform este în raport cu o anumită axă. Având aceste două bucăți de informații în mâini, își aruncă electronul, pierzându-l pentru totdeauna.
Dar Alice poate recupera informații despre starea acestui electron, potrivit oamenilor de știință din lucrarea privind Physical Review Letters. Tot ce trebuie să facă este să măsoare din nou rotirea și orientarea găurii negre. Aceste măsurători încurcă apoi gaura neagră și fotonul incident. De asemenea, ei teleportează starea electronului către fotonul capturat de Alice. Astfel, informațiile electronului pierdut vor fi extrase în Universul observabil.
Chatwin-Davis subliniază că acest design nu este un model pentru un experiment practic. În cele din urmă, Alice va trebui să măsoare instantaneu rotația unei găuri negre, care are aceeași masă ca soarele. „Glumim că Alice este probabil cel mai avansat om de știință din univers”, spune el.
Această schemă are, de asemenea, multe limitări. În special, așa cum remarcă autorii, funcționează cu o particulă cuantică, dar nu cu două sau mai multe. Acest lucru se datorează faptului că rețeta folosește faptul că gaura neagră păstrează impulsul unghiular, astfel încât rotirea sa finală este egală cu rotirea inițială plus rotirea unui electron. Aceasta îi permite lui Alice să extragă exact doi biți de informații - rotirea totală și proiecția sa de-a lungul unei axe - și acest lucru este suficient pentru a determina latitudinea și longitudinea stării cuantice a unei particule. Dar acest lucru nu este suficient pentru a recupera toate informațiile capturate de gaura neagră.
Pentru a rezolva cu adevărat problema informațiilor despre gaura neagră, teoreticienii trebuie să dea seama de stările complexe din interiorul găurii negre, spune Stefan Leichenhower, teoretician la Universitatea din California, Berkeley. „Din păcate, cele mai mari întrebări despre găurile negre sunt legate de funcționarea interioară”, spune el. "Deci, acest protocol, care este cu siguranță interesant în sine, ne va spune probabil puțin despre problema informației unei găuri negre".
