Черная дыра брандмауэр является гипотетическим явлением , при котором наблюдатель падения в черных дырах сталкиваются с высокой энергией квантов в точке (или вблизи) на горизонте событий . Явление «брандмауэра» было предложено в 2012 году физиками Ахмедом Альмхейри, Дональдом Марольфом , Джозефом Полчински и Джеймсом Салли [1] в качестве возможного решения очевидного несоответствия дополнительности черных дыр . Это предложение иногда называют межсетевым экраном AMPS , [2]аббревиатура от имен авторов статьи 2012 года. Использование брандмауэра для разрешения этого несоответствия остается спорным, и физики разделились относительно решения парадокса. [3]
Мотивирующий парадокс
Согласно квантовой теории поля в искривленном пространстве - времени , A одного излучения из излучения Хокинга включает в себя две взаимно запутанных частиц. Уходящая частица улетает и испускается как квант излучения Хокинга; падающая частица поглощается черной дырой. Предположим, что черная дыра образовалась за конечное время в прошлом и полностью испарится через какое-то конечное время в будущем. Тогда он будет излучать только конечное количество информации, закодированной в его излучении Хокинга. Предположим, что в момент, уже распространено более половины информации. Согласно широко признанным исследованиям таких физиков, как Дон Пейдж [4] [5] и Леонард Сасскинд , исходящая частица, испускаемая во времядолжна быть запутана всем излучением Хокинга, которое ранее испускала черная дыра. Это создает парадокс : принцип, называемый « моногамия запутанности », требует, чтобы, как и любая квантовая система, исходящая частица не могла быть полностью запутана с двумя независимыми системами одновременно; однако здесь исходящая частица кажется запутанной как с падающей частицей, так и, независимо, с прошлым излучением Хокинга. [3]
Чтобы разрешить парадокс, физики в конечном итоге могут быть вынуждены отказаться от одной из трех проверенных временем теорий: принципа эквивалентности Эйнштейна , унитарности или существующей квантовой теории поля . [6]
Разрешение парадокса "межсетевой экран"
Некоторые ученые предполагают, что переплетение между падающей частицей и исходящей частицей должно каким-то образом немедленно разрушаться. Нарушение этого запутывания приведет к высвобождению большого количества энергии, создавая тем самым обжигающий «брандмауэр черной дыры» на горизонте событий черной дыры. Это разрешение требует нарушения принципа эквивалентности Эйнштейна, который гласит, что свободное падение неотличимо от плавания в пустом пространстве. Это нарушение было охарактеризовано как «возмутительное»; Физик-теоретик Рафаэль Буссо жаловался, что «брандмауэр просто не может появиться в пустом пространстве, точно так же, как кирпичная стена может внезапно появиться в пустом поле и ударить вас по лицу». [3]
Решение парадокса без использования брандмауэра
Некоторые ученые предполагают, что на самом деле нет никакого запутывания между испущенной частицей и предыдущим излучением Хокинга. Это разрешение потребует потери информации о черной дыре , что является спорным нарушением унитарности. [3]
Другие, такие как Стив Гиддингс, предлагают модифицировать квантовую теорию поля так, чтобы запутанность постепенно терялась по мере разделения исходящих и падающих частиц, что приводило к более постепенному высвобождению энергии внутри черной дыры и, следовательно, отсутствию брандмауэра. [3]
Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд предположили в ER = EPR, что исходящие и падающие частицы каким-то образом связаны червоточинами и, следовательно, не являются независимыми системами; однако по состоянию на 2013 г.[Обновить], эта гипотеза все еще находится в стадии разработки. [7] [8]
Fuzzball картина решает дилемму, заменив « отсутствие волос » вакуум с волокнистым квантовым состоянием, таким образом , в явном виде сочетания любого исходящее излучения Хокинга с историей формирования черной дыры. [9] [10]
Стивен Хокинг получил широкое освещение в основных средствах массовой информации в январе 2014 года с неофициальным предложением [11] заменить горизонт событий черной дыры « видимым горизонтом », где падающая материя приостанавливается, а затем высвобождается; однако некоторые ученые выразили недоумение относительно того, что именно предлагается и как это предложение могло бы разрешить парадокс. [12]
Характеристики и обнаружение
Брандмауэр будет существовать на горизонте событий черной дыры и будет невидим для наблюдателей за пределами горизонта событий. Материя, проходящая через горизонт событий в черную дыру, будет немедленно «сожжена дотла» произвольно горячим «бурлящим водоворотом частиц» на брандмауэре. [3]
При слиянии двух черных дыр характеристики брандмауэра (если таковой имеется) могут оставить след на исходящем гравитационном излучении в виде «эха», когда волны отражаются вблизи нечеткого горизонта событий. Ожидаемое количество таких эхо-сигналов теоретически неясно, поскольку физики в настоящее время не имеют хорошей физической модели межсетевых экранов. В 2016 году космолог Ниайеш Афшорди и другие утверждали, что в данных первого слияния черных дыр, обнаруженных LIGO, есть предварительные признаки такого эха; [13] в более поздних работах утверждается, что статистически значимых доказательств наличия таких эхо в данных нет. [14]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Альмхейри, Ахмед; Марольф, Дональд; Полчинский, Джозеф; Салли, Джеймс (11 февраля 2013 г.). «Черные дыры: взаимодополняемость или брандмауэры?». Журнал физики высоких энергий . 2013 (2): 62. arXiv : 1207.3123 . Bibcode : 2013JHEP ... 02..062A . DOI : 10.1007 / JHEP02 (2013) 062 . S2CID 55581818 .
