เครดิตรูปภาพ: NASA
Stephen Hawking และ Kip Thorne อาจติดหนี้ John Preskill เป็นชุดของสารานุกรม
ในปี 1997 นักจักรวาลวิทยาทั้งสามได้ทำการเดิมพันที่มีชื่อเสียงว่าข้อมูลที่เข้าสู่หลุมดำนั้นสิ้นสุดลงหรือไม่ - นั่นคือไม่ว่าการตกแต่งภายในของหลุมดำจะเปลี่ยนแปลงไปหรือไม่โดยลักษณะของอนุภาคที่เข้ามา
การวิจัยของฮอว์คิงแนะนำว่าอนุภาคไม่มีผลใด ๆ ทฤษฏีของเขาละเมิดกฎหมายของกลศาสตร์ควอนตัมและสร้างความขัดแย้งที่เรียกว่า
ตอนนี้นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอได้เสนอวิธีการแก้ปัญหาโดยใช้ทฤษฎีสตริงซึ่งเป็นทฤษฎีที่ถือว่าอนุภาคทั้งหมดในเอกภพนั้นทำจากสายสั่นสะเทือนขนาดเล็ก
Samir Mathur และเพื่อนร่วมงานของเขาได้รับชุดสมการที่ครอบคลุมซึ่งขอแนะนำอย่างยิ่งว่าข้อมูลยังคงมีอยู่ - ผูกไว้ในสายอักขระที่พันกันยุ่งเหยิงซึ่งเติมหลุมดำจากแกนกลางไปสู่พื้นผิว
การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าหลุมดำนั้นไม่ราบเรียบและไม่มีรูปเป็นร่างเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์คิดมานาน
พวกมันเป็นสตริงไหม? fuzzballs
Mathur ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่รัฐโอไฮโอสงสัยว่า Hawking และ Thorne จะไม่ประหลาดใจเป็นพิเศษกับผลของการศึกษาซึ่งปรากฏในวันที่ 1 มีนาคมของวารสาร Nuclear Physics B
ในการเดิมพัน Hawking ศาสตราจารย์คณิตศาสตร์ที่ University of Cambridge และ Thorne ศาสตราจารย์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ Caltech เดิมพันว่าข้อมูลที่เข้าสู่หลุมดำจะถูกทำลายขณะที่ Preskill - เป็นศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ Caltech ด้วย มุมมองตรงข้าม เงินเดิมพันเป็นชุดสารานุกรม
ฉันคิดว่าคนส่วนใหญ่ยอมแพ้กับความคิดที่ว่าข้อมูลถูกทำลายเมื่อความคิดของทฤษฎีสตริงเพิ่มขึ้นอย่างเด่นชัดในปี 1995? Mathur กล่าว เป็นเพียงว่าไม่มีใครสามารถพิสูจน์ได้ว่าข้อมูลยังมีชีวิตอยู่ก่อนหน้านี้
ในแบบจำลองคลาสสิกของวิธีที่หลุมดำก่อตัววัตถุมวลยวดยิ่งเช่นดาวยักษ์ยุบตัวลงเพื่อก่อตัวเป็นจุดศูนย์ถ่วงขนาดเล็กมาก ๆ เรียกว่าภาวะเอกฐาน พื้นที่พิเศษในอวกาศล้อมรอบเอกพจน์และวัตถุใด ๆ ที่ข้ามชายแดนของภูมิภาคหรือที่รู้จักกันในชื่อขอบฟ้าเหตุการณ์ถูกดึงเข้าไปในหลุมดำไม่กลับมา
ในทางทฤษฎีแล้วแม้แต่แสงก็สามารถหลบหนีจากหลุมดำได้
เส้นผ่าศูนย์กลางของขอบฟ้าเหตุการณ์ขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุที่ก่อตัว ตัวอย่างเช่นหากดวงอาทิตย์ยุบลงสู่ภาวะเอกฐานขอบฟ้าเหตุการณ์ของมันจะวัดได้ประมาณ 3 กิโลเมตร (1.9 ไมล์) ถ้า Earth ตามหลังสูทขอบฟ้าเหตุการณ์ของมันจะวัดได้เพียง 1 เซนติเมตร (0.4 นิ้ว)
สำหรับสิ่งที่อยู่ในพื้นที่ระหว่างความเป็นเอกเทศและขอบฟ้าเหตุการณ์ของมันนักฟิสิกส์ได้วาดภาพที่ว่างเปล่าอยู่เสมอ ไม่ว่าวัสดุประเภทใดจะก่อให้เกิดภาวะเอกฐานพื้นที่ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ควรจะปราศจากโครงสร้างหรือลักษณะที่วัดได้
และปัญหานั้นอยู่ที่
ปัญหาของทฤษฎีคลาสสิกคือคุณสามารถใช้การรวมกันของอนุภาคใด ๆ เพื่อสร้างหลุมดำ - โปรตรอนอิเล็กตรอนดวงดาวดาวเคราะห์สิ่งใดก็ตาม - และมันจะไม่สร้างความแตกต่าง จะต้องมีหลายพันล้านวิธีในการสร้างหลุมดำ แต่ด้วยรูปแบบคลาสสิกสถานะสุดท้ายของระบบยังคงเหมือนเดิมอยู่เสมอ? Mathur กล่าว
