Billedkredit: NASA
Stephen Hawking og Kip Thorne skylder muligvis John Preskill et sæt encyklopædier.
I 1997 gjorde de tre kosmologer en berømt indsats for, om information, der kommer ind i et sort hul, ophører med at eksistere - det vil sige, om det indre af et sort hul overhovedet ændres af egenskaberne ved partikler, der kommer ind i det.
Hawkings forskning antydede, at partiklerne ikke har nogen som helst effekt. Men hans teori krænkede kvantemekanikens love og skabte en modsigelse kendt som "informationsparadokset."
Nu har fysikere ved Ohio State University foreslået en løsning ved hjælp af strengteori, en teori, der hævder, at alle partikler i universet er lavet af små vibrerende strenge.
Samir Mathur og hans kolleger har afledt et omfattende sæt ligninger, der kraftigt antyder, at informationen fortsætter med at eksistere - bundet op i en kæmpe flokke af strenge, der fylder et sort hul fra sin kerne til dens overflade.
Konklusionen antyder, at sorte huller ikke er glatte, meningsløse enheder, som forskere længe har tænkt over.
I stedet er de snorede? Fuzzballs.?
Mathur, professor i fysik i Ohio State, mistænker, at Hawking og Thorne ikke vil blive overrasket især af resultatet af undersøgelsen, der vises i 1. marts-udgaven af tidsskriftet Nuclear Physics B.
I deres satsning sat Hawking, professor i matematik ved University of Cambridge, og Thorne, professor i teoretisk fysik ved Caltech, på, at oplysninger, der kommer ind i et sort hul, bliver ødelagt, mens Preskill - også en professor i teoretisk fysik ved Caltech - tog modsat syn. Insatserne var et sæt encyklopædier.
? Jeg tror, at de fleste mennesker opgav tanken om, at information blev ødelagt, når ideen om strengteori steg til prominent i 1995 ,? Mathur sagde. ? Det er bare det, at ingen har været i stand til at bevise, at oplysningerne overlever før nu.?
I den klassiske model for hvordan sorte huller dannes, kollapser et supermassivt objekt, såsom en gigantisk stjerne, for at danne et meget lille punkt med uendelig tyngdekraft, kaldet en singularitet. En speciel region i rummet omgiver singulariteten, og ethvert objekt, der krydser regionens grænse, kendt som begivenhedshorisonten, trækkes ind i det sorte hul for aldrig at vende tilbage.
I teorien kan ikke engang lys undslippe fra et sort hul.
Begivenhedshorisontens diameter afhænger af massen af det objekt, der dannede det. Hvis solen for eksempel kollapsede i en enestående størrelse, ville dens begivenhedshorisont måle cirka 3 kilometer tværs. Hvis Jorden fulgte efter, ville dens begivenhedshorisont kun måle 1 centimeter (0,4 inches).
Hvad angår, hvad der ligger i regionen mellem en singularitet og dens begivenhedshorisont, har fysikere altid trukket et tomt bogstaveligt talt. Uanset hvilken type materiale der dannede enestående, skulle området inde i begivenhedshorisonten være blottet for nogen struktur eller målbare egenskaber.
Og deri ligger problemet.
? Problemet med den klassiske teori er, at du kunne bruge enhver kombination af partikler til at fremstille det sorte hul - protoner, elektroner, stjerner, planeter, hvad som helst - og det ville ikke gøre nogen forskel. Der skal være milliarder af måder at fremstille et sort hul på, men med den klassiske model er systemets endelige tilstand altid den samme ,? Mathur sagde.
Den slags ensartethed er i strid med den kvantemekaniske lov om reversibilitet, forklarede han. Fysikere skal være i stand til at spore slutproduktet af enhver proces, herunder processen, der gør et sort hul, tilbage til de forhold, der skabte det.
Hvis alle sorte huller er ens, kan intet sort hul spores tilbage til dets unikke begyndelse, og enhver information om de partikler, der skabte det, går tabt for evigt i det øjeblik, hullet dannes.
? Ingen tror virkelig det nu, men ingen kunne nogensinde finde noget galt med det klassiske argument heller ,? Mathur sagde. ? Vi kan nu foreslå, hvad der gik galt.?
I 2000 udnævnte strengteoretikere informationsparadokset nummer otte på deres top-ti liste over fysikproblemer, der skal løses i det næste årtusinde. Denne liste omfattede spørgsmål såsom? Hvad er en protons levetid? og? hvordan kan kvantetyngdekraft hjælpe med at forklare universets oprindelse ??
Mathur begyndte at arbejde på informationsparadokset, da han var adjunkt ved Massachusetts Institute of Technology, og han angreb problemet på fuld tid, efter at han kom til Ohio State fakultet i 2000.
Med postdoktorisk forsker Oleg Lunin beregner Mathur strukturen af objekter, der ligger mellem enkle strengtilstande og store klassiske sorte huller. I stedet for at være små genstande, viste det sig at være store. For nylig fandt han og to doktorander - Ashish Saxena og Yogesh Srivastava - det samme billede af en? Fuzzball? fortsatte med at stemme for genstande, der mere ligner et klassisk sort hul. Disse nye resultater vises i Nuclear Physics B.
I henhold til strengteori er alle de grundlæggende partikler i universet - protoner, neutroner og elektroner - lavet af forskellige kombinationer af strenge. Men så små som strengene er, mener Mathur, at de kan danne store sorte huller gennem et fænomen kaldet brøkspænding.
Strenge er strækbare, sagde han, men hver har en vis mængde spændinger, ligesom en guitarstreng gør. Ved brøkspænding aftager spændingen, når strengen bliver længere.
Ligesom en lang guitarstreng er lettere at plukke end en kort guitarstreng, er en lang streng af kvantemekaniske strenge, der er sammenføjet, lettere at strække end en enkelt streng, sagde Mathur.
Så når mange strenge slutter sig sammen, som de ville for at danne de mange partikler, der er nødvendige for en meget massiv genstand som et sort hul, er den kombinerede kugle af streng meget strækbar og udvides til en bred diameter.
Da fysikere i Ohio State afledte deres formel for diameteren af et uklar sort hul lavet af strenge, fandt de, at det stemte overens med diameteren på det sorte hul begivenhedshorisont foreslået af den klassiske model.
Da Mathurs formodning antyder, at strenge fortsætter med at eksistere i det sorte hul, og arten af strengene afhænger af partiklerne, der udgør det originale kildemateriale, er hvert sorte hul lige så unik som stjernerne, planeterne eller galaksen der dannede det. Strenge fra ethvert efterfølgende materiale, der kommer ind i det sorte hul, vil også kunne forblive sporbare.
Det betyder, at et sort hul kan spores tilbage til dets oprindelige forhold, og at informationen overlever.
Denne forskning blev delvis støttet af det amerikanske energiministerium.
Original kilde: Ohio State University News Release
