Bildekreditt: NASA
Stephen Hawking og Kip Thorne skylder kanskje John Preskill et sett leksikon.
I 1997 gjorde de tre kosmologene en kjent innsats om informasjon som kommer inn i et svart hull slutter å eksistere - det vil si om det indre av et svart hull i det hele tatt blir endret av egenskapene til partikler som kommer inn i det.
Hawkings forskning antydet at partiklene ikke har noen som helst effekt. Men teorien hans brøt med kvantemekanikkens lover og skapte en selvmotsigelse kjent som "informasjonsparadokset."
Nå har fysikere ved Ohio State University foreslått en løsning ved bruk av strengteori, en teori som hevder at alle partikler i universet er laget av ørsmå vibrerende strenger.
Samir Mathur og hans kolleger har avledet et omfattende sett med ligninger som sterkt antyder at informasjonen fortsetter å eksistere - bundet opp i en gigantisk floke av strenger som fyller et svart hull fra kjernen til overflaten.
Funnet antyder at svarte hull ikke er glatte, uten prestasjoner som forskere lenge har trodd.
I stedet er de tunge "fuzzballs".
Mathur, professor i fysikk ved Ohio State, mistenker at Hawking og Thorne ikke vil bli spesielt overrasket over resultatet av studien, som vises i 1. mars-utgaven av tidsskriftet Nuclear Physics B.
I deres innsats satset Hawking, professor i matematikk ved University of Cambridge, og Thorne, professor i teoretisk fysikk ved Caltech, at informasjon som kommer inn i et svart hull blir ødelagt, mens Preskill - også professor i teoretisk fysikk ved Caltech - tok motsatt utsikt. Innsatsen var et sett med leksikon.
? Jeg tror at folk flest ga opp ideen om at informasjon ble ødelagt når ideen om strengteori steg til prominent i 1995 ,? Sa Mathur. ? Det er bare det at ingen har kunnet bevise at informasjonen overlever før nå.?
I den klassiske modellen for hvordan sorte hull dannes, kollapser et supermassivt objekt, for eksempel en gigantisk stjerne, for å danne et veldig lite punkt med uendelig tyngdekraft, kalt en singularitet. En spesiell region i rommet omgir singulariteten, og ethvert objekt som krysser regionens grense, kjent som hendelseshorisonten, trekkes inn i det sorte hullet for aldri å komme tilbake.
I teorien kan ikke engang lys flykte fra et svart hull.
Diameteren til hendelseshorisonten avhenger av massen til gjenstanden som dannet den. For eksempel, hvis solen kollapset til en enestående grad, ville hendelseshorisonten måle omtrent 3 kilometer over. Hvis Jorden fulgte etter, ville hendelseshorisonten bare måle 1 centimeter.
Når det gjelder hva som ligger i regionen mellom en singularitet og dens begivenhetshorisont, har fysikere alltid tegnet et blankt bokstavelig talt. Uansett hvilken type materiale som dannet singulariteten, skulle området inne i hendelseshorisonten være blottet for noen struktur eller målbare egenskaper.
Og der ligger problemet.
? Problemet med den klassiske teorien er at du kan bruke hvilken som helst kombinasjon av partikler for å lage det sorte hullet - protoner, elektroner, stjerner, planeter, uansett - og det ville ikke gjøre noen forskjell. Det må være milliarder av måter å lage et svart hull på, men med den klassiske modellen er systemets endelige tilstand alltid den samme ,? Sa Mathur.
Den typen enhetlighet bryter med den kvantemekaniske loven om reversibilitet, forklarte han. Fysikere må kunne spore sluttproduktet av enhver prosess, inkludert prosessen som lager et svart hull, tilbake til forholdene som skapte det.
Hvis alle sorte hull er like, kan ikke noe svart hull spores tilbake til sin unike begynnelse, og all informasjon om partiklene som skapte det, går tapt for alltid i det øyeblikket hullet dannes.
? Ingen tror det egentlig nå, men ingen kunne noen gang finne noe galt med det klassiske argumentet heller ,? Sa Mathur. ? Vi kan nå foreslå hva som gikk galt.?
I 2000 kåret strengsteoretikere informasjonsparadokset nummer åtte på deres topp ti liste over fysikkproblemer som skal løses i løpet av det neste årtusenet. Den listen inkluderte spørsmål som? Hva er levetiden til et proton? og? hvordan kan kvantetyngdekraft bidra til å forklare universets opprinnelse?
Mathur begynte å jobbe med informasjonsparadokset da han var adjunkt ved Massachusetts Institute of Technology, og han angrep problemet på heltid etter at han begynte på Ohio State fakultet i 2000.
Med postdoktor Oleg Lunin beregnet Mathur strukturen til objekter som ligger i mellom enkle strengtilstander og store klassiske sorte hull. I stedet for å være bittesmå gjenstander, viste de seg å være store. Nylig fant han og to doktorgradsstudenter - Ashish Saxena og Yogesh Srivastava - det samme bildet av en? Fuzzball? fortsatte å stemme for gjenstander som ligner et klassisk svart hull. Disse nye resultatene vises i Nuclear Physics B.
I henhold til strengteori er alle de grunnleggende partiklene i universet - protoner, nøytroner og elektroner - laget av forskjellige kombinasjoner av strenger. Men like små som strengene er, mener Mathur at de kan danne store sorte hull gjennom et fenomen som kalles brøkspenning.
Strenger er strekkbare, sa han, men hver har en viss spenning, og det samme gjør en gitarstreng. Med brøkspenning avtar spenningen etter hvert som strengen blir lengre.
Akkurat som en lang gitarstreng er enklere å plukke enn en kort gitarstreng, er en lang streng med kvantemekaniske strenger som er festet sammen lettere å strekke enn en enkelt streng, sa Mathur.
Så når veldig mange strenger går sammen, slik de ville gjort for å danne de mange partiklene som er nødvendige for en veldig massiv gjenstand som et svart hull, er den kombinerte kulen av streng veldig tøyelig, og utvides til en bred diameter.
Da fysikerne i Ohio State avledet sin formel for diameteren til et uklar svart hull laget av strenger, fant de ut at det stemte overens med diameteren på det sorte hullets begivenhetshorisont foreslått av den klassiske modellen.
Siden antydningen til Mathur antyder at strengene fortsetter å eksistere inne i det sorte hullet, og arten av strengene avhenger av partiklene som utgjør det originale kildematerialet, er hvert sort hull like unikt som stjernene, planetene eller galaksen som dannet den. Strengene fra etterfølgende materiale som kommer inn i det sorte hullet, vil også være sporbare.
Det betyr at et svart hull kan spores tilbake til dets opprinnelige forhold, og at informasjonen overlever.
Denne forskningen ble delvis støttet av U.S. Department of Energy.
Originalkilde: Ohio State University News Release
