Prima imagine a unei găuri negre. Imaginea nu este o fotografie, ci a fost creată cu ajutorul a multiple telescoape în cadrul proiectului EHT
La începutul anilor ’70 Stephen Hawking a descoperit că găurile negre pot emite radiații. Această radiație permite găurilor negre să piardă masă și, în cele din urmă, să se evapore complet. Acest proces pare să distrugă toate informațiile conținute în gaura neagră și, prin urmare, contrazice ceea ce știm despre legile naturii. Această contradicție este ceea ce numim "paradoxul pierderii informaţiei într-o gaură neagră".
După ce a descoperit această problemă în urmă cu 40 de ani, Hawking și-a petrecut tot restul vieții încercând să o rezolve. A murit în 2018, dar problema încă există și nu există nicio rezolvare la orizont.
Fizicienii au propus o serie de soluții pentru problema pierderii informației într-o gaură neagră. Dacă nu sunteţi familiar cu acest concept, citiţi acest articol: Cum distrug găurile negre informaţia.
Există sute de soluții propuse pentru problema pierderii de informație. Iată în continuare cele mai plauzibile cinci soluţii propuse.
1. Un rest care păstrează informaţia
Calculele pe care Hawking le-a efectuat pentru a obține proprietățile radiației găurilor negre folosește teoria relativităţii generale a lui Einstein. Știm însă că relativitatea generală este doar aproximativ corectă. În cele din urmă, trebuie înlocuită de o teorie mai profundă, cum este teoria gravitației cuantice.
Efectele gravitației cuantice nu sunt relevante în apropierea orizontului evenimentelor găurilor negre mari, motiv pentru care aproximarea lui Hawking este bună. Dar această abordare îşi arată limitele când gaura neagră s-a micșorat până la o dimensiune foarte mică. Apoi, curbura spațiu-timpul la nivelul orizontului evenimentelor devine foarte puternică și trebuie luată în considerare gravitația cuantică.
Problema este că nu avem o teorie pentru gravitația cuantică, deci nu putem spune care sunt predicţiile acestei teorii în cazul expus mai sus. Pe de altă parte, nu avem niciun motiv să credem că gaura neagră se va evapora complet. Acest lucru deschide posibilitatea ca gaura neagră să nu dispară complet, ci să rămână un rest, care să dăinuiască în spaţiu-timp nealterat de la un moment dat încolo. O astfel de rămășiță de gaură neagră ar putea păstra toate informațiile cu privire la ce a format o gaură neagră și nu rezultă nicio contradicție.
2. Informațiile apar foarte târziu
În locul blocării procesului de evaporare, atunci când gravitaţia cuantică devine relevantă, am putea avea un proces de scurgere de informaţii din gaura neagră în acea fază finală. Unele estimări indică faptul că această scurgere de informaţii ar dura foarte mult timp, motiv pentru care această soluție este cunoscută și sub numele de „rămășiță cvasi-stabilă”. Cu toate acestea, nu este clar cât timp va dura. Până la urmă, nu avem o teorie a gravitației cuantice. Această a doua opțiune elimină contradicția din același motiv ca prima.
3. Informațiile apar devreme
Primele două scenarii sunt foarte conservatoare prin faptul că postulează noi efecte care vor apărea atunci când teoriile noastre actuale devin nefuncţionale. O idee mai speculativă este aceea că gravitația cuantică joacă un rol mult mai mare în apropierea orizontului, iar radiațiile poartă informații, doar că acest aspect nu este surprins de calculele lui Hawking.
Mulți fizicieni preferă această soluție primelor două din următorul motiv: găurile negre nu numai că au o temperatură, ci au și o entropie, numită "entropia Bekenstein-Hawking". Această entropie este proporțională cu aria găurii negre. Acest aspect ar indica stările posibile pe care geometria găurii negre le poate avea într-o teorie a gravitației cuantice.
Dacă este așa, entropia trebuie să se micșoreze atunci când gaura neagră se micșorează, iar acest lucru nu este valabil în cazul primelor două soluţii prezentate mai sus.
Deci, dacă doriți să interpretați entropia găurii negre în termeni de stări microscopice, atunci informațiile trebuie să înceapă să iasă din gaura neagră devreme, când gaura neagră este încă mare. Această soluție este susținută de ideea că trăim într-un univers holografic, idee populară în prezent, în special în rândul specialiştilor în teoriza corzilor.
4. Informațiile sunt doar pierdute
Se pare că evaporarea găurii negre este ireversibilă și că ireversibilitatea este în contradicție cu legea dinamică a teoriei cuantice. Dar teoria cuantică are propriul său proces ireversibil, care este măsurarea (Citiţi articolul: Problema măsurătorii cuantice). Deci, unii fizicieni susțin că ar trebui să acceptăm pur şi simplu că evaporarea găurilor negre este ireversibilă și distruge informația, cum facem şi în cazul măsurătorilor cuantice.
Această opțiune nu este deosebit de populară, deoarece este greu de inclus un proces ireversibil suplimentar în teoria cuantică, fără a încălca legile de conservare.
5. Găurile negre nu există
În cele din urmă, unii fizicieni au încercat să susțină că găurile negre nu apar în natură, caz în care nu mai avem problema pierderii informaţiei. Dar pentru a convinge că această idee reflectă realitatea, trebuie să găsești o modalitate de a împiedica materia aflată într-o anumită distribuţie să colapseze până la o dimensiune care se află sub raza Schwarzschild.
Dar pentru că formarea unui orizont al evenimentelor se poate întâmpla la densități de materie diferite, este nevoie de inventarea unei noi fizici care să încalce principiul echivalenței, acest principiu stând la baza teoriei relativității generale a lui Einstein. Această opțiune este o posibilitate teoretică, dar pentru majoritatea fizicienilor pare o sarcină extrem de dificilă.
Multe dintre soluțiile propuse sunt solide, cum ar primele trei prezentate în acest articol, dar pare că problema nu poate fi rezolvată doar bazându-ne pe matematică.
Din păcate, nu putem testa experimental ce se întâmplă atunci când găurile negre se evaporă, deoarece temperatura radiației este mult, mult prea mică pentru a putea fi măsurabilă. Aşadar, probabil că vom discuta despre acest lucru pentru multă vreme.
Textul reprezintă traducerea şi adaptarea textului videoclipului
