Găurile negre sunt monștri gravitaționale, care stoarce gazul și praful până la un punct microscopic, ca niște compactoare mari de gunoi cosmic. Fizica modernă dictează că, după consumarea lor, informațiile despre această materie ar trebui să fie pierdute pentru totdeauna în univers. Dar un nou experiment sugerează că ar putea exista o modalitate de a utiliza mecanica cuantică pentru a obține o perspectivă asupra interiorului unei găuri negre.
„În fizică cuantică, informația nu poate fi pierdută”, a spus Live Landsman, un student absolvent de fizică la Joint Quantum Institute (JQI) de la Universitatea Maryland din College Park. „În schimb, informațiile pot fi ascunse sau înșiruite” printre particule subatomice, inextricabil legate.
Landsman și coautorii săi au arătat că ar putea măsura când și cât de rapid au fost scrâșnite informațiile în interiorul unui model simplificat de gaură neagră, oferind o potențială privire către entitățile altfel impenetrabile. Rezultatele, care apar astăzi (6 martie) în jurnalul Nature, ar putea ajuta, de asemenea, în dezvoltarea computerelor cuantice.
Găurile negre sunt obiecte infinit de dense, infinit de mici, formate din prăbușirea unei stele uriașe moarte care a mers supernova. Din cauza atracției lor gravitaționale masive, acestea sug materialul din jur, care dispare în spatele a ceea ce este cunoscut drept orizontul lor de evenimente - punctul trecut de care nimic, inclusiv lumina, nu poate scăpa.
În anii ’70, celebrul fizician teoretician Stephen Hawking a dovedit că găurile negre se pot micșora de-a lungul vieții. Conform legilor mecanicii cuantice - regulile care dictează comportamentul particulelor subatomice la scări minuscule - perechi de particule apar spontan chiar în afara orizontului evenimentului unei găuri negre. Una dintre aceste particule cade apoi în gaura neagră, în timp ce cealaltă este propulsată spre exterior, furând un mic smidgeon de energie în acest proces. Pe perioade de timp extrem de lungi, se acumulează suficientă energie pentru ca gaura neagră să se evapore, un proces cunoscut sub numele de radiații Hawking, așa cum a raportat Live Science anterior.
Dar există o conundru care se ascunde în inima infinit de densă a găurii negre. Mecanica cuantică spune că informațiile despre o particulă - masa, impulsul, temperatura și așa mai departe - nu pot fi niciodată distruse. Regulile relativității afirmă în același timp că o particulă care a trecut de orizontul evenimentului unei găuri negre s-a unit cu zdrobirea infinit de densă din centrul găurii negre, ceea ce înseamnă că nicio informație despre aceasta nu poate fi din nou recuperată. Încercările de soluționare a acestor cerințe fizice incompatibile nu au reușit până în prezent; teoreticienii care au lucrat la problemă numesc dilema paradoxul informațiilor cu gaura neagră.
În noul lor experiment, Landsman și colegii săi au arătat cum să obțină o ușurare pentru această problemă folosind particula care zboară spre exterior într-o pereche de radiații Hawking. Deoarece este legat de partenerul său infidel, ceea ce înseamnă că starea sa este indisolubil legată de cea a partenerului său, măsurarea proprietăților unuia poate oferi detalii importante despre celălalt.
"Se poate recupera informațiile aruncate în gaura neagră, făcând un calcul cuantic masiv pentru aceste ieșiri", a spus Norman Yao, fizician la Universitatea din California, Berkeley și membru al echipei, într-un comunicat.
Particulele din interiorul unei găuri negre au avut toate informațiile lor cuantice „mecanic”. Adică, informațiile lor au fost amestecate haotic între ele într-un mod care ar trebui să facă imposibilă extracția vreodată. Dar o particulă încurcată care este înrădăcinată în acest sistem ar putea transmite informații partenerului său.
A face acest lucru pentru o gaură neagră din lumea reală este fără nicio speranță complicat (și în plus, găurile negre sunt greu de accesat în laboratoarele de fizică). Așadar, grupul a creat un computer cuantic care a efectuat calcule folosind biți cuantici încurcați sau qubit-uri - unitatea de bază a informațiilor utilizate în calculul cuantic. Apoi au pus la punct un model simplu, folosind trei nuclei atomici ai elementului Ytterbium, care s-au împletit între ei.
Folosind un alt qubit extern, fizicienii au putut să spună când particulele din sistemul cu trei particule au devenit zguduite și au putut măsura cât de devreme au devenit. Mai important, calculele lor au arătat că particulele erau în mod special amestecate între ele, mai degrabă cu alte particule din mediul înconjurător, Raphael Bousso, un fizician teoretician UC Berkeley care nu a fost implicat în lucrare, a declarat Live Science.
„Este o realizare minunată”, a adăugat el. "Se dovedește că a distinge care dintre aceste lucruri se întâmplă de fapt cu sistemul tău cuantic este o problemă foarte dificilă."
Rezultatele arată modul în care studiile asupra găurilor negre duc la experimente care pot sonda mici subtilități în mecanica cuantică, a spus Bousso, care ar putea deveni de ajutor în dezvoltarea viitoarelor mecanisme cuantice.