- ^ Борун Д. Чоудхури, Андреа Пум, "Декогеренция и судьба падающего волнового пакета: Алиса горит или расплывается?", Phys. Ред. D 88, 063509 (2013).
- ^ a b c d e f Астрофизика: огонь в дыре!
- ^ Пейдж, Дон Н. (1993). «Информация в излучении черной дыры». Phys. Rev. Lett . 71 (23): 3743–3746. arXiv : hep-th / 9306083 . Bibcode : 1993PhRvL..71.3743P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.71.3743 . PMID 10055062 . S2CID 9363821 .
- ^ Пейдж, Дон Н. (1993). «Средняя энтропия подсистемы». Phys. Rev. Lett . 71 (9): 1291–1294. arXiv : gr-qc / 9305007 . Bibcode : 1993PhRvL..71.1291P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.71.1291 . PMID 10055503 . S2CID 17058654 .
- ^ Уэллетт, Дженнифер (21 декабря 2012 г.). «Межсетевые экраны черной дыры сбивают с толку физиков-теоретиков» . Scientific American . Проверено 29 октября 2013 года . Первоначально опубликовано, заархивировано 3 июня 2014 г. на Wayback Machine в Куанте 21 декабря 2012 г.
- ^ Овербай, Деннис (12 августа 2013 г.). «Тайна черной дыры, окутанная парадоксом межсетевого экрана» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 29 октября 2013 года .
- ^ «Парадокс межсетевого экрана» . Нью-Йорк Таймс . 12 августа 2013 . Проверено 29 октября 2013 года .
- ^ С. Матур (2009). «Информационный парадокс: Педагогическое введение», Класс. Квантовая гравитация, т. 26 № 22 (2009).
- ^ Стивен Г. Эйвери, Борун Д. Чоудхури, Андреа Пум, «Унитарность и комплементарность нечеткого шарика:« Алиса нечетко нечетко, но может даже не знать об этом! », JHEP 09 (2013) 012
- ^ Хокинг, Стивен (22 января 2014 г.). «Сохранение информации и прогнозирование погоды для черных дыр». arXiv : 1401.5761 [ hep-th ].
- ^ «Почему некоторые физики не верят новой теории черной дыры Хокинга» . Монитор христианской науки . 29 января 2014 . Проверено 15 марта 2014 .
- ^ Mera; o, Zeeya (2016). «Отголоски черной дыры LIGO намекают на нарушение общей теории относительности». Природа . 540 . DOI : 10.1038 / nature.2016.21135 . S2CID 125931362 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Вестервек, Джулиан; Нильсен, Алекс Б .; Фишер-Бирнхольц, Офек; Каберо, Мириам; Капано, Коллин; Дент, Томас; Кришнан, Бадри; Мидорс, Грант; Ниц, Александр Х. (15 июня 2018 г.). «Низкая значимость свидетельств отголосков черной дыры в данных о гравитационных волнах» . Physical Review D . 97 (12): 124037. arXiv : 1712.09966 . Bibcode : 2018PhRvD..97l4037W . DOI : 10.1103 / PhysRevD.97.124037 .