Destinul ciudat al unei persoane care a căzut într-o gaură neagră

Aceasta a fost cea mai citită știre de pe BBC Earth în 2015. Iată încă o șansă de a o citi.

Acesta i se poate întâmpla oricui. Poate că sunteți în încercarea de a găsi o nouă planetă locuibilă pentru rasa umană sau poate că sunteți la o plimbare lungă și alunecați. Oricare ar fi circumstanțele, la un moment dat, cu toții ne confruntăm cu vechea întrebare: ce se întâmplă când cazi într-o gaură neagră?

Te-ai putea aștepta să fii zdrobit, sau poate făcut bucăți. Dar realitatea este mai ciudată decât atât.

În clipa în care ai intrat în gaura neagră, realitatea s-ar împărți în două. Într-una, ați fi incinerat instantaneu, iar în cealaltă ați plonja mai departe în gaura neagră, complet nevătămat.

O gaură neagră este un loc în care legile fizicii, așa cum le cunoaștem, se destramă. Einstein ne-a învățat că gravitația deformează spațiul însuși, făcându-l să se curbeze. Astfel, în cazul unui obiect suficient de dens, spațiul-timp poate deveni atât de deformat încât să se răsucească în sine, făcând o gaură prin însăși structura realității.

O stea masivă care a rămas fără combustibil poate produce tipul de densitate extremă necesară pentru a crea o astfel de bucată de lume mutilată. Pe măsură ce se îndoaie sub propria greutate și se prăbușește înăuntru, spațiul-timp se prăbușește odată cu ea. Câmpul gravitațional devine atât de puternic încât nici măcar lumina nu mai poate scăpa, ceea ce face ca regiunea în care se afla steaua să fie profund întunecată: o gaură neagră.

Pe măsură ce vă adânciți în gaura neagră, spațiul devine din ce în ce mai curbat

Limita cea mai exterioară a găurii este orizontul de evenimente al acesteia, punctul în care forța gravitațională contracarează cu precizie eforturile luminii de a scăpa de ea. Dacă te apropii mai mult decât atât, nu mai există scăpare.

Orizontul evenimentelor este plin de energie. Efectele cuantice de la margine creează fluxuri de particule fierbinți care radiază înapoi în univers. Acest lucru se numește radiație Hawking, după numele fizicianului Stephen Hawking, care a prezis acest lucru. În timp suficient, gaura neagră își va radia masa și va dispărea.

Pe măsură ce vă adânciți în gaura neagră, spațiul devine din ce în ce mai curbat până când, în centru, devine infinit de curbat. Aceasta este singularitatea. Spațiul și timpul încetează să mai fie idei cu sens, iar legile fizicii, așa cum le cunoaștem – toate acestea necesitând spațiu și timp – nu se mai aplică.

Ce se întâmplă aici, nimeni nu știe. Un alt univers? Uitarea? Partea din spate a unei biblioteci? Este un mister.

Atunci ce se întâmplă dacă cazi din greșeală într-una dintre aceste aberații cosmice? Să începem prin a o întreba pe partenera ta spațială – îi vom spune Anne – care privește cu groază cum te scufunzi spre gaura neagră, în timp ce ea rămâne în siguranță afară. De acolo de unde plutește, lucrurile sunt pe cale să devină ciudate.

În timp ce accelerați spre orizontul evenimentelor, Anne vă vede cum vă întindeți și vă contorsionați, ca și cum v-ar privi printr-o lupă uriașă. Mai mult, cu cât te apropii mai mult de orizont, cu atât mai mult pari să te miști cu încetinitorul.

Înainte de a trece în întunericul găurii negre, ești redus la cenușă

Nu poți striga la ea, deoarece nu există aer în spațiu, dar ai putea încerca să-i transmiți un mesaj Morse cu ajutorul luminii de pe iPhone (există o aplicație pentru asta). Cu toate acestea, cuvintele tale ajung la ea din ce în ce mai încet, undele luminoase întinzându-se pe frecvențe din ce în ce mai joase și mai roșii: „Alright, a l r i g h t, a l r i…”

Când ajungeți la orizont, Anne vă vede cum înghețați, ca și cum cineva ar fi apăsat butonul de pauză. Rămâi încremenit acolo, nemișcat, întins pe suprafața orizontului, în timp ce o căldură crescândă începe să te înghită.

