luni , 17 decembrie 2018
roen

Art. 05 – Vol.26 – Nr. 1 – 2016

PARADOXUL LUI HAWKING

Roman Chirilă
roman.chirila@ici.ro

Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare în Informatică, ICI Bucureşti

Rezumat: Din momentul în care se formează, o gaură neagră începe să radieze energie, numită radiaţie Hawking, pierzând astfel din masa ei. Această radiaţie Hawking nu conţine nicio informaţie legată de substanţa materială din interiorul găurii negre şi odată cu evaporarea găurii negre se pierde şi toată informaţia legată de aceasta. Paradoxul lui Hawkind (sau paradoxul informaţiei dintr-o gaură neagră) sugerează faptul că informaţia fizică ar putea să dispară definitiv dintr-o gaură neagră, prin dizolvarea mai multor stări fizice într-o aceeaşi singură stare. Este ştiut faptul că radiaţia Hawking este complet independentă de materia care intră în gaura neagră, dar dacă această materie era într-o stare cuantică pură, transformarea acesteia într-o stare mixtă a radiaţiei Hawking ar distruge informaţia despre starea cuantică iniţială. Pe de altă parte, conform mecanicii cuantice, informaţia completă despre un sistem este încifrată în funcţia ei de undă până la colapsarea acesteia. Evoluţia funcţiei de undă este determinată de un operator unitar, iar caracterul unitar al operatorului implică faptul că informaţia din perspectivă cuantică se conservă. Acest fapt reprezintă cea mai strictă formă a determinismului cuantic. Paradoxul lui Hawking derivă din faptul că el încalcă acest determinism cuantic şi prezintă această formă de paradox fizic.

Lucrarea de faţă prezintă aspecte de fizică ale acestui paradox al pierderii de informaţie dintr-o gaură neagră, fiind discutate şi conflictele cu legi ale fizicii cuantice, care afirmă faptul că o informaţie nu poate fi niciodată distrusă.

Cuvinte cheie: găuri negre, paradox, determinism cuantic, radiaţie Hawking.

Introducere

În anii 1970, Stephen Hawking a demonstrat că găurile negre nu sunt în totalitate „negre”, ci emit foarte lent o radiaţie care ar provoca evaporarea lor treptată, până la dispariţie. Dacă ar dispărea o gaură neagră, atunci întreaga informaţie despre steaua al cărui colaps a dus la formarea găurii negre ar dispărea şi ea. Acest fapt contrazice principiul conform căruia informaţia nu poate fi distrusă [1].

După aproximativ treizeci de ani de argumentare cum că găurile negre înghit şi distrug tot ceea intră în ele, inclusiv lumina, Hawking pare să recunoască acum faptul că a greşit. Găurile negre par să scape informaţia conţinută în ele, astfel încât odată evaporată întreaga gaură neagră, toată informaţia conţinută dispare şi ea. Alţi fizicieni au încercat să rezolve acest paradox, tratând găurile negre din perspectiva teoriei stringurilor, în care universul nostru ar fi constituit nu din particule punctiforme, ci din mici corzi care vibrează. În acest caz, odată cu radiaţia Hawking ar fi emisă şi informaţia despre interiorul găurii negre [2], [3].

Concluzii

Există, oare, speranţa ca radiaţia Hawking să ne permită să reconstituirea informaţia despre obiectele care au format şi care au fost înghiţite de către gaura neagră? Nu, categoric nu, deoarece această radiaţie are aceeaşi natură, indiferent de tipul materiei care a căzut în gaura neagră respectivă.

Radiaţia Hawking este formată pur şi simplu din particule virtuale, care au fost aruncate afară din gaura neagră, dincolo de orizontul evenimentelor, de către câmpul gravitaţional, şi nu există motive să credem că această radiaţie transportă informaţia despre obiectele care au căzut în gaura neagră.

Acest paradox a generat o intensă activitate în rândul comunităţii de fizicieni teoreticieni în ultimii 20-30 de ani. Cei care provin din rândul celor care se ocupă cu studiul relativităţii generale, printre care Stephen Hawking şi Kip Thorne, sunt tentaţi sa creadă că informaţia este într-adevăr pierdută. De ce, totuşi, acest argument nu l-a convins însă şi pe Thorne dacă este aşa de clar cum pare? Thorne nu este convins de argumentul indirect folosit de Maldacena, deoarece acesta nu spune nimic despre modul în care informaţia se păstrează în emisia de radiaţie de către gaura neagră. Thorne vrea să fie sigur că gaura neagră nu suferă de amnezie şi ceea ce Maldacena a demonstrat pare că nu-l convinge pe deplin [39].

Astfel, paradoxul pierderii de informaţie dintr-o gaură neagră, sau paradoxul lui Hawking este departe de a fi rezolvat. Se avansează idei noi, modele matematice ingenioase, există partizani ai punctului de vedere Hawking, dar există şi adversari înverşunaţi, care afirmă faptul că găurile negre nici nu există, iar modul de abordare este greşit, ceea ce a condus la acest dramatic paradox. Dacă cei din urmă câştigă, pentru Hawking ar fi un dezastru: moştenirea sa ştiinţifică ar fi practic nulă. Şi, totuşi, este greu de crezut că Hawking a lucrat timp de câteva decenii şi a putut să păcălească întreaga comunitate ştiinţifică, în tot acest timp! Foarte posibil, însă, ca acest paradox să derive dintr-o incompletă şi o insuficientă cunoaştere a unor aspecte ştiinţifice pe care viitorul le va rezolva cu certitudine. Iar Hawking (n. 1942) va rămâne, în acest caz, o amintire luminoasă în domeniul astrofizicii, cel care a dezvoltat ideile relativităţii generalizate ale lui Einstein, născut la trei sute de ani de la moartea lui Galileo Galilei (d. 1642), fiind, poate, o întrupare a spiritului galilean, animat, în felul său, de aceeaşi sete de cunoaştere a universului.

