Zwart gat informatie paradox

Het zwarte gat informatie paradox resulteert uit de combinatie van de kwantummechanica en algemene relativiteitstheorie. Het suggereert dat fysieke informatie permanent zou kunnen verdwijnen in een zwart gat, waardoor vele fysieke staten te decentraliseren in dezelfde staat. Dit is controversieel, omdat het in strijd is met een algemeen aangenomen leerstuk van de wetenschap, die in principe volledige informatie over een fysisch systeem op een gegeven moment in de tijd moet zijn staat vast op een ander tijdstip. Een fundamentele postulaat van de kwantummechanica is dat de volledige informatie over een systeem is gecodeerd in de golffunctie tot wanneer de golffunctie stort. De evolutie van de golffunctie wordt bepaald door een unitaire operator en unitariteit impliceert dat zijn geconserveerd in de quantum zin. Dit is de strengste vorm van determinisme.

Principes in actie

Er zijn twee belangrijke principes in het spel:

  • Quantum determinisme betekent dat gegeven moment golffunctie, de toekomstige veranderingen worden op unieke wijze bepaald door de evolutie operator.
  • Reversibiliteit verwijst naar het feit dat de ontwikkeling operator een inverse, wat betekent dat de laatste golffuncties zijn eveneens uniek.

De combinatie van deze twee betekent dat de informatie behouden zouden blijven.

Vanaf het midden van de jaren 1970, Stephen Hawking en Jakob Bekenstein voren theoretische argumenten op basis van de algemene relativiteitstheorie en kwantumveldentheorie dat niet alleen verscheen in strijd met het behoud informatie te zijn, maar is niet verantwoordelijk voor de informatie verlies en staat geen enkele reden voor. Specifiek, berekeningen van Hawking aangegeven dat zwarte gat verdamping via Hawking-straling geen informatie te bewaren. Tegenwoordig hebben veel natuurkundigen geloven dat het holografisch principe laat zien dat de conclusie van Hawking onjuist was, en dat de informatie is in feite behouden. In 2004 Hawking toegegeven zichzelf een weddenschap die hij had gemaakt, met de afspraak dat zwarte gat verdamping betekent in feite informatie te bewaren.

Hawking-straling

In 1975, Stephen Hawking en Jakob Bekenstein bleek dat zwarte gaten langzaam moeten uitstralen weg energie, wat een probleem vormt. Uit de niet-haar stelling, zou men verwachten dat de Hawkingstraling volkomen onafhankelijk van het materiaal die het zwarte gat. Niettemin, als het materiaal het invoeren van het zwarte gat een pure kwantumtoestand, de transformatie van die staat in de gemengde toestand van Hawking-straling zou informatie over de oorspronkelijke kwantumtoestand vernietigen. Dit schendt Liouville theorema en presenteert een fysieke paradox.

Nauwkeuriger gezegd, als er een verstrengelde zuivere vorm, en een deel van het verstrengelde wordt geworpen in het zwarte gat terwijl anderzijds buiten het resultaat een gemengde toestand na de partiële spoor in het inwendige van het zwarte gat is genomen . Maar omdat alles binnen het inwendige van het zwarte gat singulariteit raakte binnen een eindige tijd, het deel dat wordt opgespoord via gedeeltelijk kunnen verdwijnen van het fysieke systeem.

Hawking bleef ervan overtuigd dat de vergelijkingen van de zwart-gat thermodynamica samen met de no-haar stelling leidde tot de conclusie dat de quantum informatie kan worden vernietigd. Dit ergerde veel natuurkundigen, met name John Preskill, die in 1997 inzetten Hawking en Kip Thorne dat de informatie niet werd verloren in zwarte gaten. De implicaties Hawking geopend had geleid tot de Susskind-Hawking battle, waarbij Leonard Susskind en Gerard 't Hooft in het openbaar' de oorlog verklaard 'op Hawking's oplossing, met Susskind publiceren van een populair boek over het debat in 2008 het boek merkt voorzichtig dat de "oorlog 'was puur een wetenschappelijke één, en dat op een persoonlijk niveau, de deelnemers bleven vrienden. De oplossing voor het probleem dat de strijd gesloten is het holografisch principe, dat eerst door 't Hooft werd voorgesteld, maar kreeg een precieze snaartheorie interpretatie door Susskind. Met dit, zoals de titel van een artikel zegt: "Susskind vernietigt Hawking in ruzie op quantum dilemma".

Er zijn verschillende ideeën over hoe de paradox wordt opgelost. Aangezien het voorstel van de AdS / CFT correspondentie 1997, de overheersende geloof onder natuurkundigen is dat informatie wordt bewaard en dat Hawking-straling is niet precies thermische maar ontvangt quantum correcties. Andere mogelijkheden zijn de gegevens die in een Planck restant overblijft aan het einde van Hawking straling of een modificatie van de wetten van de kwantummechanica om voor niet-unitaire tijdsevolutie.

