Hai sentito che i buchi neri distruggono le informazioni che li riguardano? Perché questo è un grosso problema per la fisica?
Ai miei tempi, le cose erano semplici. Il taglio del mio braccio era completamente irreprensibile. Nathan Fillion era il capitano della Serenità tutto il giorno, tutti i giorni. ... E i buchi neri erano buchi neri. Con ciò intendo dire che i buchi neri comprimerebbero la materia e l'energia in una singolarità infinitamente densa e non avrebbero creato un paradosso informativo apparentemente insormontabile. Sì, quelli erano i bei tempi ole.
ma quei giorni sono finiti. Ora sono tutte e 50 le sfumature di grigio, con le leggi della fisica che si piegano sotto altre leggi della fisica. "Hashtag non è il mio cristiano". Di cosa sto parlando è il paradosso delle informazioni sul buco nero.
Innanzitutto, parliamo di informazioni. Quando i fisici parlano di informazioni, si occupano dello stato specifico di ogni singola particella nell'Universo: massa, posizione, rotazione, temperatura, e basta. L'impronta digitale che identifica in modo univoco ciascuno e le probabilità di ciò che faranno nell'universo. Puoi cambiare gli atomi, schiacciarli insieme, ma la funzione d'onda quantistica che li descrive deve sempre essere preservata.
La fisica quantistica ti consente di far avanzare e retrocedere l'intero Universo, purché invertiate tutto nella tua matematica: carica, parità e tempo. Ecco la parte importante. I grandi cervelli ci dicono che le informazioni devono continuare a vivere, qualunque cosa accada. Pensaci come energia. Non puoi distruggere l'energia, tutto ciò che puoi fare è trasformarla.
Ora, il buco nero ricapitola. Si è formato naturalmente quando le stelle più grandi, quelle con una massa di Sole oltre 20 volte, collassano violentemente ed esplodono. Qui la densità della materia è così alta, la velocità di fuga supera la velocità della luce. Quelli fantasiosi hanno un disco di accrescimento surriscaldato della materia che vortica attorno all'orizzonte degli eventi del buco nero, dove persino la luce può essere trascinata in orbita.
Qui, otteniamo uno degli effetti collaterali più strani della relatività: dilatazione del tempo. Immagina un orologio che cade verso un buco nero, muovendosi più in profondità nel pozzo di gravità. Sembrerebbe rallentare man mano che si avvicina al buco nero e alla fine si blocca ai margini dell'orizzonte degli eventi. I fotoni dell'orologio si allungerebbero e il colore dell'orologio cambierebbe di rosso. Alla fine, svanisce mentre i fotoni si estendono oltre ciò che i nostri occhi possono rilevare.
Se potessi fissare il buco nero per miliardi di anni, vedresti tutto ciò che ha mai raccolto, incollato all'esterno come carta velina. Potresti indicare l'orologio, il Titanic, il Ranger e USS Cygnus, e teoricamente, potresti identificare lo stato quantico di ogni singola particella e fotone che è entrato nel buco nero. Dal momento che impiegheranno un tempo infinito a scomparire completamente, tutto va bene.
Le loro informazioni sono conservate per sempre sulla superficie del buco nero. Sono tutti completamente morti, ma le loro informazioni, le loro preziose preziose informazioni quantistiche, sono totalmente sicure.
Se potessi svelare un buco nero, potresti ottenere tutte le informazioni quantistiche che descrivono tutto ciò che il buco nero ha mai consumato. E almeno così è stato ai bei vecchi tempi.
Ma nel 1975, Hawking lanciò una bomba. Si rese conto che i buchi neri avevano una temperatura, per lunghi periodi di tempo, sarebbero evaporati fino a quando non fosse rimasto nulla. rilasciando la loro massa ed energia nell'Universo. Non sorprendentemente noto come radiazione di Hawking.
Ma questa ... idea ha creato un paradosso. Le informazioni su ciò che è andato nel buco nero sono preservate dalla dilatazione del tempo, ma con l'evaporazione della massa stessa del buco nero. Alla fine, scomparirà completamente e quindi, dove andranno le nostre informazioni? Quelle informazioni che non possono essere distrutte ...?
Questo non è rigorosamente cricket e astronomi perplessi. Lavorano da decenni per risolverlo. C'è una divertente pila di opzioni qui:
I buchi neri non evaporano affatto e Hawking si sbagliava.
Le informazioni all'interno del buco nero trapelano in qualche modo fuori mentre la radiazione di Hawking sta fuggendo.
Il buco nero tiene tutto dentro fino alla fine, e quando le ultime due particelle evaporano, tutte le informazioni vengono improvvisamente rilasciate nell'Universo.
Va tutto nei bit più adolescenti possibili e nulla viene perso OPPURE Le informazioni vengono compresse in uno spazio microscopico, che rimane dopo l'evaporazione del buco nero stesso.
E forse, i fisici non lo capiranno mai. Hawking ha recentemente proposto una nuova idea per risolvere il paradosso delle informazioni sul buco nero. Ha suggerito che esiste un modo in cui le nuove radiazioni Hawking potrebbero essere impresse dalle informazioni sulla nuova materia che cade nel buco nero.
Quindi, l'informazione di tutto ciò che cade è preservata dalla radiazione in uscita, restituendola all'Universo e risolvendo il paradosso. Questo è un sospetto, dal momento che la stessa radiazione Hawking non è mai stata rilevata. Siamo a decenni di distanza dal sapere se questo è nella giusta direzione, o anche se c'è un modo per risolvere il paradosso.
In situazioni come questa ci viene ricordato quanto poco comprendiamo l'Universo. Alcuni aspetti della nostra comprensione di questo intero processo non sono chiari e ci vorrà molto più lavoro investigativo e sperimentazione per avvicinarsi alla verità.
Quali informazioni vorrebbero essere distrutte per sempre dall'Universo? Raccontaci tutti i tuoi segreti nei commenti qui sotto.
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