Potrivit lui Anne, ești încet-încet anihilat de întinderea spațiului, de oprirea timpului și de focul radiațiilor Hawking. Înainte de a trece în întunericul găurii negre, ești redus la cenușă.

Dar înainte de a-ți planifica înmormântarea, hai să uităm de Anne și să privim această scenă macabră din punctul tău de vedere. Acum, se întâmplă ceva și mai ciudat: nimic.

Vezi direct în cea mai amenințătoare destinație a naturii, fără nici măcar un cucui sau o zvâcnire – și, cu siguranță, fără întindere, încetinire sau radiații fierbinți. Asta pentru că sunteți în cădere liberă și, prin urmare, nu simțiți nicio gravitație: ceva ce Einstein numea „cel mai fericit gând al său”.

Într-o gaură neagră suficient de mare, ați putea să vă trăiți restul vieții destul de normal

La urma urmei, orizontul evenimentelor nu este ca un zid de cărămidă care plutește în spațiu. Este un artefact al perspectivei. Un observator care rămâne în afara găurii negre nu poate vedea prin ea, dar asta nu este problema ta. În ceea ce vă privește, nu există un orizont.

Sigur, dacă gaura neagră ar fi mai mică, ați avea o problemă. Forța de gravitație ar fi mult mai puternică la picioarele tale decât la capul tău, întinzându-te ca pe o bucată de spaghete. Dar, din fericire pentru tine, aceasta este una mare, de milioane de ori mai masivă decât Soarele nostru, astfel încât forțele care te-ar putea spaghetiza sunt suficient de slabe pentru a fi ignorate.

De fapt, într-o gaură neagră suficient de mare, ți-ai putea trăi restul vieții destul de normal înainte de a muri la singularitate.

Cât de normal ar putea fi cu adevărat să fie, v-ați putea întreba, având în vedere că sunteți aspirat spre o ruptură în continuumul spațiu-timp, atras împotriva voinței dumneavoastră, fără a putea să vă întoarceți în direcția opusă?

Nu poți să te întorci și să scapi de gaura neagră

Dar, dacă te gândești bine, cu toții cunoaștem acest sentiment, nu din experiența noastră cu spațiul, ci cu timpul. Timpul merge doar înainte, niciodată înapoi, și ne trage de el împotriva voinței noastre, împiedicându-ne să ne întoarcem.

Nu este doar o analogie. Găurile negre deformează spațiul și timpul până la o asemenea extremitate încât, în interiorul orizontului găurii negre, spațiul și timpul își schimbă efectiv rolurile. Într-un anumit sens, timpul este într-adevăr cel care te atrage spre singularitate. Nu puteți să vă întoarceți și să scăpați de gaura neagră, așa cum nu puteți să vă întoarceți și să călătoriți înapoi în trecut.

În acest moment poate doriți să vă opriți și să vă puneți o întrebare urgentă: Ce naiba este în neregulă cu Anne? Dacă vă răcoriți în interiorul găurii negre, înconjurați de nimic mai ciudat decât spațiul gol, de ce insistă ea că ați fost arși de radiațiile din afara orizontului? Are halucinații?

De fapt, Anne este perfect rezonabilă. Din punctul ei de vedere, chiar ai fost ars de viu la orizont. Nu este o iluzie. Ea ar putea chiar să vă colecteze cenușa și să o trimită înapoi la cei dragi.

De fapt, legile naturii cer ca dumneavoastră să rămâneți în afara găurii negre, așa cum este văzută din perspectiva lui Anne. Acest lucru se datorează faptului că fizica cuantică cere ca informația să nu poată fi niciodată pierdută. Fiecare bucățică de informație care explică existența ta trebuie să rămână în afara orizontului, ca nu cumva legile fizicii lui Anne să fie încălcate.

