Mõni päev tagasi, 14. märtsil lahkus siit maailmast meie aja üks silmapaistvamaid füüsikuid Stephen Hawking. Vaatamata oma raskele haigusele õnnestus Hawkingil kirjutada palju teaduslikke raamatuid, millest paljudest said tõelised bestsellerid, nad olid kogu elu optimistlikud, olid teaduse aktiivsed populariseerijad ja said isegi omamoodi popikooniks tänu osalemisele erinevatel meelelahutussaadetel. Kahjuks ei leidnud ta oma surma hetkel veel vastust ühele kõige huvitavamale küsimusele, mille lahendusega oli ta viimastel aastatel väga aktiivselt tegelenud: kas on võimalik Universumi jaoks teave täielikult kaotada?
Teaduskarjääri alguses, 1974. aastal, 44 aastat tagasi, avaldas Hawking võib-olla ühe oma kuulsaima teadusartikli: "Musta augu plahvatused?" (Mustade aukude plahvatused?). Selles otsustas noor teadlane eemalduda tollastest tuttavatest arusaamadest nende salapäraste objektide suhtes ja astus seega tegelikult esimese olulise sammu selle küsimuse lahendamisel.
„Klassikalises tähenduses peeti musti auke ideaalselt külmadeks objektideks, neelates kõike ümbritsevat ega eralda midagi. See oli täpselt see, mis teadusel nende kohta 70ndate alguses oli,”kommenteerib Chicago Loyola ülikooli füüsik Robert McNeiss.
Sellised mustad augud ei eralda energiat. Ükski asi ei pääse nende eest. Teadus on neid vaadanud objektidena, mis lihtsalt eksisteerivad. Külm, vaikne, igavene. Kuid Hawkingi töö elustas neid, muutis nad surelikuks.
"70ndate keskel, kui Stephen uuris kvantmehaanika mõjusid, avastas ta, et mustad augud peaksid põhimõtteliselt kiirgama justkui termilise objektiga," jätkab McNeiss.
“Kuid kui sel juhul suudaksid nad energiat kiirgata, siis peaks nende mass vähenema. Ja kuna nende mass väheneb, peaksid nad ise ka väiksemaks muutuma, mis omakorda peaks põhjustama temperatuuri tõusu ja veelgi intensiivsemat kiirgust."
Nende protsesside lõpptulemuseks peaks olema kas musta augu täielik kadumine (aurustumine) või selle suuruse vähenemine pisikeseks teraks. Kuid kui puudub sobiv vahend, mis võimaldaks ühendada üldrelatiivsusteooria ja kvantmehaanika ideed "kvantgravitatsiooni" raames, et ehitada nn "kõige teooria", mis kirjeldaks kõiki teadaolevaid fundamentaalseid interaktsioone, jääb musta augu selle "aurustumise" lõppastme mõistmine täielikuks müsteeriumiks. teaduse jaoks tänapäevani.
„Probleem on selles, et Hawkingi arvutuste kohaselt peaks see kiirgus ideaalis olema termiline. See ei tohiks sisaldada teavet selle oleku kohta, millest see must auk moodustati, ja see on omakorda vastuolus kvantmehaanika ühe põhiseadusega,”ütleb McNeiss.
Reklaamvideo:
Kvantfüüsika üheks nõudeks on võime isoleerida osakese iga olek (minevik, olevik ja tulevik), samuti määrata nende olekute seos läbi ahela, põhjuslike ja tõenäosuslike sündmuste jada. Kuid kui must auk on võimeline vabastama diferentseerumata osakeste supi, millest igaüks kannab oma teavet (oma ajalugu), kustutamatult (pärast sukeldamist) kustutamata, siis on see olukord vastuolus kvantmehaanika põhipostulaatidega.
“Füüsikud nimetavad seda mustade aukude teabeparadoksiks. Selle vastuolu lahendamine on vajalik samm kvantgravitatsiooni loomise suunas,”ütleb Maxis.
Paljud biograafilised väljaanded väidavad, et Hawking oli end 1974. aastaks ennast väga kogenud füüsikuna varjanud ning pärast tema 1988. aastal kõige populaarsema raamatu "Lühike ajalugu" avaldamist olid tema tähtsamad teadustööd minevikus. Siiski jätkas teadlane kogu selle aja väga julgete ja vastuoluliste teadustööde avaldamist, püüdes ületada paradoksi, millega ta mitukümmend aastat varem kokku puutus.
