Video

Transkrypcja

Czarne dziury to najpotężniejsze obiekty we Wszechświecie.

Wystarczająco silne, by rozrywać gwiazdy na pojedyncze atomy.

Choć już to jest przerażające, inna ich moc mrozi krew w żyłach.

Mogą usunąć cały Wszechświat!

W skrócie

Czarne dziury - w skrócie

Czarna dziura powstaje, gdy olbrzymia ilość materii zgromadzi się w jednym miejscu.

W ich centrum grawitacja jest niemal nieskończenie silna.

Cokolwiek dostanie sie do ich wnętrza, rozrywane jest na cząstki elementarne.

Nawet światło nie może opuścić czarnej dziury,

dlatego też postrzegamy ją jako ciemną kulę.

Gdybyś wpadł(a) do czarnej dziury, nic specjalnego by się nie wydarzyło

przez długi czas od przekroczenia jej powierzchni - horyzontu zdarzeń.

Możesz wyobrazić to sobie jako spływ rzeką

kończącą się olbrzymim wodospadem.

Kiedy płyniesz, prąd staje się coraz silniejszy i silniejszy,

nawet jeśli wciąż nie widzisz wodospadu.

Możesz bezpiecznie opuścić rzekę, aż niezauważalnie

przekroczysz punkt bez powrotu.

Nie ważne jak szybko będziesz teraz próbować płynąc pod prąd,

ten pociągnie cię ze sobą - w pewną śmierć.

Nic nie opuści czarnej dziury przekroczywszy horyzont zdarzeń.

To odróżnia czarną dziurę od reszty Wszechświata.

Nie możemy się do nich dostać, jeżeli nie pogodzimy się z faktem, że nigdy nie wrócimy.

Nie ma więc sposobu by powiedzieć,

co naprawdę dzieje się we wnętrzu czarnej dziury - ale mamy kilka pomysłów na to,

co dzieje się zaraz nad ich powierzchnią.

Czarne dziury wypromieniowują swoją masę,

tak jak garnek z wrzątkiem uciekającym pod postacią pary.

Efekt ten nazywa się promieniowaniem Hawkinga.

Czarne dziury bezustannie tracą małe ilości swojej masy,

mimo że proces ten jest niewiarygodnie powolny.

Czarna dziura o masie równej naszemu Słońcu

Dziesięć tysięcy miliardów miliardów miliardów miliardów

miliardów miliardów lat by stracić

0.0000001% swojej masy.

Dzieje się to jednak bez przerwy i nic tego nie zatrzyma.

A im więcej masy już uciekło, tym szybciej to następuje.

W dalekiej przyszłości,

kiedy ostatnia gwiazda zgasła tryliony lat temu,

czarne dziury staną się mniejsze i mniejsze,

aż wyparuja i znikną,

pozostawiwszy po sobie tylko trochę promieniowania. Ale to jest problematyczne.

Podczas zanikania, czarne dziury mogą wykasować coś podstawowego:

informację.

Czym jest informacja?

Informacja to nic namacalnego.

Zwyczajowo rozumiana jest jako własność uporządkowania cząstek.

Co to oznacza?

Wyobraż sobie grupę atomów węgla.

Ustaw je w określony sposób, i otrzymasz bryłkę węgla.

Ustaw je inaczej - i masz diament.

Atomy są te same - ale informacja jest inna.

Jeżeli uczynimy to bardziej skomplikowanym, z różnymi atomami,

skończymy z bananem.

Albo wiewiórką.

Podstawowe składniki wszystkiego we Wszechświecie są takie same

i nie obchodzi ich czy są częścią ptaka, skały czy kubka kawy.

Gdyby nie informacja, wszystko we Wszechświecie

byłoby takie samo.

Zgodnie z mechaniką kwantową

informacji nie da się zniszczyć.

Może się zmienić, ale nigdy nie zniknie.

Jeżeli spalisz kartkę papieru, uzyskasz popiół.

Ten popiół nigdy nie stanie się z powrotem kartką,

ale gdybyś był w stanie ostrożnie pozbierać wszystkie atomy węgla

w tym popiele i zmierzyć dokładnie

wszystkie własności dymu i ciepła z tego spalania,

w teorii mógłbyś zrekonstruować początkową kartkę.

Informacja z tego papieru wciąż jest we wszechświecie. Nie znikła -

trudno ją tylko odczytać.

Gdybyś był w stanie zmierzyć każdy atom, cząstkę

i falę promieniowania we Wszechświecie,

mógłbyś zobaczyć i prześledzić każdy fragment informacji

jaki istnieje. Hipotetycznie, mógłbyś być świadkiem całej historii Wszechświata -

aż od Wielkiego Wybuchu.

I tu pojawiają się czarne dziury.

Informacja mówi nam, jak rzeczy różnią się od siebie

i co było czym,

Czarne dziury robią coś odwrotnego: zagarniają różne rzeczy

i czynią je jednym i tym samym:

Niszczą informację.

To skutkuje paradoksem informacji,

będącym poważnym problemem.

Paradoks Informacji

Podstawą wszystkich praw w fizyce jest,

że informacja nie może zostać utracona.

Być albo nie być - bez informacji

wszystko jest względne.

Gdy przychodzi do naszego rozumienia rzeczywistości,

potrzebujemy pewników.

Jak możemy rozwikłać ten paradoks?

Istnieje kilka możliwości.

1. Informacja jest tracona.

Nieodwracalnie i na zawsze.

Oznacza to, że musimy na nowo pisać nasze prawa fizyczne,

pozbywając się rzeczy, które wydawały się pewne.

Jak wyglądałyby nowe prawa?

