Видео

Транскрипция

Черните дупки са най-мощните неща във Вселената, достатъчно силни, за да разкъсат цели звезди до размера на атоми

Е, това е достатъчно страшно. Те имат още по-мощно и тъмно свойство: те може да изтрият самата Вселена.

Черните дупки - накратко

Черна дупка се появява, когато извънредно количество материя е съсредоточена в едно малко пространство.

В техният център, гравитацията е почти безкрайно силна и каквото дойде твърде

близо е разкъсано до своите елементарни частици.

Дори светлината не може да избяга черните дупки, и така ние ги възприемаме като сфери от тъмнина.

Ако ви се налага да паднете в черна дупка, нищо лошо няма да се случи, докато не пресечете външната му граница: хоризонта на събитията.

Можете да си представите това като плуване в река, която завършва в огромен водопад.

Както плувате по нея, неусетно, потокът става по-бърз и по-бърз, дори и ако все още не можете да видите водопада.

Вие може да плувате до безопасно място, докато, без дори да забележите това, минете през точката, от която няма връщане.

Без значение колко бързо се опитате да плува сега, потокът ще ви тегли към сигурна смърт.

Нищо не може да избяга от водопада на черната дупка, от момента който тя стане твърде близо.

Тази граница напълно разделя черните дупки от останалата част от Вселената: не можем да имаме достъп до тях, освен ако не сме готови да не се върнем никога.

Така че няма начин да кажем какво наистина се случва вътре в черните дупки,

но ние имаме няколко идеи за това какво точно се случва на самите им ръбове.

Черните дупки излъчват тяхната маса, както горещата тенджера на печката губи вода под формата на пара.

Това се нарича лъчението на Хокинг.

Черните дупки постоянно губят изключително малка част от масата си,

един процес, който е невероятно бавен.

Ще отнеме на една черна дупка с маса от нашето Слънце 10,000 милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда милиарда години да изгуби 0.0000001% от своята маса.

Това се случва постоянно и непрестанно, и докато продължава, процеса се ускорява все повече и повече.

В много по-далечното бъдеще, когато и последната звезда във Вселената е вече била мъртва за трилиони години,

черните дупки ще стават все по-тънка и по-тънка, докато не се изпарят и изчезнат, оставяйки след себе си само малко радиация.

Но това е проблем, тъй като в процеса на изчезването си черните дупки може да изтрият нещо фундаментално: информация.

2 - Какво е информация?

Информацията не е нищо материално. То обикновено се разбира като свойството на подреждането на частиците. Какво означава това?

Представете си куп въглеродни атоми. Подредете ги по определен начин и ще получите въглища.

Подредете ги по различен начин, и ще получите диамант.

Атомите са едни и същи, това, което се променя, е информацията. Ако направим това по-сложно и добавим още няколко атома,

ще получим банан.

Променете подреждането на атомите, и ще получим катерица.

Основните градивни елементи на всичко във Вселената са едни и същи,

и не им пука, дали са част от птица или от скала или от чаша кафе.

Без информация всичко във Вселената ще бъде едно и също.

Според теорията на квантовата механика информация е неразрушима.

Тя може да променя формата си,

но никога не може да се изгуби: например, ако изгорите лист хартия, можете да получите пепел.

Тази пепел никога няма да стане хартия отново.

Но, ако можете внимателно да съберете всеки един въглероден атом от пепелта, и измерите точните качества на дима и топлината

отделени от огъня, може на теория да се възстанови хартията.

Информацията за хартията е все още във Вселената. Тя не е изгубена,

просто е трудна за четене.

Ако можете по някакъв начин да измерите всеки един атом, частица и вълна от радиация във Вселената,

можете да видите и да следите всяко едно късче информация, което съществува.

Хипотетично, бихте могли да видите цялата история на Вселената връщайки се обратно до Големия взрив.

И тук черни дупки ни спъват.

Информация ни казва как нещата са различават едно от друго и кое какво е били преди време.

Черните дупки правят точно обратното: те вземат различни неща и ги правят едно и също. Те унищожават информация.

Това създава информационен парадокс, а това е сериозен проблем.

Парадоксът на информацията

От основно значение за всички наши закони на физиката, е че информацията, никога не може да се изгуби.

Съществуващи, несъществуващи. Без информация, всичко е относително.

Когато става въпрос за нашето разбиране за реалността, ние се нуждаем от абсолюти.

Как бихме могли да разрешите този парадокс?

Има няколко възможности.

1. Информацията е изгубена.

Безвъзвратно и завинаги.

Това означава, че трябва да затрием всичките ни закони на физиката, изхвърляйки много неща

които са работили много добре досега и да започнем от нулата.

Как тези нови закони на физиката биха изглеждали, или какво означава това за нас, никой не знае.

Това е малко плашещо, но и някак вълнуващо.

2. Информацията е скрита.

