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

1. 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

2. 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