"Suurandmete" ajastul hakkab inimkond genereerima tohutul hulgal teavet. Ja kuhu saab säilitada kogutud teadmisi ülitsivilisatsiooni kohta?
Mõnikord võlgnevad tähelepanuväärsed avastused nende päritolu tavalisele … jutukaaslasele. See osutus Ameerika füüsiku John Wheeleri ja tema kraadiõppuri Jacob Bekensteini 1970. aastal peetud vestluse tulemuseks. Kuuma tee segamisel külma teega saadakse Wheeleri sõnul keskmise temperatuuriga vedelik. Veemolekulide termiline liikumine on kaootiline ja temperatuuri tõustes selle kaose aste suureneb. Juhuslikkuse mõõtmiseks kasutatakse erikogust - entroopiat. Kahe valatud tassi tee entroopia on suurem kui kuumade ja külmade tasside entroopiate summa. Selle tulemusel suureneb ka Universumi kogu entroopia, nagu seda nõuab termodünaamika teine seadus. Mis aga juhtub, kui viskate tassikese teesegu musta auku? Tegelikult maailma entroopia isegi väheneb, kuna selle endine kandja kaob välismaailma jaoks täielikult. Ja sel juhul rikutakse termodünaamika teist seadust.
Salvesta universum
Bekenstein üritas vaielda ja näitas kaks aastat hiljem, et musta augu välispiir (horisont) käitub nagu kuumutatud must keha. Seetõttu saab augule määrata temperatuuri, mis ei ole null, ja seega teatud entroopia, ehkki väga omapärane. Tavalise keha entroopia on võrdeline selle mahuga, samas kui musta augu entroopia on võrdeline selle horisondi pindalaga, see tähendab raadiuse ruuduga. Teisest küljest on horisondi raadius võrdeline augu massiga. Kui auk neelab ükskõik millise materjali, suureneb selle mass, mis suurendab raadiust ja sellest tulenevalt entroopiat. Wheeleri puhul ületaks augu lisatud entroopia tunduvalt entroopia suurenemise pärast kuuma ja külma tee segamist. Selle järelduse päästab termodünaamika teine seadus.
New Yorgi ja Müncheni ülikoolide teoreetilise füüsika professor Georgy Dvali. “Musta augu sees olev ruum pole üldse tühi. See on täidetud gravitonitega - gravitatsioonivälja kvantid. Päikesemassi augu kohta on nende arv 1077 - see on vaid tuhat korda vähem kui aatomite koguarv Universumi vaadeldavas osas. Kõik gravitonid on madalaima võimaliku energiaga olekus ja moodustavad seega ühe kvantisüsteemi, mis on analoogne Bose-Einsteini kondensaadiga. Kui auk neelab eseme, erutuvad gravitatsioonikondensaadis vibratsioonid, sõltuvalt neeldunud objekti struktuurist. Selle tulemusel kirjutatakse auku toodud teave lihtsalt uuele meediale ümber ja paradoksi ei teki."
“Musta augu sees olev ruum pole üldse tühi. See on täidetud gravitonitega - gravitatsioonivälja kvantidega. Päikesemassi augu kohta on nende arv 1077 - see on vaid tuhat korda vähem kui aatomite koguarv Universumi vaadeldavas osas. Kõik gravitonid on madalaima võimaliku energiaga olekus ja moodustavad seega ühe kvantisüsteemi, mis on analoogne Bose-Einsteini kondensaadiga. Kui auk neelab eseme, erutuvad gravitatsioonikondensaadis vibratsioonid, sõltuvalt neeldunud objekti struktuurist. Selle tulemusel kirjutatakse auku toodud teave lihtsalt uuele meediale ümber ja paradoksi ei teki."
