Paradoks crne rupe

I zašto da, naš bi svemir mogao biti hologram.

Prikaz rotirajuće crne rupe iz filma Interstellar, dir. Christopher Nolan.

Crne rupe veliki su potrošači svemira. Uništavaju sve, ne ostavljajući ništa da pobjegne nakon što je prešao horizont događaja rupe. Oni dobivaju svoje ogromno težište iz činjenice da su srušene zvijezde - koncentracije ogromne količine materije u vrlo malom prostoru. To povlačenje koje izlažu razdvaja sve što prelazi preblizu elementarnih čestica, usisavajući ih unutar njihove misteriozne, mračne jezgre.

Ali što se točno događa sa svom materijom i energijom koju crna rupa troši? To se ne može tako dobro izbrisati jer naše radno znanje iz kvantne mehanike to zabranjuje. Naše razumijevanje sastoji se od informacija koje zauvijek postoje u zakonu očuvanja kvantne informacije. To je osnova kvantne mehanike. Sama informacija je specifičan raspored određenog broja čestica, način na koji raspored dva atoma vodika i jednog atoma kisika daje informaciju da je to voda. Prema kvantnoj mehanici, kad biste mogli pratiti sve atome, čestice i valove zračenja koji postoje, teoretski biste mogli vidjeti cjelokupnu povijest našeg svemira.

Dakle, ukoliko ne napišemo kvantnu mehaniku i opću relativnost, ove informacije moraju i dalje postojati unutar crne rupe. Ali, kao što je Stephen Hawking pokazao uz ono što se danas naziva Hawking zračenjem, crne rupe isparavaju i bacaju masu u nevjerojatno dugim vremenskim razdobljima. Ovaj gubitak mase značio bi da su informacije zauvijek izgubljene. Hawkingova otkrića bila su toliko kontroverzna da je bilo potrebno znanstvenicima neko vrijeme da ih prihvate i prepoznaju njihovu važnost, dajući na kraju naziv Paradox informacije o crnoj rupi.

Prije nego što nađemo u mogućim rješenjima ovog paradoksa, treba još nekoliko napomena o informacijama i crnim rupama.

Jednom kada materija i energija uđu u crnu rupu, na mjestu ulaska dodaju mali piksel nove mase. Dolazne informacije bi iskrivile horizont događaja u točki u kojoj se prelazi.

Teorem o ne-kosi kaže da crne rupe imaju samo tri svojstva: kutni zamah, masa i električni naboj. Oni bi trebali zračiti na temperaturama obrnuto proporcionalnim njihovim masama. Ali ovo Hawkingovo zračenje ne ovisi o tome od čega se sastoji crna rupa, već zrači česticama poput fotona sve dok nema dokaza da je crna rupa postojala. Samo više praznog prostora.

Slika crne rupe od NASA-e.

Moguća rješenja

Postoji nekoliko mogućih rješenja pitanja "kamo idu sve ove informacije?"

Ona koju je Stephen Hawking podržavao dugi niz godina, a koja uključuje podatke da nestaju kroz crvotočine i izlazi u drugačiji, paralelni svemir. To bi se učinilo izlaskom kroz bijelu rupu - suprotno crnoj rupi, neprestano ispijajući informacije i ne može se unijeti izvana. Iako nam informacije više ne bi bile dostupne, one bi i dalje postojale i dalje igrale po zakonu zaštite.

Prikaz bijele rupe.

Drugo rješenje je da su informacije utisnute na Hawkingovo zračenje tako da on uopće ne napušta ovaj svemir. Ali kako se kvantne informacije prenose u Hawkingovo zračenje? Po kojem se mehanizmu to događa?

Čak i ako postoji mehanizam kojim bi se podaci mogli utisnuti, on opet krši zakon zaštite jer se informacije ne mogu duplicirati. Ako su informacije oboje pale u crnu rupu i sačuvale se u njoj, a postojale su i na površini crne rupe kao otisak zračenja, to bi značilo da sada postoje dvije kopije tih podataka.

Neki tvrde da se podaci ne dupliciraju jer se vremenska crta unutar crne rupe znatno razlikuje od vremenske crte na njenoj površini, što znači da kopije ne postoje istovremeno, već da su u potpunosti razdvojene jedna od druge. To se naziva Komplementarnost crne rupe.

A što je s mehanizmom da se sve to dogodi?

Kad crne rupe pohranjuju informacije, one su izuzetno učinkovite. Oni pohranjuju informacije na način na koji iPod pohranjuje pjesme - mali ručni uređaj može držati ekvivalent stotinama CD-ova. Odnosno, informacije stižu i pretvaraju se u izuzetno male piksele koji iskrivljuju događaj. Ta izobličenja sadrže informacije koje mogu utjecati na Hawkingovo zračenje, pružajući na taj način mehanizam.

Posljedice ovoga su zapanjujuće. To znači da se trodimenzionalna unutrašnjost crne rupe može opisati interakcijama koje se događaju na dvodimenzionalnoj površini. Ako je naše razumijevanje kvantne mehanike i opće relativnosti ispravno, njihovo spajanje ovisi o tome da naš svemir bude hologram. Ideja se još više objedinila korištenjem teorije struna što je dovelo do Holografskog načela.

Budući da osoba u crnoj rupi ne mora nužno shvatiti da je dvodimenzionalna, to znači da ne bismo nužno shvatili da živimo u holografskom svijetu.

Do sada, sve su to spekulacije utemeljene na znanosti koju još uvijek razvijamo. Dok su opća relativnost i kvantna mehanika za sada fantastično djelovale na nas, možda ćemo ih u budućnosti morati revidirati kako bismo pokušali odgovoriti na pitanja koja nam postavlja sve ikad tajanstveni i ikad složen svemir.