Vizualizează articolul complet

BIBLIOGRAFIE

  1. Hawking, S.: The Hawking Paradox. Discovery Channel, 2006,The: Discovery, Inc.
  2. Jenny, H.: http://www.newscientist.com/article/dn6151-hawking-cracks-black-hole-para–dox.html#.VUxcDY6qpHw, July, 2004.
  3. Samir, D. M.:,The information paradox: A pedagogical introduction, Submitted on 5 Sep 2009,arXiv: 0909.1038.
  4. http://ro.wikipedia.org/wiki/gaura_neagra.
  5. http://www.scientia.ro/blogul-catalina-oana-curceanu/1782-cum-se-evapora-gaurile-negre-prin-radiatia-hawking.html
  6. Hawking, S.: A Brief History of Time, Bantam Books, 1988.
  7. http://ro.wikipedia.org/wiki/orizont_de_evenimente.
  8. http: //ro. wikipedia.org/wiki/singularitate_gravitationala.
  9. http://ro.wikipedia.org/wiki/Solutia_Schwarzschild.
  10. http://www.einstein-online.info/elementary/quantum/evaporating_bh.
  11. Bousso, R.: The Holographic Principle.Reviews of Modern Physics, 2002, 74 (3): 825–874.
  12. Majumdar, P.: Black Hole Entropy and Quantum Gravity, 1998,ArXiv: General Relativity and Quantum Cosmology.Bibcode: .73..147M.
  13. http://ro.wikipedia.org/wiki/termodinamica_gaurii_negre.
  14. Landauer, R.: Information is Physical, Phys. Today 44, 23 (1991).
  15. http://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=24045.
  16. Baocheng, Zhang; Qing-yu, Cai; Ming-sheng, Zhan; Li, You: Information conservation is fundamental: recovering the lost information in Hawking radiation – http://www. gravityresearchfoundation.org/pdf/awarded/2013/Zhang_Cai_Zhan_You_2013.pdf.
  17. Nielsen, M. A.; Chuang, I. L.: Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2000.
  18. Susskind, L.; Lindesay, J.: Black Hole, Information and the String Theory Revolution, World Scientific Publishing Co. Ltd., Danvers, USA, 2005.
  19. Wootters,W. K.; Zurek, W. H.: A single quantum cannot be cloned, Nature 299, 802 (1982).
  20. Penrose, R.: The Emperor’s New Mind: Concerning Computers, Minds, and The Laws of Physics, Oxford Univ. Press, 1989 (Rhone-Poulenc science book prizein 1990); Mintea noastră cea de toate zilele. Despre gândire, fizică şi calculatoare, Editura Tehnică, 1996, 2001.
  21. Pati, A. K.; Braunstein, S. L.: Impossibility of deleting an unknown quantum state, Nature 404, 164 (2000).
  22. http://ro.wikipedia.org/wiki/Teorema_lui_Liouville_mecanica_statistica.
  23. Ciobanu, Ghe.: Termodinamică şi fizică statistică. Editura Tehnică, Bucureşti, 2004.
  24. Landau, L. D.; Lifshitz, E. M.: Statistical Physics. Pergamon Press, 1980.
  25. Ţiţeica, Ş.: Elemente de mecanică statistică. Editura Tehnică, București, 1956.
  26. http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/relativity-space-astronomy-and-cosmology/black-holes/black-hole-information-paradox-an-introduction.
  27. Susskind, L.: String theory and the principle of black hole complementarity, Physical Review Letters 71(15), 1993: 2367–2368.arXiv:hep-th/9307168.
  28. Susskind, L.: The world as a hologram,Journal of Mathematical Physics 36(11) 1995: 6377–6371.arXiv:hep-th/9409089.Bibcode:…36.6377S.doi:10.1063/1.531249.
  29. Stephens, C. R.; ‘t Hooft, G.; Whiting, B. F.: Black hole evaporation without information loss.Classical and Quantum Gravity11(3) 1994 621. arXiv: gr-qc/9310006. Bibcode: .11..621S.doi:10.1088/0264-9381/11/3/014.
  30. Maldacena, J. M.: The Large N Limit of Superconformal Field Theories and Supergravity, Theor. Math. Phys 2, pp. 231–252, 1998. arXiv:hep-th / 9711200. Bibcode 1998AdTMP…2..231M.
  31. Polchinski, J.; Almheiri, A.; Sully, J.; Marolf, D.: Astrophysics: Fire in the hole, July, 2012.
  32. Rovelli, C.; Vidotto, F.: Planck Stars, arXiv:1401.6562 – 8, Feb 2014.
  33. Penrose, R.:, What Came Before the Big Bang? Cycles of Time, Vintage Books, 2011.
  34. Yirka, B.: http://www.scientia.ro/stiri-stiinta/85-univers/html – Septembrie, 2014.
  35. Savu, M.:http://www.techcafe.ro/news/paradox-rezolvat/Septembrie, 2014.
  36. Abhas, M.: BARC, Theory Division, Non-occurrence of trapped surfaces and Black Holes in spherical gravitational collapse: An abridged version, arXiv:astro-ph/9910408v5, 22 Oct 1999.
  37. http://www.dnaindia.com/scitech/report-indian-physicist-abhas-mitra-resolved-black-hole-para–dox-much-before-stephen-hawking-1959537 5, February 2014.
  38. http://www.revistamagazin.ro/content/view/9799/20/George_Cusnarencu, 25 octombrie 2012.
  39. http://www.scientia.ro/blogul-catalina-oana-curceanu/1785-ce-se-intampla-cu-informatia-intr-o-gaura-neagra.htm.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.