Reklaamvideo:
Klassikad ja kvantid
Mustade aukude olemasolu ennustati algselt Einsteini gravitatsiooniteooria põhjal, mis ignoreerib kvantmõjusid. Bekenstein ja Hawking kasutasid kvantfüüsikat musta augu horisondi lähedal toimuvate protsesside analüüsimiseks, lahendades Wheeleri mõistatuse. Siiski tekkis uus paradoks, mis mõjutas kvantmehaanika aluseid. Laske aukul neelata teatud struktuuriga objekt (ja struktuur kannab teavet). Auk muudab selle objekti soojuskiirguseks, mis ei sisalda mingit teavet. See tähendab, et teave kaob, mis on vastuolus kvantpostulaatidega. Mustade aukude teabe paradoks sai teoks esmakordselt 1970ndate keskel. 1990ndate lõpus töötasid selle teemaga sellised kuulsad teadlased nagu Stephen Hawking, Kip Thorne ja John Preskill. Kuid ka pärast tuliseid arutelusid püsis mustas augus teabe hävitamise küsimus lahtine. Võib-olla tegelikult paradoksi siiski pole. Igal juhul on see New Yorgi ja Müncheni ülikoolide teoreetilise füüsika professori Georgy Dvali ja tema Madridi kolleegi Caesar Gomezi arvamus. Koos oma õpilastega ehitasid nad mikroskoopilise teabe salvestamise mudeli meie maailma mustadesse aukudesse. Võib tunduda, et auku lukustatud teave on välismaailmale kadunud ja selles mõttes paradoks püsib. Dvali ja Gomezi teooriast järeldub siiski, et see pole nii. Gravitonkondensaadi vibratsioon muudab Hawkingi kiirgusspektrit ja see lakkab olemast puhtalt termiline. Soojusspektrist kõrvalekalletena salvestatakse teave, mida väline vaatleja põhimõtteliselt suudab lugeda ja dešifreerida. Väga tähtis,et selleks kuluv aeg on alati väiksem kui augu kogu eluiga, hoolimata sellest, kui palju teavet see neelab.
Hawkingi kiirgus
Aastal 1974 ennustas Stephen Hawking kvantmeetodit kasutades, et mustad augud pole nii mustad - need peaksid eraldama musta keha tüüpi soojuskiirgust, mis ilmneb horisondi läheduses seoses vaakumi kõikumiste vastastiktoimega gravitatsiooniväljaga. Selle kiirguse spekter sõltub temperatuurist ja reageerib seetõttu aine ümbritsevale kosmosest sissepääsule. Väline vaatleja võib märgata spektri muutust ja seega registreerida augu temperatuuri tõus ja sellest tulenevalt selle entroopia suurenemine. Hawkingi kiirguse tõttu kaotavad mustad augud massi ("aurustuvad") ja lõpuks surevad, kuid astronoomiliste skaalade aukude eluiga on kümneid suurusjärke pikem kui praegune universumi vanus.
Erinevate väljade kvantitatiivsete kõikumiste tõttu vaakumis sünnivad ja hävivad pidevalt paljud virtuaalsete osakeste paarid, mis liiguvad vastassuundades (vastavalt impulsi säilimise seadusele). Kui selline paar ilmub väga silmapiirile, kukub “sisemine” osake auku, kuid “väline” osake võib soodsates tingimustes lahkuda. Selle tagajärjel muutub auk kiirgusallikaks, kaotab energiat ja järelikult ka massi.
Aastal 1974 ennustas Stephen Hawking kvantmeetodit kasutades, et mustad augud ei ole nii mustad: need peaksid eraldama musta keha tüüpi soojuskiirgust, mis ilmneb horisondi läheduses vaakumi kõikumiste vastastikmõju tõttu gravitatsiooniväljaga. Selle kiirguse spekter sõltub temperatuurist ja reageerib seetõttu aine ümbritsevale kosmosest sissepääsule. Väline vaatleja võib märgata spektri muutust ja seega registreerida augu temperatuuri tõus ja sellest tulenevalt selle entroopia suurenemine. Hawkingi kiirguse tõttu kaotavad mustad augud massi ("aurustuvad") ja lõpuks surevad, kuid astronoomiliste skaalade aukude eluiga on kümneid suurusjärke pikem kui praegune universumi vanus. Seega võivad mustad augud olla tohutu mälumaht. Gravitonkondensaadi vibratsioonid ei hägune ega sumbu nii kaua, et püsivad peaaegu igavesti. Ülitsivilisatsioon võib kasutada suvalisi andmeid absoluutselt turvaliselt mustade aukude abil. Kes teab - võib-olla on Universumis auke, mis säilitavad teavet kaua surnud maailmade ja nende elanike kohta.
Aleksei Levin
