Video
Transkription
Svarta hål är de mest kraftfulla saker i universum, starka nog att ta isär hela stjärnor i atomer-stora bitar
Medan detta är skrämmande nog. De har en ännu kraftfullare och mörk egenskap: de kan radera universum självt
[musik]
Svarta hål i ett nötskal
Ett svart hål framkommer när ett utomordentligt belopp av materia är koncentrerad till ett litet utrymme
I deras centrums tyngdpunkt är gravitationen nästan oändligt stark och allt som kommer för
nära slits i dess elementarpartiklar
Inte ens ljuset kan fly svarta hål och så uppfattar vi dem som svarta sfärer
Om du skulle falla in i ett svart hål skulle inget dåligt hända förrän långt efter att du passerat dess yttre kant: händelsehorisonten
Ni kan föreställa detta som att simma i en flod som slutar i ett enormt vattenfall
När du flyter längs med floden, blir strömmen snabbare och snabbare, även om du inte kan se vattenfallet ännu
Du kan simma till säkerhet tills, utan att ens märka det, har du åkt så långt att man inte längre kan återvända
Oavsett hur fort du försöker simma nu, kommer strömmen att dra dig mot en säker död
Ingenting kan undkomma ett svart hål vattenfall när det blir för nära
Denna gräns separerar helt svarta hål från resten av universum: vi kan inte komma åt dem såvida inte vi är villiga att aldrig återvända
Så det finns inget sätt att veta vad som verkligen händer inuti ett svart hål
Men vi har några idéer om vad som händer precis vid deras yttre kanter
Svarta hål utstrålar dess massa såsom en het gryta på spisen förlorar sitt vatten som ånga
Detta kallas Hawking strålning
Svarta hål förlorar ständigt en extremt liten del av sin massa
en process som är otroligt långsam
det kommer att ta ett svart hål med en massa av vår sol 10.000 miljarder miljarder miljarder miljarder miljarder miljarder år att förlora 0,0000001% av dess massa
Detta sker ständigt och ostoppbart och det går på det snabbar upp mer och mer
I en långt avlägsen framtid när den sista stjärnan i universum har varit död i biljoner år
kommer svarta hål att bli mindre och mindre tills de förångas och försvinner, endast en bit strålning kommer att lämna kvar
Men detta är ett problem eftersom i processen med försvinnande svarta hål skulle de kunna radera något grundläggande: Information
2 - vad är informationen?
Information är inget konkret. Det är vanligtvis förstått som en egenskap av uppställning av partiklar. Vad betyder det här?
Föreställ dig ett gäng kolatomer. Ordnar du dem på ett visst sätt kommer du att få kol
Ordnar du dem på ett annat sätt, får du en diamant
Atomerna är desamma vad som förändras är informationen. Om vi gör detta mer komplicerat och lägger in fler atomer
Får vi en banan
Ändrar du igen arrangemanget av atomerna får vi en ekorre
de grundläggande byggstenarna av allt i universum
Är desamma och bryr sig inte om de är en del av en fågel, en sten eller en kopp kaffe
Utan information skulle allt i universum vara detsamma
Enligt teorin om kvantmekanik är information oförstörbar
Det kan ändra form
Men det kan aldrig gå förlorad, till exempel om du bränner ett papper får aska
Askan kommer aldrig att bli papper igen
Men om du kunde noggrant samla varenda kolatom i askan och mätte de exakta egenskaperna hos rök och värme
strålande från branden kan du i teorin rekonstruera papper
Informationen om papperet är fortfarande i universum. Den är inte förlorad
Den är bara svårt att läsa
Om du på något sätt kunde mäta
Varje enskild atom och partikel och våg av strålning i universum skulle du kunna se och spåra varje bit av information som finns
hypotetiskt skulle man kunna se hela universums historia ända tillbaka till Big Bang
Och det är här var svarta hål resa oss upp
Information berättar hur saker skiljer sig från varandra och vad som brukade vara vad
Svarta hål göra det motsatta: de tar olika saker och göra dem lika. De förstör informationen
Detta skapar information paradoxen, och detta är ett allvarligt problem
Information paradoxen
Det är grundläggande för fysikens lagar att information aldrig kan gå förlorad
Att existera inte existerande utan information
Allt är relativt
När det gäller vår förståelse av verkligheten behöver vi absolut
Hur skulle vi kunna lösa denna paradox?
