Фаєрвол (фізика)

Фаєрвол чорної діри є гіпотетичним явищем, де спостерігач, що потрапляє в чорну діру, стикається з квантами високої енергії на (або поблизу) горизонті подій. Феномен «фаєрволу» був запропонований 2012 року фізиками Ахмедом Алмхейрі, Дональдом Марольфом, Джозефом Полчинським та Джеймсом Саллі[1] як можливе рішення очевидної неузгодженості укомплементарності чорних дір. Пропозицію іноді називають фаєрволом AMPS,[2] за акронімом для імен авторів публікації 2012 року. Використання фаєрволу для усунення цієї невідповідності залишається суперечливим, оскільки фізики, що вивчають високі енергії, розділились усвоєму ставленні до фаєрволу як рішення парадоксу.[3] Спостереження LIGO 2016 року надали дуже попередні докази існування фаєрволу або іншого явища, яке в крайніх випадках, здається, порушує теорію відносності.[4]

Мотивуючий парадокс

Згідно з квантовою теорією поля у викривленому просторі-часу, один випадок випромінювання Гокінга включає дві взаємно сплутані частинки. Вихідна частинка втікає і випромінюється як квант випромінювання Гокінга; чорна діра поглинає частинку, що падає. Припустимо, чорна діра утворилась у кінцевому часі в минулому і повністю випарується у певний кінцевий час у майбутньому. Тоді вона випустить лише кінцеву кількість інформації, закодованої в межах свого випромінювання Гокінга. Припустимо, що за час більше половини інформації вже було випущено. Згідно з загальноприйнятими дослідженнями фізиків, таких як Дон Пейдж[5][6] і Леонард Сасскінд, вихідна частинка, що виділяється у час повинна бути сплутана з усім випромінюванням Гокінга, що раніше було випромінено чорною дірою. Це створює парадокс: принцип, який називається «моногамією заплутаності», вимагає, що, як і будь-яка квантова система, вихідна частка не може бути повністю cплутана одночасно з двома незалежними системами; однак тут, як видається, вихідна частинка є сплутаною як з частинкою, що опускається у чорну діру, так і незалежно з минулим випромінюванням Гокінга.[3]

Для розв'язку парадоксу, фізики можуть зрештою бути змушені відмовитися від однієї з трьох перевірених часом теорій: принципу еквівалентності Ейнштейна, унітарності або існуючої квантової теорії поля.[7]

Розв'язок парадоксу за допомогою «фаєрволу»

Деякі вчені припускають, що сплутаність між часткою, що тікає, і часткою, що падає на чорну діру, повинна якось негайно розриватися. Розрив цієї сплутаності випустить величезну кількість енергії, створюючи тим розпечений «фаєрвол чорної діри» на горизонті подій чорної діри. Це рішення вимагає порушення принципу еквівалентності Ейнштейна, який стверджує, що вільне падіння не відрізняється від плавання в порожньому просторі. Припущення про таке порушення було охарактеризовано науковою спільнотою як «обурливе»; один теоретик скаржився, що «фаєрвол просто не може з'явитися в порожньому просторі, так само, як цегляна стіна не може раптово з'явитися в порожньому полі, і вдарити вас по обличчю».[3]

Розв'язки парадоксу без фаєрволу

Деякі вчені припускають, що між випромінюваною часткою і попереднім випромінюванням Хокінга насправді немає сплутаності. Такий розв'язок вимагав би втрати інформації у чорній дірі, суперечливого порушення унітарності.[3]

Інші вчені, такі як Стів Гіддінгс, пропонують модифікувати квантову теорію поля таким чином, щоб сплутаність поступово втрачалася по мірі розділення частинок, що втікають і падають на чорну діру, що призводило до більш поступового вивільнення енергії всередині чорної діри, і, отже, не створювало фаєрвол.[3]

Хуан Мальдасена і Леонард Сасскінд запропонували в ER = EPR, що частинки, які втікають та падають, так чи інакше пов'язані з червоточинами, а тому не є незалежними системами; однак, з 2013 року ця гіпотеза все ще залишається «роботою, що триває».[8][9]

Уявлення про волохатої кульки (fuzzball) вирішує дилему, замінюючи вакуум «без волосся» стрункою квантовим станом, таким чином явно зв'язуючи будь-яке випромінююче випромінювання Хокінга з історією утворення чорної діри.[10][11]

У січні 2014 року Стівен Гокінг отримав широкомасштабне висвітлення у ЗМІ з неофіційною пропозицією[12] замінити горизонт подій чорної діри «видимим горизонтом», де речовина, яка падає, спочатку зупиняється, а потім звільняється; однак, деякі вчені висловили нерозуміння щодо того, що саме пропонується і як ця пропозиція розв'яже парадокс.[13]

Теорія Ейнштейна — Картана виключає такі сингулярності, як великий вибух і чорні діри.

