Twee onderzoekers verklaarden hun voornemen om deel te nemen aan de race voor het oplossen van de informatieparadox van zwarte gaten, waarin alle theoretische natuurkunde al vele jaren betrokken was, met een nieuwe tool - een laser.
Dus wat kunnen lasers doen met zwarte gaten? Natuurlijk zijn het niet de kleine apparaten met de hulp waarvan velen hun katten vermaken, dit is laserstraling, als het onderliggende concept van de natuurkunde, en de toepassing ervan op informatie die verdwijnt in een zwart gat.
De woorden "laser", in het algemeen, is een afkorting, het staat voor "versterking van de gloed door gestimuleerde emissie" (lichtversterking door gestimuleerde emissie van straling). In zijn eenvoudigste vorm wordt laserstraling gegenereerd door de interactie van een foton met een geëxciteerd atoom, dat het kopieert en zo een glimmingsverbetering produceert. In een dergelijk proces worden gecollimeerde coherente lichtstralen gecreëerd, die op grote schaal worden gebruikt in communicatie, industrie en entertainment.
Chris Adami
Chris Adami, docent natuurkunde aan de universiteit van Michigan, vergelijkt een laser met een kopieerapparaat dat twee identieke exemplaren van alles kan maken. Als we dit mechanisme toepassen op de gebeurtenissenhorizon, kunnen we volgens Adami een oplossing vinden voor de zogenaamde 'paradox van de vuurgevel' op de rand van zwarte gaten.
Een 7 april nummer van Classical and Quantum Gravity publiceerde een gezamenlijk artikel van Chris Adami en Greg Veg Stig (Greg Ver Steeg) van de Universiteit van Zuid-Californië in Los Angeles op basis van deze studie. De muur van vuur (firewall) werd niet een universeel erkende oplossing in de wereld van de natuurkunde gedurende tientallen jaren van debat over informatie die verdwijnt in zwarte gaten.
Al in de jaren zeventig deed de beroemde Black Hole-onderzoeker Stephen Hawking de aanname dat zwarte gaten niet zo zwart zijn. Volgens Hawking's visie op de kwantumfysica verschijnen plotseling paren virtuele deeltjes, vernietigen ze elkaar en verdwijnen dan snel. En precies op de rand van de gebeurtenishorizon is er een punt waarop de ruimte-tijdvervorming zo sterk is dat zelfs straling niet aan de controle van een zwart gat kan ontsnappen. Dienovereenkomstig kan een virtueel deeltje als het ware in de val worden gelaten en voorkomen dat het door zijn "partner" wordt vernietigd, waardoor het een echte wordt en een klein stukje materiaal uit een zwart gat neemt.
Deze kleine "verdamping" van de massa werd Hawking-straling genoemd en veranderde radicaal onze kijk op zwarte gaten - het blijkt dat ze verdampen en vroeg of laat (afhankelijk van hun massa) verdwijnen. Het bleek dat zwarte gaten niet zo permanent zijn als we ooit dachten.
Het concept van "Hawking-straling" markeerde de opkomst van een essentiële en ziekelijke theoretische vraag, die kwam neer op hoe zwarte gaten omgaan met informatie. Per slot van rekening stort alle informatie die in een zwart gat valt in elkaar en verdwijnt, volledig verdampt. En zo'n scenario schendt ons begrip van hoe het universum fysiek werkt. Dus, wordt informatie echt vernietigd, of is het op de een of andere manier nog onbekend? Wordt het nog steeds bewaard?
Gedurende enkele decennia van controverses onder wetenschappers (inclusief Hawking en andere sleutelfiguren), vond de meest recente vooruitgang op dit gebied plaats in 2012, toen de fysica onder leiding van Joseph Polchinsky van de Universiteit van Californië, Santa Barbara hun onderzoek naar de extinctieparadox uitvoerde. Als zwarte gaten echt geen informatie vernietigen, dan gebeurt er iets precies aan de horizon van de gebeurtenis van een zwart gat genaamd de "muur van vuur".
Eerder dit jaar debatteerde Hawking met de bewering dat de muur van vuur een onnodig concept is en verdedigde hij zijn 'muur van chaos', die willekeurig informatie vermengt (en dus de kwantumregels niet schendt) en de locatie van de gebeurtenishorizon verandert in afhankelijk van de binnenkomende informatie. In het scenario dat door Hawking wordt voorgesteld, bestaat de gebeurtenissenhorizon in de klassieke zin niet, maar wordt deze vervangen door de "zichtbare horizon".
Uiteraard is dit geen overwinning voor Hawking of iemand anders, gewoon een ander idee dat op de een of andere manier een balans creëert tussen de duidelijk tegenstrijdige theorieën over informatie die in een zwart gat valt.
Misschien is alles gewoon te gecompliceerd, of wordt er geen aandacht besteed aan het mechanisme zelf. En het is hier dat Adami's idee van gestimuleerde emissie verschijnt.
In een persbericht op televisie sprak Adami over zijn visie op het probleem. Naar zijn mening kan de natuurkunde niet consistent zijn zonder het kopieermechanisme te volgen dat A. Einstein al in 1917 ontdekte. Volgens hem moet voordat een zwart gat informatie opneemt, een kopie ervan worden gemaakt, die buiten blijft.
Paul Davis, een theoretisch fysicus aan de Universiteit van Arizona, prees de beslissing van Chris Adami als correct. Hij voegde eraan toe dat het verbazingwekkend was hoe het al zoveel jaren in zo'n eenvoudige vorm was verborgen.
Omdat de kwestie de zwart-witgebeurtenishorizon betreft, gelooft Adami dat straling wordt geproduceerd door gestimuleerde straling, terwijl een kopie van de informatie in het gat blijft. Deze straling verschilt van Hawking-straling, die ook een plaats heeft om te zijn.
Gedwongen straling, volgens de publicatie van Adami en Vera Stig, lijkt sterk op het proces van het kopiëren van informatie: één deeltje komt binnen, twee komen eruit met exact dezelfde set kwantumnummers.
In de kwantumwereld kan informatie echter niet perfect worden gekopieerd (een concept dat bekend staat als de onmogelijkheidsstelling voor klonen) en het blijkt dat spontane straling (Hawking-straling) interfereert met ideaal klonen, waardoor de noodzakelijke minimale hoeveelheid ruis ontstaat.
Wetenschappers zeggen dat deze studie niet rechtstreeks betrekking heeft op informatie buiten de horizon van een zwart gat. Aangezien gestimuleerde straling binnen deze horizon nog steeds kan optreden, kan deze oplossing echter blijken te kloppen voor het probleem van de informatieparadox.
Adami is van mening dat de theorie van Stephen Hawking nu is aangevuld. Naar zijn mening is de leegte in de theorie van zwarte gaten nu gesloten, waardoor hij 's nachts kon slapen.
Dus de volgende vraag die kan rijzen, is hoe deze gestimuleerde straling te detecteren, als het echt bestaat?