I co znaczy to dla nas? Nikt nie wie.

To trochę przerażające,

ale i ekscytujące.

2. Informacja jest ukryta.

Być może mały fragment czarnej dziury odrywa się

i tworzy nowy Wszechświat, będący domem dla pochłoniętej informacji.

W tym dziwnym miejscu byłaby ona dla nas niedostepna,

ale formalnie nie zostałaby utracona.

To jakby mieć zepsuty dysk twardy z wszystkimi zdjęciami z wakacji

których nie mógłbyś obejrzeć. Dobrze, że nie zostały skasowane,

ale ostatecznie marne to pocieszenie.

A może czarne dziury nie znikają zupełnie na końcu,

lecz mały fragment zostaje.

Diament Informacji.

Jak samochód klauna, wypełniony nieskończoną liczbą klaunów informacji.

3. Informacja jest bezpieczna

(nie utracona bądź ukryta).

Może cały czas mysleliśmy o tym źle.

Wiemy że czarne dziury chwytują informację

i mogą ją wykasować - ale co z nią robią w międzyczasie?

Gdzie czarne dziury przechowują informację?

Kosmiczne porządki

Stwórzmy czarną dziurę ze sterty prania.

Najpierw wypełniamy pokój koszami z praniem.

Im więcej prania, tym więcej koszy w pomieszczeniu.

Ale w pewnym momencie każdy kosz jest pełny

i cały pokój jest wypchany.

Nawet jednej skarpety już się nie upchnie.

Pokój osiągnął swoją maksymalną pojemność.

Jeżeli jednak będziemy upychać tę skarpetę ile sił,

pokój zawali się i utworzy czarną dziurę.

Ale pojemność pokoju się nie zmieniła.

Więcej rzeczy bądź informacji wciąż tam nie wejdzie.

Co się stanie jeżeli wrzucimy tam więcej prania?

Pokój powiększy się, by pomieścić nową informację.

Okazuje się, że powierzchnia czarnej dziury rośnie

z każdą jednostką informacji

wrzuconą do niej.

W skrócie: więcej informacji - większa powierzchnią.

Informacja odmalowuje się na powierzchni,

podobnie jak to dzieje się po wrzuceniu kamienia do stawu.

Po chwili nie widzimy samego kamienia,

ale kręgi na powierzchni informują nas, że coś wpadło do środka.

Nawet najmniejsza czarna dziura zmieści więcej informacji na swojej powierzchni

niż wszystkie dane dotychczas stworzone przez ludzkość.

Udaje im się to dzięki umieszczaniu ich

w niewiarygodnie małych pikselach.

Czarne dziury to najlepsze dyski twarde.

To trochę jak zamienienie papierowej książki

w e-booka.

Wyglądają zupełnie inaczej, ale ich zawartość jest identyczna.

Została tylko zapisana w inny sposób.

Czarne dziury połykające planety i gwiazdy

przypominają archiwizację całej biblioteki na czytniku.

To rozwiązanie nazywa się Zasadą Holograficzną.

Ale jeżeli to prawda, wszystko co dotychczas wiedzieliśmy o Wszechświecie

jest fałszywe.

Wszechświat jest hologramem.

Jeżeli informacja jest zapisywana na powierzchni czarnej dziury,

promieniowanie Hawkinga może poznać

całą zawartość

i unieść ją ze sobą.

Informacja nie jest więc utracona, gdy czarna dziura wyparuje,

i nie musimy od nowa pisać fizyki.

Paradoks informacji jest rozwikłany.

Wciąż jednak musimy zmienić nasze rozumienie rzeczywistości

na podstawowym poziomie.

Jeśli wszystko, co wpada do czarnej dziury

zapisywane jest na jej horyzoncie, trójwymiarowe obiekty

zapisywane są na dwuwymiarowej powierzchni.

Znamy to jako hologram.

Hologram przypomina trójwymiarowe zdjęcie.

Dwuwymiarowy kawałek plastiku przedstawiający trójwymiarowy obraz.

Czarna dziura jest jak hologram, bo wszystko w jej wnętrzu

zapisane jest na jej powierzchni - horyzoncie zdarzeń.

Osoba we wnętrzu czarnej dziury żyłaby swoim trójwymiarowym życiem

Ale dla nas na zewnątrz byłaby płaskim obrazkiem na horyzoncie zdarzeń.

Konsekwencje tego przeczą naszej intuicji,

ale nie zmieniajcie kanału!

Czarne dziury są niezwykle egzotyczne,

ale wciąż obowiązują je takie same zasady jak resztę obiektów.

Jeżeli więc ten szalony dualizm między 2D i 3D działa dla czarnych dziur,

może też działać dla całego Wszechświata

i Ciebie w nim.

Osoba we wnętrzu czarnej dziury nie zdawałaby sobie sprawy,

że jest zapisana na jej powierzchni - to może odnosić się też do nas!

W rzeczywistości możesz być projekcją na płaskim ekranie

na skraju Wszechświata.

Naukowy opis tego zjawiska jest skomplikowany i szalony,

z poligonem zabawkowych Wszechświatów,

teorią strun i mnóstwem matematyki.

Porozmawiamy o tym kiedy indziej.

Niezależnie od prawdziwej natury Wszechświata,

wiemy że jest on zaskakujący i skomplikowany

i potrzebujemy dużo więcej fizyki, by go zrozumieć.

Czarne dziury mogą być kluczem do zrozumienia

natury całej otaczającej nas rzeczywistości.

Film ten powstał przy wsparciu Szwajcarskiej Narodowej Fundacji na rzecz Nauki

i naukowej konsultacji Alessandra Sfondrini.

Tłumaczenie Aleksander Garus.