ความสม่ำเสมอเช่นนั้นละเมิดกฎเชิงกลของควอนตัมในการพลิกกลับได้เขาอธิบาย นักฟิสิกส์จะต้องสามารถติดตามผลสุดท้ายของกระบวนการใด ๆ รวมถึงกระบวนการที่ทำให้หลุมดำกลับสู่สภาพที่สร้างขึ้น
หากหลุมดำทุกหลุมเท่ากันก็จะไม่สามารถตรวจสอบย้อนกลับไปสู่จุดเริ่มต้นที่เป็นเอกลักษณ์และข้อมูลใด ๆ เกี่ยวกับอนุภาคที่สร้างขึ้นนั้นจะหายไปตลอดกาลในขณะที่หลุมนั้นก่อตัวขึ้น
ไม่มีใครเชื่อจริง ๆ ว่าตอนนี้ แต่ไม่มีใครเคยพบสิ่งผิดปกติกับการโต้แย้งคลาสสิกเช่นกัน? Mathur กล่าว ตอนนี้เราสามารถเสนอสิ่งที่ผิดพลาดได้หรือไม่
ในปี 2000 นักทฤษฎีสตริงได้ตั้งชื่อข้อมูลที่ขัดแย้งกันเป็นอันดับที่แปดในรายการปัญหาฟิสิกส์สิบอันดับแรกที่จะแก้ไขในช่วงสหัสวรรษถัดไป รายการนั้นรวมคำถามเช่นอะไรคืออายุการใช้งานของโปรตอน และแรงโน้มถ่วงควอนตัมจะช่วยอธิบายกำเนิดของจักรวาลได้อย่างไร
Mathur เริ่มทำงานเกี่ยวกับความขัดแย้งของข้อมูลเมื่อเขาเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และเขาโจมตีปัญหาแบบเต็มเวลาหลังจากเข้าร่วมคณะรัฐโอไฮโอในปี 2000
ด้วยนักวิจัยหลังปริญญาเอก Oleg Lunin มาเธอร์คำนวณโครงสร้างของวัตถุที่อยู่ระหว่างสถานะสตริงธรรมดาและหลุมดำคลาสสิกขนาดใหญ่ แทนที่จะเป็นวัตถุเล็ก ๆ พวกมันกลับกลายเป็นใหญ่ เมื่อเร็ว ๆ นี้เขาและนักศึกษาปริญญาเอกสองคนคือ Ashish Saxena และ Yogesh Srivastava พบว่าภาพเหมือนของ? fuzzball ยังคงยึดถือความจริงต่อไปสำหรับวัตถุที่คล้ายกับหลุมดำคลาสสิกมากขึ้น ผลลัพธ์ใหม่เหล่านั้นปรากฏในฟิสิกส์นิวเคลียร์ B
ตามทฤษฎีสตริงอนุภาคพื้นฐานทั้งหมดของเอกภพคือโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นจากการรวมกันของสตริง แต่อย่างที่ Mathur เชื่อว่าพวกมันสามารถก่อตัวเป็นหลุมดำขนาดใหญ่ผ่านปรากฏการณ์ที่เรียกว่าความตึงเครียดแบบเศษส่วน
เขาสามารถยืดสายได้ แต่แต่ละเส้นมีความตึงเครียดเช่นเดียวกับสายกีตาร์ ด้วยความตึงเครียดแบบเศษส่วนความตึงจะลดลงเมื่อสตริงยาวขึ้น
เช่นเดียวกับที่สายกีตาร์ยาวดึงง่ายกว่าสายกีตาร์สั้น ๆ สายยาวของสายควอนตัมเชิงกลที่รวมเข้าด้วยกันนั้นจะยืดได้ง่ายกว่าสายเดียว Mathur กล่าว
ดังนั้นเมื่อมีหลายสายรวมเข้าด้วยกันอย่างที่พวกเขาต้องการเพื่อสร้างอนุภาคจำนวนมากที่จำเป็นสำหรับวัตถุที่มีขนาดใหญ่มากเช่นหลุมดำลูกบอลที่รวมกันของสายจะยืดมากและขยายเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางกว้าง
เมื่อนักฟิสิกส์รัฐโอไฮโอได้สูตรของพวกเขาสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางของหลุมดำฟัซซี่ที่ถูกสร้างขึ้นจากสตริงพวกเขาพบว่ามันจับคู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของขอบฟ้าเหตุการณ์หลุมดำที่เสนอโดยแบบจำลองคลาสสิค
เนื่องจากการคาดคะเนของ Mathur แสดงให้เห็นว่าสายอักขระยังคงมีอยู่ภายในหลุมดำและธรรมชาติของสายขึ้นอยู่กับอนุภาคที่ประกอบขึ้นจากแหล่งกำเนิดดั้งเดิมจากนั้นหลุมดำแต่ละแห่งจึงมีความเป็นเอกลักษณ์เช่นเดียวกับดาวดาวเคราะห์หรือกาแล็กซี่ ที่เกิดขึ้นมัน สตริงจากวัสดุที่ตามมาใด ๆ ที่เข้าสู่หลุมดำจะยังคงติดตามได้เช่นกัน
นั่นหมายความว่าหลุมดำสามารถย้อนกลับไปสู่สภาพดั้งเดิมและข้อมูลยังคงอยู่
งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนโดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา
แหล่งที่มาดั้งเดิม: ข่าวมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอ
