Информационный парадокс черной дыры озадачивал физиков на протяжении десятилетий. Новое исследование показывает, как квантовые связи в самом пространстве-времени могут разрешить парадокс, оставив тонкий след в гравитационных волнах.
Долгое время мы думали, что черные дыры, какими бы загадочными они ни были, не вызовут никаких проблем. Информация не может быть создана или уничтожена, но когда объекты падают за горизонт событий, информация, которую они несут, навсегда становится невидимой. Важно то, что он не уничтожен, а просто спрятан.
Но затем Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры не являются полностью черными. Они испускают небольшое количество радиации, в конечном итоге испаряются и полностью исчезают с космической сцены. Но это излучение не несет с собой никакой информации, что приводит к знаменитому парадоксу: если черная дыра умрет, куда девается вся ее информация?
Решением этого парадокса является ненасильственная нелокальность. При этом используется более широкая версия квантовой запутанности, «жутковатого действия на расстоянии», которое может соединять частицы вместе. Но в более широкой картине аспекты самого пространства-времени переплетаются друг с другом. Это означает, что все, что происходит внутри черной дыры, связано со структурой пространства-времени вне черной дыры.
Обычно пространство-время меняется только во время насильственных процессов, таких как слияние черных дыр или звездные взрывы. Но этот эффект гораздо тише, всего лишь тонкий отпечаток в пространстве-времени, окружающем горизонт событий.
Если эта гипотеза верна, пространство-время вокруг черных дыр демонстрирует крошечные возмущения, которые не являются полностью случайными. Вместо этого вариации будут коррелировать с информацией внутри черной дыры. Когда черная дыра затем исчезает, информация за ее пределами остается, разрешая парадокс.
В недавней, но еще не рецензируемой статье в журнале Preprint Server arXiv два исследователя из Калифорнийского технологического института рассмотрели эту интригующую гипотезу, чтобы понять, как мы можем ее проверить.
Исследователи обнаружили, что эти следы в пространстве-времени также оставляют отпечаток в гравитационных волнах при слиянии черных дыр. Эти отпечатки невероятно малы, настолько малы, что мы пока не можем обнаружить их с помощью существующих экспериментов с гравитационными волнами. Но они имеют уникальную структуру, которая находится за пределами обычной волновой структуры, что делает их потенциально наблюдаемыми.
Следующее поколение детекторов гравитационных волн, которое должно появиться в следующем десятилетии, может иметь достаточную чувствительность, чтобы отфильтровать этот сигнал. Если бы они это увидели, это было бы мощно, потому что это, наконец, указало бы на ясное решение тревожного парадокса и открыло бы новое понимание как структуры пространства-времени, так и природы квантовой нелокальности.