Trebuie să fii în două locuri, dar nu poate exista decât o singură copie a ta

Pe de altă parte, legile fizicii cer, de asemenea, ca tu să navighezi prin orizont fără să întâlnești particule fierbinți sau ceva ieșit din comun. În caz contrar, ați încălca gândul cel mai fericit al lui Einstein și teoria sa a relativității generale.

Așadar, legile fizicii cer ca dumneavoastră să fiți atât în afara găurii negre, într-o grămadă de cenușă, cât și în interiorul găurii negre, viu și nevătămat. Nu în ultimul rând, există o a treia lege a fizicii care spune că informația nu poate fi clonată. Trebuie să fii în două locuri, dar nu poate exista decât o singură copie a ta.

Cumva, legile fizicii ne îndreaptă spre o concluzie care pare mai degrabă absurdă. Fizicienii numesc această enigmă exasperantă paradoxul informațional al găurii negre. Din fericire, în anii 1990 au găsit o modalitate de a o rezolva.

Leonard Susskind și-a dat seama că nu există niciun paradox, deoarece nicio persoană nu vă vede vreodată clona. Anne vede doar o singură copie a ta. Tu vezi doar o singură copie a ta. Tu și Anne nu puteți compara niciodată notițele. Și nu există un al treilea observator care să poată vedea simultan atât în interiorul, cât și în exteriorul unei găuri negre. Așadar, nicio lege a fizicii nu este încălcată.

Realitatea depinde pe cine întrebi

Dacă nu cumva, adică, ceri să știi care poveste este cu adevărat adevărată. Sunteți cu adevărat mort sau sunteți cu adevărat viu?

Marele secret pe care ni l-au dezvăluit găurile negre este că nu există cu adevărat. Realitatea depinde de persoana pe care o întrebați. Există realitatea lui Anne și există realitatea ta. Sfârșitul poveștii.

Bine, aproape. În vara anului 2012, fizicienii Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joe Polchinski și James Sully, cunoscuți în mod colectiv sub numele de AMPS, au conceput un experiment de gândire care amenința să dea peste cap tot ceea ce credeam că știm despre găurile negre.

Ei și-au dat seama că soluția lui Susskind se baza pe faptul că orice dezacord între tine și Anne este mediat de orizontul evenimentelor. Nu a contat dacă Anne a văzut versiunea ghinionistă a ta împrăștiată printre radiațiile Hawking, deoarece orizontul a împiedicat-o să vadă cealaltă versiune a ta plutind în interiorul găurii negre.

Anne ar putea arunca o privire pe furiș în spatele orizontului

Dar ce s-ar întâmpla dacă ar exista o modalitate pentru ea de a afla ce se află de cealaltă parte a orizontului, fără a-l traversa efectiv?

Relativitatea ordinară ar spune că acest lucru este interzis, dar mecanica cuantică face ca regulile să fie un pic mai neclare. Anne ar putea arunca o privire pe furiș în spatele orizontului, folosind un mic truc pe care Einstein l-a numit „acțiune înfricoșătoare la distanță”.

Acest lucru se întâmplă atunci când două seturi de particule care sunt separate în spațiu sunt „încurcate” în mod misterios. Acestea fac parte dintr-un întreg unic, indivizibil, astfel încât informațiile necesare pentru a le descrie nu se găsesc în niciunul dintre aceste seturi, ci în legăturile ciudate dintre ele.

Ideea AMPS a fost cam așa. Să spunem că Anne pune mâna pe o bucată de informație din apropierea orizontului – numiți-o A.

Fiecare bit de informație nu poate fi încurcat decât o singură dată

Dacă povestea ei este corectă, iar tu ești terminat, amestecat printre radiațiile Hawking din afara găurii negre, atunci A trebuie să fie încurcat cu un alt bit de informație, B, care face parte, de asemenea, din norul fierbinte de radiații.

Pe de altă parte, dacă povestea ta este cea adevărată, iar tu ești viu și nevătămat de cealaltă parte a orizontului evenimentelor, atunci A trebuie să fie încurcat cu un alt bit de informație, C, care se află undeva în interiorul găurii negre.

Iată care este partea interesantă: fiecare bit de informație poate fi încurcat doar o singură dată. Asta înseamnă că A poate fi încurcat doar cu B sau cu C, nu cu amândouă.

