Журнал Кванта

2 августа 2023 г.

Будет ли космонавт внутри черной дыры описывать ту же реальность, что и космонавт снаружи?

Кодзо Сакаи для журнала Quanta

Штатный писатель

2 августа 2023 г.

В августе 2013 года десятки известных физиков-теоретиков собрались в Санта-Барбаре, штат Калифорния, чтобы обсудить кризис. Их поверхностное понимание черных дыр разваливалось. Если смотреть издалека, как в телескоп, черная дыра должна вести себя как планета, звезда или любой другой конгломерат элементарных частиц. Но если физики верили работам Альберта Эйнштейна, как и большинство из них, тогда возникали невозможные последствия, когда они рассматривали черную дыру с точки зрения кого-то, находящегося прямо внутри ее границы.

Мысленный эксперимент, проведенный в прошлом году, обострил это столкновение точек зрения, внезапно положив конец двухдесятилетнему перемирию между теми, кто считал внешний вид фундаментальным, и теми, кто сосредоточил внимание на взгляде изнутри. Внезапно все виды священных физических убеждений оказались предметом обсуждения. Те, кто стоял за мысленным экспериментом, в отчаянии предположили, что внутренности черной дыры могут просто не существовать — что пространство-время заканчивается на краю черной дыры буквально стеной огня.

В развитие этой мысли один из участников конференции даже предположил, по большей части в шутку, что парадокс, по-видимому, подразумевает, что известные законы физики могут постоянно нарушаться повсюду, и это наблюдение вызвало смех, достойный Comedy Cellar. . Один из младших участников, Дэниел Харлоу, взял микрофон и отреагировал одним недоверчивым «Чувак», прежде чем перевести разговор на менее еретические темы.

«Был просто шквал мозговых штурмов», — сказал Патрик Хейден, ученый-компьютерщик, ставший физиком из Стэнфордского университета. «Готовность людей рисковать с безумными идеями была шокирующей».

После еще одного десятилетия споров и расчетов Харлоу, ныне старший физик Массачусетского технологического института, считает, что он и команда многообещающих теоретиков наконец нашли способ или, по крайней мере, способ выровнять внешний вид. и внутренние виды. Тем самым они установили своего рода разрядку между враждующими мирами теории относительности и квантовой теории. Их решение, объединяющее далеко идущие идеи квантовой теории информации и революционные расчеты 2019 года, является вызывающей головную боль и с трудом завоеванной попыткой иметь внешнее и сохранить при этом большую часть внутреннего.

«Им удалось показать, что, по крайней мере, в принципе, это противоречие можно разрешить», — сказал Том Хартман, физик из Корнелльского университета, который нашел ключевую особенность своей теории в другой модели гравитации.

Получите журнал Quanta Magazine на свой почтовый ящик

Стивен Хокинг предсказал, что черные дыры излучают радиацию, что вызвало споры, которые продолжаются уже 50 лет.

Санти Визалли / Getty Images

Хотя их процедура в настоящее время работает только с простой карикатурой на черную дыру, она отражает многие особенности коллапсирующих звезд. Если это справедливо для настоящих черных дыр, то это окончательно ответит на целый ряд классических вопросов о черных дырах: от того, что испытал бы астронавт, упав в черную дыру, до окончательной судьбы информации, содержащейся в расположении ее молекул.

«Это в некоторой степени представляет собой конец революции, а не начало», — сказал Джефф Пенингтон, физик из Калифорнийского университета в Беркли и участник новой работы.

"Это весьма захватывающе. Это может быть неправильно, но я думаю, что это правильная суть», — сказал Оливер ДеВулф, физик из Университета Колорадо в Боулдере и один из немногих исследователей, которые в прошлом году опирались на предложение Харлоу и компании.

Группа стремится спасти внутреннюю часть черной дыры от прямого жертвоприношения, нанеся телесную рану: по иронии судьбы Харлоу и компания предполагают, что знакомые законы физики действительно нарушаются внутри черной дыры — и, возможно, постоянно повсюду. Но делают они это ранее неизвестным способом, слишком тонким, чтобы его можно было заметить. В основе лежит ограничение, не связанное с материей или пространством-временем. Скорее, оно исходит из аргументов, касающихся сложности — по сути, бесконечных возможностей, содержащихся в огромных объемах квантовой информации.