Може би малка част от черната дупка се разделя и се образува бебе Вселена.

Информацията ще бъде прехвърлена в това ново странно място, където никога няма да можем да я наблюдаваме или да взаимодействаме с нея,

но технически информацията няма да бъде загубена.

Това е като да имаш счупен твърд диск с всичките си семейни снимки, които никога да не можеш да достъпиш.

Разбира се, това е хубаво, че те не са били изтрити, но също така не е много полезно.

Или може би черните дупки не изчезват напълно след края на жизнения си цикъл,

но малко парче остава, информационен диамант.

Като кола на клоун, пълна с безкрайно количество информационни клоуни.

Но има и трети вариант:

Информацията е в безопасност в края на краищата, не се губи или скрива.

Може би ние просто гледахме на цялото това нещо по грешен начин.

Ние знаем, че черните дупки хващат информация и може би я изтриват по-късно, но ние никога не мислехме за това, което правят с нея през другото време.

Къде черни дупки съхраняват информацията си?

Космическо почистване

Да ​​създадем черна дупка с мръсно пране.

Първо, запълваме една стая с кошове за пране: колкото повече пране искате да съхранявате, толкова повече кошници поставяте в стаята.

Но в един момент всяка една кошница е пълна, а стаята е напълно подредена и нито един допълнителен чорап не може да се побере.

Стаята е пълна с максималния капацитет.

Но ако все пак наблъскаме чорапа насила, и с много енергия, стаята се свива в себе си и образува черна дупка.

Но капацитета на самата стая не се е променил, събирането на повече неща или информация все още е невъзможно.

И така, какво ще стане, ако ние хвърлим повече пране в нея?

Самата стая става малко по-голяма, за да се освободи място за новата информация.

Оказва се, че черната дупка разраства своята повърхност с малък пиксел за всяко късче информация, което изхвърляме в нея.

С две думи, повече информация означава по-голяма площ.

Информацията се изрисува върху повърхността, подобно на това, което се случва, когато хвърлим камък в езеро.

След като камъкът потъне към дъното не можем да го видим вече,

но можем да кажем, че нещо е паднало във водата от вълничките по повърхността на езерото.

Дори най-малката черна дупка може да съхранява повече информация на своята повърхност от всички данни, произвеждани някога в човешката история.

Те правят това, като съхранява информация в вид на пиксели, които са невероятно малки.

Черните дупки са най-добрия твърд диск.

Това е малко като да вземеш няколко книги и да ги превърнеш в една електронна книга, две неща, които изглеждат съвсем различно.

Но тяхното съдържание е същото - то е просто кодирано и записано по друг начин.

Поглъщането на звезди и планети от черните дупки, е малко като прехвърлянето на цялата библиотека на електронен четец.

Това решение се нарича холографски принцип, но ако това е правилно тогава всичко, което мислехме, че знаем за Вселената е грешно.

Вселената е холограма.

Ако информацията в действителност се съхранява на границата на черната дупка, то лъчението на Хокинг има шанс да научи за информацията

кодирана там, и да я отнесе.

Така че, информацията не се губи, когато черните дупки избледнеят

и ние не трябва да преосмисляме физиката: информационния парадокс е разрешен.

Но ние все пак трябва да променим нашето разбиране за реалност по един фундаментален начин.

Ако всичко, което попада в черната дупка се съхранява на хоризонта на събитията, което в общи линии означава, че триизмерните неща се кодират върху плоска повърхност.

Ние имаме име за това: холограма.

Холограмата е като 3D снимка, плоско парче пластмаса, която кодира триизмерен образ.

Черната дупка е като холограма, защото всичко в нея е кодирано по хоризонта на събитията.

Едно лице вътре в черна дупка ще изпита обикновеният тримерен живот.

Но за нас от външната страна, ще виждаме плоски изображения на повърхността на черната дупка.

Последиците от това са нелогични, но остани с нас още за миг.

Черните дупки са много крайни обекти, но те все още са обвързани със същите правила, както всичко останало.

Така че, ако тази луда двойственост между 2D и 3D работи за черните дупки, следователно тя може да работи и за цялата вселена, както и за вас в нея.

Тъй като човек вътре в черна дупка няма да осъзнае, че е кодиран върху плоска повърхност,

ние може да споделяме неговата съдба: вие може би сте разтеглени върху плосък екран в края на Вселената.

Науката зад това е сложна и наистина странна, с вселени-играчки, с които да си играем, със струнната теория и много математика.

Ще говорим за това повече в друг видеоклип.

Независимо от това, каква е наистина истинската природа на Вселената, ние просто знаем, че е странно и сложно,

и ние трябва да проучваме много повече физиката, за да го разберем.

Но черните дупки могат да бъдат от ключово значение за разбирането на природата на самата реалност.

Това видео беше подкрепено от Швейцарската национална фондация за наука, и реализирана с научен съвет на Alessandro Sfondrini.