Așa că Anne își ia bitul ei, A, și îl trece prin mașina ei la îndemână de decodare a încurcăturilor, care scuipă un răspuns: fie B, fie C.

Treceți direct prin ea și trăiți o viață normală?

Dacă răspunsul se dovedește a fi C, atunci povestea ta câștigă, dar legile mecanicii cuantice sunt încălcate. Dacă A este încurcat cu C, care se află în adâncul găurii negre, atunci acea bucată de informație este pierdută pentru Anne pentru totdeauna. Acest lucru încalcă legea cuantică potrivit căreia informația nu poate fi niciodată pierdută.

Înseamnă că rămâne B. Dacă aparatul de decodare al lui Anne descoperă că A este încurcat cu B, atunci Anne câștigă, iar relativitatea generală pierde. Dacă A este încurcat cu B, atunci povestea lui Anne este singura poveste adevărată, ceea ce înseamnă că tu chiar ai fost ars de viu. În loc să navigați direct prin orizont, așa cum spune relativitatea că ar trebui să faceți, v-ați lovit de un firewall în flăcări.

Așa că ne-am întors de unde am plecat: ce se întâmplă când cădeți într-o gaură neagră? Treci direct prin ea și trăiești o viață normală, grație unei realități care este ciudat de dependentă de observator? Sau te apropii de orizontul găurii negre doar pentru a te ciocni cu un firewall mortal?

Nimeni nu știe răspunsul, iar aceasta a devenit una dintre cele mai controversate întrebări din fizica fundamentală.

Annei i-ar lua un timp extraordinar de îndelungat pentru a decodifica încurcătura

Fizicienii au petrecut mai mult de un secol încercând să reconcilieze relativitatea generală cu mecanica cuantică, știind că, în cele din urmă, una sau alta va trebui să cedeze. Soluția la paradoxul firewall ar trebui să ne spună care dintre ele și să ne arate calea către o teorie și mai profundă a universului.

Un indiciu ar putea să se afle în mașina de decodare a lui Anne. Să ne dăm seama cu ce alt bit de informație A este încurcat este o problemă extraordinar de complicată. Așa că fizicienii Daniel Harlow de la Universitatea Princeton din New Jersey și Patrick Hayden, în prezent de la Universitatea Stanford din California, s-au întrebat cât timp va dura.

În 2013, ei au calculat că, chiar și în cazul celui mai rapid calculator pe care legile fizicii l-ar permite, Anne ar avea nevoie de un timp extraordinar de lung pentru a decoda încurcatul. Până când va avea un răspuns, gaura neagră s-ar fi evaporat de mult, dispărând din univers și luând cu ea amenințarea unui firewall mortal.

Dacă așa stau lucrurile, complexitatea pură a problemei ar putea să o împiedice pe Anne să își dea seama vreodată care este povestea reală. Astfel, ambele povești ar rămâne simultan adevărate, realitatea ar depinde în mod intrigant de observator, toate legile fizicii ar rămâne intacte și nimeni nu ar fi în pericol de a da peste un zid de foc inexplicabil.

Dacă adevărata natură a realității se află ascunsă undeva, cel mai bun loc în care se poate căuta este o gaură neagră

De asemenea, le oferă fizicienilor ceva nou la care să se gândească: conexiunile tentante dintre calculele complexe (cum ar fi cel pe care Anne se pare că nu îl poate face) și spațiul-timp. Acest lucru poate deschide ușa către ceva și mai profund.

Asta este chestia cu găurile negre. Ele nu sunt doar obstacole enervante pentru călătorii spațiali. Ele sunt, de asemenea, laboratoare teoretice care preiau cele mai subtile ciudățenii din legile fizicii, apoi le amplifică la proporții atât de mari încât nu pot fi ignorate.

Dacă adevărata natură a realității se ascunde undeva, cel mai bun loc în care se poate căuta este o gaură neagră. Totuși, probabil că cel mai bine este să te uiți din exterior: cel puțin până când se rezolvă toată chestia asta cu firewall-ul. Sau să o trimită pe Anne înăuntru. A venit deja rândul ei.

.