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 поверили работам Альберта Эйнштейна, как большинство из них, то возникли невозможные последствия, когда они рассмотрели 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 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.