In juli 2004, Stephen Hawking publiceerde een paper presenteren van een theorie die quantum verstoringen van het evenement horizon kan leiden tot informatie om te ontsnappen uit een zwart gat, die de informatie paradox zou oplossen. Zijn argument gaat uit van de unitariteit van de AdS / CFT correspondentie die inhoudt dat een ADS zwart gat dat is duaal aan een thermische conforme veld theorie. Wanneer de aankondiging van zijn gevolg, Hawking toegegeven ook de weddenschap 1997 betalen Preskill met een honkbal encyclopedie "van die informatie wil kan worden opgehaald." Echter, Thorne blijft overtuigd van Hawking bewijs en weigerde bij te dragen aan de award.

Volgens Roger Penrose, verlies van unitariteit in kwantumsystemen geen probleem: quantum metingen op zichzelf al niet unitair. Penrose beweert dat quantum systemen zullen in feite niet meer één geheel evolueren zodra de zwaartekracht in het spel komt, precies zoals in zwarte gaten. De Conforme Cyclische Kosmologie bepleit door Penrose kritisch afhankelijk van de voorwaarde dat de informatie is in feite verloren in zwarte gaten. Deze nieuwe kosmologisch model zou in de toekomst experimenteel worden getest door een gedetailleerde analyse van de kosmische achtergrondstraling: als het waar is de CMB cirkelvormige patronen moeten vertonen met iets lagere of iets hogere temperaturen. In november 2010, Penrose en VG Gurzadyan aangekondigd dat zij hadden het bewijs van dergelijke cirkelvormige patronen gevonden, in de gegevens van de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe bevestigd door gegevens van Boomerang experiment. De waarde van de resultaten werd vervolgens besproken door anderen.

Benaderingen aan de oplossing van de paradox

Informatie wordt onherroepelijk verloren

  • Voordeel: lijkt een rechtstreeks gevolg van de betrekkelijk niet-controversiële berekening op semi-klassieke zwaartekracht.
  • Nadeel: Schendt unitariteit, evenals energiebesparing of causaliteit.

Informatie lekt geleidelijk tijdens de zwart-gat verdamping

  • Voordeel: Intuïtief aantrekkelijk omdat het kwalitatief lijkt informatie herstel in een klassiek proces van branden.
  • Nadeel: Vereist een grote afwijking van de klassieke en semi-klassieke zwaartekracht zelfs voor macroscopische zwarte gaten die klassieke en semi-klassieke benaderingen zullen naar verwachting goede benaderingen zijn.

Informatie ontsnapt ineens tijdens de laatste fase van de zwart-gat verdamping

  • Voordeel: Een belangrijke afwijking van klassieke en semi-klassieke zwaartekracht alleen nodig in het stelsel waarbij de effecten kwantumgravitatie verwacht domineren.
  • Nadeel: Net voor de plotselinge ontsnapping van informatie moet klein zwart gat kunnen een willekeurige hoeveelheid informatie, die in strijd met de Bekenstein gebonden slaan.

Informatie wordt opgeslagen in een Planck-sized restant

  • Voordeel: geen mechanisme voor informatie ontsnapping nodig is.
  • Nadeel: Om de informatie van een verdampte zwart gat bevatten, zouden de overblijfselen moeten een oneindig aantal interne toestanden hebben. Er is betoogd dat het mogelijk zou zijn om een ​​oneindige hoeveelheid paren van deze resten te produceren, omdat ze klein zijn en niet te onderscheiden van het perspectief van de lage-energie effectieve theorie.

Informatie wordt opgeslagen in een baby universum dat scheidt van ons eigen universum.

  • Voordeel: Dit scenario wordt voorspeld door de Einstein-Cartan theorie van de zwaartekracht die de algemene relativiteitstheorie uit te maken met intrinsieke impulsmoment verlengt. Geen schending van bekende algemene principes van de natuurkunde nodig is.
  • Nadeel: Het is moeilijk om de Einstein-Cartan theorie te testen omdat de voorspelling aanzienlijk verschillen van algemene relativistische die alleen bij zeer hoge dichtheden.

Informatie wordt gecodeerd in de correlaties tussen toekomst en verleden

  • Voordeel: semi-klassieke zwaartekracht voldoende is, dat wil zeggen, is de oplossing niet afhangen van de details van quantum zwaartekracht.
  • Nadeel: in strijd met de intuïtieve weergave van de natuur als een entiteit die evolueert met de tijd.

De informatie wordt gecodeerd in een tijdsafhankelijke Schrödinger vergelijking betreffende zwart gat verdamping

  • Voordelen: respecteert 't Hooft van de veronderstelling dat de Schrödinger vergelijkingen universeel kan worden gebruikt voor alle dynamiek in het heelal. De verstrengeling probleem in verband met de informatie paradox wordt opgelost, omdat uitgezonden straling resultaten verstrengeld met oscillaties van de horizon is. Het resulteert de tijd evolutie van een "Bohr-achtig model voor zwarte gaten"
(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha