Квантовые корреляции могут разрешить информационный парадокс черной дыры

Парадокс информации в черной дыре озадачивал физиков десятилетиями. Новые исследования показывают, как квантовые связи в самом пространстве-времени могут разрешить парадокс и в процессе оставить после себя сигнатуру в гравитационных волнах.

Долгое время ученые думали, что черные дыры, какими бы загадочными они ни были, в общем не доставляют никаких проблем. Информация не может быть создана или уничтожена, но когда объекты падают ниже горизонта событий, информация, которую они несут с собой, навсегда блокируется от просмотра. Важно то, что она не уничтожается, а просто скрывается.

Но затем Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры не совсем черные. Они испускают небольшое количество излучения и в конечном итоге испаряются, полностью исчезая с космической сцены. Но это излучение не несет с собой никакой информации, что создало знаменитый парадокс: когда черная дыра умирает, куда девается вся ее информация?

Одно из решений этого парадокса известно как non-violent nonlocality (Nonviolent nonlocality — это предположение в физике, согласно которому квантовая информация может передаваться через нелокальное взаимодействие в результате возможных искажений метрики). Оно использует более широкую версию квантовой запутанности, которая может связывать частицы. Но в более широкой картине аспекты самого пространства-времени становятся запутанными друг с другом. Это означает, что все, что происходит внутри черной дыры, связано со структурой пространства-времени за ее пределами.

Обычно пространство-время изменяется только во время бурных процессов, таких как слияния черных дыр или взрывы сверхновых. Но этот эффект гораздо тише, просто легкий отпечаток на пространстве-времени, окружающем горизонт событий.

Если эта гипотеза верна, пространство-время вокруг черных дыр несет крошечные возмущения, которые не являются полностью случайными; вместо этого, вариации будут коррелировать с информацией внутри черной дыры. Затем, когда черная дыра исчезает, информация сохраняется вне ее, разрешая парадокс.

В недавней статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, но еще не прошедшей рецензирование, двое исследователей из Калифорнийского технологического института изучили эту интригующую гипотезу, чтобы выяснить, как ее можно проверить.

Исследователи обнаружили, что эти сигнатуры в пространстве-времени также оставляют отпечаток в гравитационных волнах, когда сливаются черные дыры. Такие отпечатки невероятно малы, настолько малы, что мы пока не можем обнаружить их с помощью существующих экспериментов по гравитационным волнам. Но у них есть совершенно уникальная структура, которая стоит поверх обычного волнового рисунка, что делает их потенциально наблюдаемыми.

Новое поколение детекторов гравитационных волн, которые должны появиться в следующем десятилетии, может обладать достаточной чувствительностью, чтобы обнаружить этот сигнал. Если они его увидят, это будет большое достижение, поскольку это наконец укажет на четкое решение парадокса и откроет новое понимание как структуры пространства-времени, так и природы квантовой нелокальности.