Характеристики та виявлення

Фаєрвол буде існувати на горизонті подій чорної діри і буде невидимим для спостерігачів за межами горизонту подій. Матерія, що проходить через горизонт подій у чорну діру, негайно буде «повністю спалена» завдяки довільно гарячому «киплячому вирі частинок» у фаєрволі.[3]

При злитті двох чорних дір, характеристики фаєрволі (якщо такі є) можуть залишати відбиток на вихідному гравітаційному випромінюванні як «відлуння», коли хвилі відскакують в околі нечіткого горизонту подій. Очікувана кількість таких відлунь теоретично неясна, оскільки зараз фізики ще не мають хорошої фізичної моделі фаєрволів. У 2016 році космолог Ніяеш Афшорді та інші виявили попередні ознаки існування такого відлуння в даних першого злиття чорних дір, виявлених LIGO; Ашфорді підрахував, що, якщо патерни є наслідком випадкового шуму, то шанс побачити такі відлуння лише близько 1 на 270. Протягом наступних двох років гіпотеза нульового «випадкового шуму» має бути більш твердо підтверджена або відхилена, по мірі того, як додаткові дані накопичуються LIGO. Якщо це буде підтверджено, це відлуння були б вагомим доказом на користь існування фаєрволу, волохатої кульки або іншої нової версії порушення класичної загальної теорії відносності на горизонті подій.[4]

Див. також

Примітки
  1. Almheiri, Ahmed; Marolf, Donald; Polchinski, Joseph; Sully, James (11 лютого 2013). Black holes: complementarity or firewalls?. Journal of High Energy Physics 2013 (2): 62. Bibcode:2013JHEP...02..062A. arXiv:1207.3123. doi:10.1007/JHEP02(2013)062.
  2. Borun D. Chowdhury, Andrea Puhm, "Decoherence and the fate of an infalling wave packet: Is Alice burning or fuzzing?", Phys. Rev. D 88, 063509 (2013)
  3. Astrophysics: Fire in the hole!
  4. Mera;o, Zeeya (2016). LIGO black hole echoes hint at general-relativity breakdown. Nature 540. doi:10.1038/nature.2016.21135.
  5. Page, Don N. (1993). Information in black hole radiation. Phys. Rev. Lett. 71 (23): 3743–3746. Bibcode:1993PhRvL..71.3743P. PMID 10055062. arXiv:hep-th/9306083. doi:10.1103/PhysRevLett.71.3743.
  6. Page, Don N. (1993). Average entropy of a subsystem. Phys. Rev. Lett. 71 (9): 1291–1294. Bibcode:1993PhRvL..71.1291P. PMID 10055503. arXiv:gr-qc/9305007. doi:10.1103/PhysRevLett.71.1291.
  7. Ouellette, Jennifer (21 грудня 2012). Black Hole Firewalls Confound Theoretical Physicists. Scientific American. Процитовано 29 жовтня 2013. Originally published Архівовано 2014-06-03 у Wayback Machine. in Quanta, December 21, 2012.
  8. Overbye, Dennis (12 серпня 2013). A Black Hole Mystery Wrapped in a Firewall Paradox. New York Times. Процитовано 29 жовтня 2013.
  9. The Firewall Paradox. New York Times. 12 серпня 2013. Процитовано 29 жовтня 2013.
  10. S. Mathur (2009). "The information paradox: A pedagogical introduction", Class. Quantum Grav., Vol. 26 No. 22 (2009)
  11. Steven G. Avery, Borun D. Chowdhury, Andrea Puhm, "Unitarity and fuzzball complementarity: 'Alice fuzzes but may not even know it!'", JHEP 09 (2013) 012
  12. Hawking, Stephen (22 січня 2014). «Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes». MISSING LINK. .
  13. Why some physicists aren't buying Hawking's new black hole theory. Christian Science Monitor. 29 січня 2014. Процитовано 15 березня 2014.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.