Beaucoup de gens savent que le film « trou noir » est à travers le « Interstellar ». conseiller scientifique derrière le film est le célèbre Kip Thorne (cette année, il est constaté que l'une des ondes gravitationnelles scientifiques). Il dit dans le livre: « Rappelez-vous qu'un fait apparemment étrange: le trou noir est courbé par la courbure de l'espace et le temps formé, à part sans lui. »
En fait, pour créer un trou noir est très simple, vous juste besoin d'avoir une masse suffisante dans une petite zone assez (ou énergie par E = mc²), vous pouvez obtenir un trou noir! Et dans l'univers, quand les étoiles massives épuisent l'énergie nucléaire, la température ne peut pas être maintenue, son étoile est lié à l'effondrement d'éclatement. L'effondrement de l'étoile produira inévitablement un trou noir autour d'elle, et de créer une singularité au centre d'un trou noir, alors que l'effondrement de l'étoile sera la singularité avalée.
Au milieu du trou noir est une singularité, autour entourée d'un horizon d'événement, la lumière une fois dans l'horizon de l'événement ne pouvait échapper plus longtemps.
La question doit être discutée aujourd'hui, si l'information tombe dans le trou noir, son résultat sera? Deux piliers de la physique moderne - la mécanique quantique et la relativité générale - donnent des réponses différentes.
La mécanique quantique est de décrire le comportement microscopique de la théorie de la physique de la matière. Mais il ne peut pas prédire avec précision ce qui se passera, il ne donnera la probabilité d'un certain événement de chose. Lorsque vous ajoutez toute probabilité se produire exactement égale à 1, la probabilité est considérée comme auto-cohérent et raisonnable. Et celui-ci résulte que l'information ne disparaîtra jamais vraiment, ou est réellement copié. Au moins en principe, toutes vos informations à la fin du système peut être calculé à partir des informations dans l'état initial du système. A partir de la figure 1, on voit que lorsque deux particules sur le crash produisent de nouvelles particules, mais elles poursuivent l'essence et de la nature de la collision initiale de deux particules, bien a été perturbé, mais l'information est complète.
Figure 1: Les informations contenues dans la théorie quantique est pas vraiment disparaître. symbole figure « » représente l'information. (© M.Strassler)
La relativité générale est la théorie d'Einstein de la gravité proposée - est la meilleure description de la théorie actuelle de la gravité. En théorie, cela est dû au fait gravitationnel l'espace-temps courbe. La relativité générale est pas une théorie quantique, il a prédit avec précision ce qui se passerait, plutôt que ce qui est donné la probabilité se produira.
En 1915-- 1958, les physiciens comprennent peu à peu que les étoiles massives peuvent s'effondrer pour former un trou noir, sa gravité est si puissant que tout objet aussi longtemps que trop près, une fois que le trou noir dans l'horizon de l'événement ne pouvait plus échapper. La figure 2 montre le cas où les deux substances s'effondrer sous sa propre gravité, et formeront un temps d'horizon devient suffisamment dense. Selon la relativité générale, on ne peut obtenir plus d'information sur la vision de deux couches de matériau de la coque de l'extérieur.
Figure 2: Selon la relativité générale, l'information ne sortira pas dans un trou noir. (1) deux couches d'effondrements Matériau de coque sous sa propre gravité. (2) quand ils deviennent assez de temps dense, produira Horizon (Horizon). Impossible d'obtenir l'accès aux informations de l'extérieur du matériau de la coque à l'horizon. [Note] figure aucune description précise du trou noir et un dos, sans tenir compte de l'espace courbe, souvenez-vous de flexion conduira à des degrés différents à des moments différents. Ces chiffres juste pour clarifier les concepts. (© M.Strassler)
Horizon d'un trou noir est pas une sorte d'entité, mais un emplacement. Imaginez un bateau quand près d'une chute d'eau (figure 3), l'écoulement de l'eau plus rapide et plus rapide, une fois que le navire a franchi le point de non courbe de rendement, même comment augmenter la puissance ne peut pas résister à l'eau, et ne peut être évité sera arrosé la chute d'eau. Mais lorsque le navire a traversé cette courbe, le capitaine ne va pas avoir une perceptible, c'est juste une partie de la rivière, seul le capitaine semble important quand on cherche à éviter une catastrophe. De même, dans la théorie de la relativité générale, lorsque vous traversez l'horizon vous ne serez pas au courant de tout inhabituel, que si vous voulez échapper au trou noir, vous vous retrouverez immédiatement sur la tragédie.
