Черные дыры. Информационный парадокс

Стивен Хокинг предложил объяснение парадокса файервола «стены огня». Из объяснения следует, что черных дыр в классическом понимании этого слова не существует.

По мнению Хокинга, из-за вызванных квантовыми эффектами возмущений определить точную границу черной дыры невозможно в принципе. В рассуждениях, которые занимают всего две страницы печатного текста, он предлагает заменить горизонт событий так называемым «видимым горизонтом событий». Этот горизонт способен задерживать материю и энергию только на время, а не навсегда.

«Отсутствие горизонта событий означает, что не существует и черных дыр. По крайней мере, в смысле регионов пространства, которые свет не в состоянии покинуть», — делает вывод Хокинг.

В работе Хокинг также пишет, что излучение дыры будет носить хаотический (в математическом смысле) характер. Это означает, что, несмотря на принципиальное сохранение информации, извлечь ее из излучения не представляется возможным. В работе физик сравнивает задачу извлечения информации с задачей предсказания погоды. Хаотичность в данном случае означает такую зависимость задачи от начальных условий, что малейшая неточность в определении этих условий приводит к принципиально различным решениям задачи. Физик признается, что строгую математическую реализацию его идей еще предстоит найти.

Согласно представлениям теории относительности, если материя достигает некоторой критической плотности, под воздействием собственной гравитации она коллапсирует в черную дыру. Это регион пространства, в котором гравитационные силы настолько велики, что даже свет не может его покинуть. Дыра от остальной Вселенной отделена горизонтом событий — условным барьером, проницаемым только в одну сторону. В случае, если речь идет о сверхмассивной черной дыре достаточно большого радиуса, приливные силы на горизонте событий слабы, и гипотетический наблюдатель может даже не заметить пересечения этой границы.

В классической теории относительности черная дыра не могла ничего излучать (астрономы находят дыры, например, по излучению падающей на них материи). В середине XX века Стивен Хокинг обнаружил, что квантовые эффекты вблизи горизонта событий приводят к тому, что дыра на самом деле излучает. Однако, спектр этого излучения оказался аналогичным спектру излучения абсолютно черного тела. С точки зрения квантовой механики, это означает, что черная дыра теряет информацию о том, что она поглотила. Этот эффект противоречит постулату о сохранении информации (в некотором смысле, далеко идущее обобщение закона сохранения энергии) и получил название информационного парадокса черных дыр.

Развивая идеи Хокинга и пытаясь разрешить парадокс, физик Джо Полчински с коллегами в 2012 году описали эффект так называемой «стены огня». Суть его состоит в том, что, из-за так называемой AdS/CFT-двойственности (о ней в интервью «Ленте.ру» подробно рассказывал Брайан Грин) вместо горизонта событий образуется так называемая «стена огня» — регион с частицами колоссальных энергий. Этот результат, в свою очередь, оказывается в противоречии с теорией относительности, согласно которой горизонт событий ничем не отличается от остальных регионов пространства с точки зрения физических законов.

И юыла открыта теория Хуана Малдасена (Juan Maldacena), объясняющая информационный парадокс. Его теория основывалась на представлении, что любая трехмерная область нашей Вселенной может быть описана с помощью информации, закодированной на её двумерной границе. В модели Малдасены трехмерная Вселенная со всеми своими струнами и черными дырами подчиняется только гравитации, а элементарные частицы и поля на ограничивающей её двумерной поверхности «живут» только по квантовым законам. Жители 3D-Вселенной никогда не увидят эту границу — он расположена бесконечно далеко, но для математики расстояние не имеет значения: все происходящее в трехмерной Вселенной может быть описано 2D-уравнениями, и наоборот. Т.е. это означает, что даже испаряющаяся черная дыра в 3D-мире имеет свое отображение в 2D, где нет гравитации, где безраздельно властвуют квантовые законы и никакая информация не может быть потеряна. А если информация сохраняется на границе, она должна каким-то образом уцелеть и в трехмерной Вселенной.