Det finns några möjligheter
- Information är förlorad
Oåterkalleligt och för evigt
Detta innebär att vi måste fixa alla våra fysik lagar och kasta ut en massa saker
Det har fungerat mycket bra hittills och att börja om från början
Vad de nya fysik lagarna skulle se ut eller vad det betyder för oss vet ingen
Detta är lite skrämmande, men också lite av spännande
- Information är dold
Kanske en liten del av det svarta hålet delar sig och bildar en baby universum
Informationen skulle överföras till denna nya konstig plats där vi aldrig skulle kunna observera eller interagera med det
Men tekniskt sett skulle den inte vara förlorad
Det är som att ha en trasig hårddisk med alla dina familjefoton som du aldrig kunde ha tillgång till
Visst, det är trevligt att de inte har tagits bort, men inte heller särskillt hjälpsamt
Eller kanske försvinner inte svarta hål helt efter slutet av sin livscykel,
men en liten bit lämnar kvar en informations diamant
som en clown bil fylld med en oändlig mängd information clowner
Men det finns ett tredje alternativ
Information är säker trots allt, inte förlorad eller döljd
Kanske har vi sett på denna sak på helt fel sätt
Vi vet att svarta hål fångar information och kan ta bort den senare, men vi har aldrig tänkt på vad de gör med det under tiden
Var lagrar svarta hål sin information?
Cosmic hushållning
Låt oss skapa ett svart hål med smutstvätt
Först fyller vi ett rum med tvättkorgar: ju mer tvätt du vill spara, desto fler korgar har du i rummet
Men vid ett skede är varje korg full och rummet är helt staplat, så passar inte en enda extra strumpa i
Rummet är i sitt maximala kapacitet
men om vi ändå pressar in sockan med mycket energi och våld kommer rummet att kollapsa in i sig själv och bilda ett svart hål
Men kapaciteten av rummet självt har inte förändrats att sätta i mer saker om information är fortfarande omöjligt
Så vad händer om vi kastar mer tvätt i den?
Rummet självt blir lite större för att göra plats för den nya informationen
Det visar sig ett svart hål blir större på sin yta av en liten pixel för varje bit av information som vi kastar in det
I ett nötskal, mer information betyder mer yta
Informationen blir målade på ytan liknande som när vi kastar en sten i en damm
Efter att stenen sjunker till botten kan vi inte se den längre
Men vi kan säga att något kastades i utifrån krusningar på ytan av dammen
Även den minsta svarta hålet kan lagra mer information på sin yta än all data som någonsin producerats i mänsklighetens historia
De gör detta genom att lagra information i en typ av pixel som är otroligt liten
Svarta hål är den ultimata hårddisken
Detta är lite som att ta en papperspåse och förvandla det till en e-bok, två saker som ser helt annorlunda
Men deras innehåll är densamma, det är bara kodat och lagrat på ett annat sätt
Svarta hål som svälja stjärnor och planeter är lite liknande som att överföra ett helt bibliotek på en e-läsare
Denna lösning kallas den holografiska principen, men om det är rätt så är allt vi trodde att vi visste om universum fel
Universum är ett hologram
Om information faktiskt är lagrat på gränsen till ett svart hål så har Hawking strålning en chans att lära sig om den information
Kodad där och kan bäras bort
Så att informationen inte går förlorad när svarta hål bleknar bort
Och vi behöver inte göra om fysiken: informations paradoxen är löst
men vi måste fortfarande ändra vår förståelse av verkligheten på ett grundläggande sätt
Om allt som faller in i det svarta hålet är lagrat på sin händelsehorisont innebär det i princip att tredimensionella stuff kodas på en plan yta
Vi har ett namn för detta: ett hologram
Ett hologram är som en 3D-bild, en platt plastbit som kodar för en tredimensionell bild
Ett svart hål är som ett hologram eftersom allt inuti är kodad på sin händelsehorisont
En person i ett svart hål kommer att uppleva sitt vanliga tredimensionella liv
men för oss på utsidan är de tillplattade bilder på ytan av det svarta hålet
Konsekvensen av detta är bakvänt, men följ med oss för ett ögonblick
Svarta hål är mycket extrema objekt, men de är fortfarande bundna av samma regler som allt annat
Så om denna galna dualitet mellan 2D och 3D fungerar för svarta hål kan det fungera för hela universum och du i det
Eftersom en person inom ett svart hål inte skulle inse att de är kodade på en plan yta
Vi kan dela samma öde: du kan verkligen sträckas över en platt skärm i slutet av universum
Vetenskapen bakom detta är komplicerat och verkligen konstigt, med leksaks universum att leka med, strängteori och en hel del matte
Vi pratar om detta mer i en annan video
Oavsett vad den sanna naturen av universum verkligen är vet vi att det är konstigt och
Komplicerat och vi måste göra mycket mer fysik för att förstå det
Men svarta hål kan vara nyckeln till att förstå verkligheten själv
Denna video stöddes av Swiss National Science Foundation och gjord med vetenskapliga råd från Alessandro Sfondrini