Figure 3: Lorsque vous exécutez à travers la pièce sans courbe de rendement, vous ne serez pas au courant de toute situation. Lorsque vous vous sentez dangereux trop tard. La même chose se produit dans un horizon des événements de trou noir. (© M.Strassler)
[] Le paradoxe de l'information du trou noir
Colportant source de rayonnement quantique. (© E.Siegel)
En 1974 - 1975, Hawking calculé dans le champ quantique autour du trou noir particules rayonnent en fait ( « Hawking rayonnement »). Rayonnement provoque le trou noir de masse à perdre et devenir plus petits et plus petits, jusqu'à évaporation des trous noirs complètement. Dans la figure 2, nous voyons les informations sur les deux substances piégés à l'intérieur des coquilles du trou noir, mais. La figure 4, le trou noir a disparu à cause de l'évaporation. Alors, où est l'information? Si elle disparaît avec le trou noir, ce serait une violation de la théorie quantique.
Figure 4: (1) un matériau d'enveloppe est effondré; (2) la génération vision, le rayonnement Hocking (sous forme de photons ou de neutrinos ou promoteur de gravité) rayonnées extérieur HORIZON, (3) provoque la taille de l'énergie loin Hawking Black Hole la qualité et de glycidyle, (4) le trou noir finale évaporé complètement, en laissant seulement le rayonnement Hawking. L'information a disparu dans un trou noir, une violation de la théorie quantique. Est-ce que cela signifie que les besoins de la théorie quantique à corriger? (© M.Strassler)
Vous voudrez peut-être, ne pas stocker les informations ensemble dans le rayonnement Hawking il? Le problème est que les informations contenues dans le trou noir ne fonctionne pas, donc la seule possibilité est que le rayonnement de Hawking dans les informations d'objet copié dans le trou noir. Cela en fait deux informations, un à l'extérieur du trou noir, un trou noir là-dedans, mais il est aussi une violation de la théorie quantique.
Figure 5: Peut-être que les informations sont stockées dans le rayonnement de Hawking en? Cependant, parce que l'information ne peut pas sortir du trou noir, il doit donc être copié au rayonnement Hawking d'une certaine manière. Mais il est aussi une violation de la théorie quantique. (© M.Strassler)
Bien sûr, la réponse la plus simple est que la mécanique quantique est incomplète, et donc les forces du paradoxe de l'information de trou noir nous pour développer cette théorie, comme la théorie d'Einstein des lois de la relativité du mouvement de Newton pour étendre la même. Hawking jusqu'à 30 ans a pensé à la possibilité d'un tel.
[Principe de complémentarité: la théorie quantique économie]
Cependant, certains scientifiques pensent que la relativité générale doit être corrigée, plutôt que la théorie quantique. En 1992, il a été suggéré qu'un programme appelé " complémentarité « La théorie pour expliquer l'intérieur et de l'information en dehors de trou noir ne sont pas contraires à la théorie quantique (l'idée est de continuer à développer Susskind et al.). Plus précisément, l'observateur extérieur du trou noir serait d'observer l'accumulation d'informations sur la surface de l'horizon des événements de trou noir, puis avec Hawking avec un rayonnement tout à l'intérieur de l'observateur verra le trou noir de la chute de l'information dans le trou noir. Comme les trous noirs et l'extérieur ne peuvent pas communiquer dans le spectateur, donc il n'y a pas de paradoxe (fig. 6).
Figure 6: Principe de Complémentarité pense que cela dépend du point de vue de l'observateur. Black Hole observateur extérieur de voir les informations stockées dans le trou noir et extérieure (2a), peut ensuite être converti en un rayonnement Hawking (3a). L'observateur de tomber dans un trou noir, vous verrez les informations qu'il contient. (© M.Strassler)
Cependant, cette proposition a un conflit potentiel, car il nécessite des processus physiques étranges se produisent. L'un d'eux est " principe holographiques « (Figure 7)., Proposé par le « t Hooft, la promotion et l'amélioration Susskind holographique théorie des trois dimensions de la gravité dominée par le processus physique en le convertissant avec une mystérieuse vu dans la surface à deux dimensions du trou noir comme une équation à deux dimensions peut être décrite sur cette surface et ne nécessite pas l'introduction de toute l'équation d'attraction physique.
Cela semble fou, mais dans les années 1990, et dans certains cas, il a été prouvé être correct. En 1997, Maldacena (vérifié par la suite par de nombreuses personnes de différentes façons) de deviner, dans les dimensions de pas moins la gravité et la théorie des cordes (une description théorique de tous les candidats Wan) est pratiquement identique à la théorie quantique (avec plus de précision il est dit « théorie du champ quantique »). Cette relation est appelée « ADS / FT » double .