Võib-olla kõige dramaatilisem, nii öelda, töö Hawkingi hilisemas karjääris oli teaduslik artikkel, milles ta väitis, et mustad augud nende "klassikalises" tähenduses pole üldse olemas.
Oma 2014. aasta mustade aukude kaitse- ja ilmastikuprognoosis tegi ta ettepaneku, et sündmuse horisonti - punkti, millest kaugemale objekt (isegi valgus) ei pääse musta auku tõmmates - tegelikult ei eksisteeri. … Hawkingi sõnul on olemas "nähtav horisont" - pind, millel musta augu keskpunktist väljuv kiirgus ainult viibib. Erinevalt klassikalisest sündmushorisondist võib "näiline" mingil hetkel kaduda ja välja võib tulla see, mis oli mustas augus.
"Sündmusehorisondi puudumine tähendab, et puuduvad mustad augud kui objektid, kust radiatsioon ei pääse kunagi," kirjutas Hawking toona.
Ta püüdis oma ideed esitada varasema mustade aukude nn tulemüüride kontseptsiooni kaudu, mille pakkus 2012. aastal välja Ameerika füüsik Joseph Polchinski. Selle idee kohaselt on sündmushorisondi asemel mustadel aukutel mingi "sein", piir, mis koosneb kõrge energiaga osakestest ja kiirgusvoogudest, mis blokeerivad kõike, mis sellest maha jääb. See piir on nagu vangla, ainult ajutine. Teadlane ei kirjeldanud põhjuseid, miks nähtav horisont võiks kaduda, kuid Kanada Alberta ülikooli füüsik Don Page pakkus, et see võib juhtuda siis, kui Hawkingi kiirguse tõttu tekkiv must auk muutub nii väikeseks, et gravitatsioonilised ja kvantmõjud muutuvad lahutamatuks.
Kuid see polnud Hawkingi viimane sõna selles küsimuses. Aastal 2016 oli ta kaasautor Cambridge'i ülikooli füüsiku Malcolm Perry ja Harvardi füüsiku Andrew Stromingeriga ning avaldas paberi pealkirjaga Pehmed juuksed mustal augul.
Selles artiklis kirjutas teadlaste meeskond, et mustad augud on ümbritsetud nn "pehmetest juustest" - footonitest, mille energia on peaaegu null. Selliste osakeste lisamisega võrranditesse, mis kirjeldavad mustade aukude käitumist, avastasid Hawking ja tema kolleegid, et need footonid toimivad teabe kandjatena, mis registreeriks andmeid musta augu poolt "söödud" osakeste mõne omaduse kohta. Neist on raske teavet hankida, isegi kui on võimalik leida viis nende footonitega suhtlemiseks - artikli autorid võrdlesid seda ülesandega välja selgitada, mis põles tulekahjus, vaadates suitsu ja leeke.
Nende footonite olemasolu tagajärg on see, et sündmuse horisondi selge joone asemel on mustal augul omapärane „pehmete footonite“karvade komplekt, millele sarnaselt holograafilisele plaadile salvestatakse osa neeldunud osakeste kohta. Selline "ekraan" värskendab selle sisu iga kord, kui must auk eraldab veel ühe osa Hawkingi kiirgusest, mis raskendab selle uurimist veelgi. Sellegipoolest jõudsid Hawking ja tema kolleegid järeldusele, et selline idee võimaldaks lahendada teabe paradoksi, kasutamata fantastilisi ja ebatõenäolisi eeldusi ja kõrvalekaldeid tänapäevastest füüsilistest teooriatest.
"Holograafilise plaadi täielik kirjeldus ja informatsiooniparadoksi lahendamine jääb lahtiseks küsimuseks, mille lahendamiseks oleme pakkunud uusi ja spetsiifilisemaid vahendeid," kirjutasid teadlased oma järeldustes.
Isegi oma elu lõpupoole oli Hawking väga töökas ja töökas teadlane, kes pakkus välja ideid, mis olid tema kolleegide poolt heaks kiidetud ja tagasi lükatud.
“Mulle tundub, et 2014. aasta töö ei pälvinud suurt populaarsust. Samal ajal on tema 2016. aastal koos Perry ja Stromingeriga kirjutatud teos valdkond, kus inimesed teevad endiselt aktiivset tööd,”ütleb McNeiss.
„Mustade aukude infod paradoks on üks määratlevaid probleeme, mis vajavad kvantgravitatsiooni teooria väljatöötajatele lahendust. See pole endiselt lahendatud, kuid see jääb minu arvates kõige huvitavamaks küsimuseks, mille Hawking tõstatas, “lisas
Nikolai Khizhnyak