Лучшее 2015: Хокинг предложил новое объяснение исчезновению информации в черных дырах

На сегодняшней конференции по излучению Хокинга в Королевском техническом институте (Стокгольм, Швеция) Стивен Хокинг предложил новый способ разрешения парадокса исчезновения информации в черной дыре. По словам физика, информация не исчезает и не оказывается записана где-то внутри черной дыры — вместо этого она хранится на поверхности горизонта событий сверхмассивного объекта в форме голограммы. Краткое изложение лекции Хокинга приведено на сайте института.

Исчезновение информации в черных дырах — одна из значительных проблем в современной теоретической физике. Единственным параметром, описывающим невращающуюся незаряженную черную дыру, является ее масса. Стивен Хокинг в 1975 году показал, что эти сверхмассивные объекты также постепенно испаряются за счет излучения, которое было названо излучением Хокинга. Поскольку это излучение хаотично, а также поскольку внешний наблюдатель не может узнать что находится внутри черной дыры (ее не может покидать свет, а значит и любая другая информация), то вся информация о свойствах конкретной поглощенной частицы куда-то пропадает. 

Это можно показать мысленным экспериментом. Предположим, наша черная дыра поглотила частицу определенной массы. При этом масса черной дыры увеличилась. Затем, положим, поглощений не происходило, но черная дыра излучила энергию, соответствующую массе частицы и ее состояние вернулось в исходное. Так как излучение не несет информации, а черная дыра определяется лишь ее массой — информация о состоянии частицы потерялась. Такое наблюдение не совместимо с квантовой теорией поля, поскольку нарушает один из ее базовых принципов — унитарность преобразований. Информация не должна исчезать.

Новое предположение физика заключается в том, что информация о частицах попросту даже не проникает внутрь черной дыры. Вместо этого она остается записанной на поверхности горизонта событий в виде его супертрансляций (серия работ группы BMS — Bondi–Metzner–Sachs). Хокинг сравнивает это понятие с голограммой: в классическом использовании голограмм, при освещении двумерной пластинки лазером, она «возвращает» трехмерное изображение, которое было на нее записано. «Идея в том, что супертрансляции — голограммы поглощенных частиц». В случае горизонта событий, записанная информация возвращается в виде четырехмерного снимка пространства-времени. По словам физика, обратно эта информация уносится излучением Хокинга, но «в хаотичном и бесполезном виде». «Для всех практических применений эта информация потеряна» — добавляет Хокинг.

Проблема потери информации в черных дырах на протяжении 40 лет оставалась актуальной в теоретической физике. Существует ее разрешение в рамках предположения о том, что наша Вселенная имеет отрицательную кривизну (представляет собой так называемое анти-де-ситтеровское пространство), однако в случае плоской или положительной кривизны этот механизм разрешения парадокса не работает. Недавно физики предположили, что потери информации можно избежать при наличии различных корреляций между частицами в излучении Хокинга.