Figure 7: principe de complémentarité exige que tout se passe à l'intérieur de leur équivalent à l'extérieur de se produire le trou noir. La chose la plus étonnante est que ce n'est pas impossible, dans les années 1990 et la fin des années 2000, la théorie des cordes comme une version quantique de la relativité générale a prouvé que, dans certains cas, cela est possible. (© M.Strassler)
Le succès du principe holographique de renforcer la confiance des gens dans le principe de complémentarité. D'autres « ADS / CFT » dual donne une théorie d'accords de vue très forte, le processus par la théorie du champ quantique correspondant peut être décrit, les petits trous noirs peuvent être formés, et un évaporateur, et comme tous la théorie quantique, dans ce processus l'information est conservée. En 2005, Hawking et a même commencé à envisager d'accepter ce point de vue, en effet, que le principe de complémentarité proposé, le trou noir ne provoque pas de perte d'informations, mais les besoins de la relativité générale à corriger.
Paradox [firewall]
Principe de Complémentarité de ce que le résultat final sera inconnu. évaporation du trou noir est si délicat, il n'y a pas d'équations quantiques peut décrire le processus d'évaporation. Lorsque vous essayez de comprendre cette équation, Almheiri, Marolf, Polchinksi et Sully trouver en fait (au moins sur l'hypothèse raisonnable) ont principe complémentaire de contradiction locale, cette contradiction apparaît dans l'évaporation du trou noir à mi-chemin. Leur argument est très intelligent, implique « l'enchevêtrement quantique », que Einstein a appelé des « fantômes », est maintenant utilisé dans un ordinateur quantique. D'une manière générale, au milieu, il y a trop d'informations loin du rayonnement Hawking trou noir d'un trou noir, l'horizon de l'événement est moins que suffisant pour rester dans le principe holographique est exprimé dans un trou noir. Cela signifie qu'un observateur ne sera pas vivre en paix à l'horizon aucun mal (figure 6), au contraire, l'observateur ne peut pas aller à l'intérieur du trou noir, il serait entouré d'un mur à l'horizon des cendres « pare-feu » ( . figure 8).
Figure 8: lorsque le trou noir évaporé principe de complémentarité lui-même paradoxe plus grave. Si les observateurs extérieurs voient l'évaporation du trou noir, mais l'information ne disparaît pas (ou copié), puis tomber dans un observateur de trou noir rencontrera rencontre un mur « pare-feu » dans le trou noir, mais il ne devrait pas avoir quoi que ce soit! Ceci est une violation grave de la théorie de la relativité générale. (© M.Strassler)
Les moyens de découverte que le pare-feu doit être une révision importante de la relativité générale. Si elle est juste, une fois que le trou noir a commencé une évaporation importante, avant de penser des trous noirs ont des zones internes, et juste une vision sans ligne de démarcation de retour serait tout à fait tort.
Maintenant, le paradoxe est de retour! Et empirer. Si la théorie quantique est correcte et complémentaire, la relativité générale n'est pas juste besoin de quelques corrections mineures, mais ont besoin d'une réforme majeure! En théorie des cordes ne signale pas la nécessité d'une réforme. Toutefois, les recommandations de la dualité théorie quantique « ADS / FT » et peut être produit comme décrit dans l'évaporation noire, et ainsi de l'information ne disparaît pas. Ensuite, le principe de complémentarité peut être remplacé par d'autres choses? Ou conduit au paradoxe d'un argument qui en fait est faux?
Pour cette raison tout le monde confus. De nombreuses théories ont été proposées pour résoudre ce dilemme. Et la plupart d'entre vous ont pas entendu parler. Médias seulement rapporté Huojin Ti hors de la vue, il est parce qu'il est très célèbre, mais l'une des nombreuses idées que dans sa proposition. Mais tous les programmes ont rencontré le même problème: pas assez d'équations avec des preuves physiques et les détails du processus. Il est aussi parce qu'il n'y a pas assez de l'équation qui a conduit au paradoxe pare-feu, il est difficile de se débarrasser de ce dilemme d'un autre ensemble d'équations décrivant les détails d'un manque d'assez en théorie.
Jusqu'à présent, le paradoxe de l'information toujours pas été résolu, et ne sera pas résolu dans un court laps de temps. Il y a de nombreuses tentatives, par exemple, vous avez pu entendre la théorie Fur Ball (Fuzzball), ER = EPR, la théorie du « trou gris » de Hawking et trou noir « fourrure » et ainsi de suite. Mais personne n'a assez convaincant. Quelle est la nécessité de fixer la relativité générale, la mécanique quantique doivent encore être modifiés, ou que les deux sont toute théorie incomplète? Maintenant, nous ne pouvons pas tirer une conclusion.
Mais nous pouvons être sûrs que lorsque le paradoxe de l'information du trou noir est résolu, cela signifie que nous avons une meilleure compréhension de la nature, puis certainement ouvrir un nouveau chapitre de la physique.
