Fisikawan teoretis Stephen Hawking, Malcolm Perry dan Andrew Strominger telah mengusulkan solusi untuk paradoks kehilangan informasi di lubang hitam. Masalah ini dianggap oleh banyak ilmuwan sebagai salah satu yang paling penting dalam fisika, karena dikaitkan dengan determinisme dunia - bagaimana masa lalu, sekarang dan masa depan saling mempengaruhi. "Lenta.ru" menceritakan detail penelitian tersebut.
Inti dari masalah paradoks informasi lubang hitam adalah sebagai berikut. Menurut versi paling sederhana dari teorema tanpa rambut, lubang hitam tidak bermuatan dan tidak berputar yang dijelaskan dalam ruangwaktu Schwarzschild dicirikan oleh hanya satu parameter - massa. Kata "rambut" dalam hal ini digunakan sebagai metafora untuk parameter lain dan diusulkan oleh fisikawan John Wheeler.
Paradoks ini berarti bahwa tidak ada cara untuk membedakan lubang hitam dengan massa yang sama satu sama lain. Materi yang masuk ke lubang hitam kemudian menguap karena radiasi Hawking, dan tidak jelas apa yang terjadi pada informasi yang dibawanya sebelumnya. Secara umum, ini dapat berarti, seperti yang ditunjukkan Strominger dalam wawancara dengan editor Seth Fletcher untuk Scientific American, dunia tidak pasti: masa kini tidak menentukan masa depan dan tidak dapat digunakan untuk merekonstruksi masa lalu sepenuhnya.
Hawking pertama kali mengumumkan penemuan baru ini pada 25 Agustus 2015, berbicara pada konferensi di Royal Institute of Technology di Stockholm. Kemudian dia menggugah komunitas ilmiah dengan artikel mendatang yang ditujukan untuk memecahkan paradoks lubang hitam. "Informasi tidak disimpan di dalam, seperti yang diharapkan, tetapi di cakrawala peristiwa lubang hitam," kata ilmuwan pada saat itu. Dia juga menyebutkan siaran super yang digunakan oleh penulis dalam karya (lebih lanjut tentang mereka di bawah), penelitian yang diilhami oleh Strominger Hawking untuk menulis artikel tersebut. "Idenya adalah bahwa siaran super adalah hologram partikel yang jatuh," kata Hawking. "Mereka berisi semua informasi yang mungkin telah hilang." Ilmuwan juga berbicara tentang prospek penggunaan informasi dari lubang hitam. “Untuk semua tujuan praktis, informasi hilang,” kata Hawking. Menurut dia,lubang hitam mengembalikan informasi dalam "bentuk yang kacau dan tidak berguna".
Dalam kuliahnya sehari sebelumnya, pada 24 Agustus, Hawking berbicara tentang lubang hitam sebagai terowongan menuju alam semesta lain. “Jika lubang hitam cukup besar dan berputar, itu bisa menjadi jembatan ke alam semesta lain. Tapi setelah melewatinya, kamu tidak akan kembali ke kita,”kata fisikawan itu. Hawking mempresentasikan idenya pada konferensi pada 3 September dalam pracetak di situs arXiv.org. Karya Hawking itu sendiri, ditulis bersama Perry dan Strominger, diterbitkan di sana pada 5 Januari 2016.
Malcolm Perry, Andrew Strominger dan Stephen Hawking (kiri ke kanan)
Foto: Anna N. Zytkow / scientificamerican.com
Sebelumnya (sejak pertengahan 1970-an) Hawking percaya bahwa informasi tidak disimpan dalam lubang hitam. Mengenai masalah ini, pada tahun 1997, ia dan Kip Thorne bertaruh dengan fisikawan teoretis Amerika John Preskill. Pandangan Hawking tentang paradoks informasi lubang hitam telah berubah dengan kemajuan dalam teori string.
Video promosi:
Pada tahun 1996, dalam kerangka teori string, Strominger dan Kumrun Wafa mendemonstrasikan penurunan ekspresi entropi lubang hitam, yang pertama kali diperoleh secara termodinamika oleh fisikawan Israel Jacob Bekenstein pada tahun 1973. Kesimpulan mereka menunjukkan bahwa penguapan lubang hitam mempertahankan kesatuan mekanika kuantum (terkait dengan interpretasi probabilitas yang konsisten), yang sebelumnya dipertanyakan oleh Hawking.
Dalam sebuah karya yang diterbitkan pada tahun 2005, ilmuwan Inggris itu mencoba menjelaskan secara kualitatif tentang kekekalan informasi dalam lubang hitam menggunakan teknik integral fungsional yang diambil alih suatu ruang dengan topologi sepele. Hasil yang sama mengikuti gagasan korespondensi AdS / CFT yang dikemukakan pada tahun 1998 oleh Juan Maldacena dalam kerangka teori string. Ini, pada gilirannya, didasarkan pada prinsip holografik yang diajukan pada 1993 oleh fisikawan teoretis Belanda Gerard t'Hooft (ilmuwan ini menerbitkan pracetak pada 5 September 2015 dengan cara alternatif menyimpan informasi dengan lubang hitam).
Dalam karya baru, para ilmuwan membangun penelitian dari tahun 1960-an. Kemudian fisikawan Steven Weinberg dan yang lainnya mengusulkan konsep terjemahan super (mereka tidak boleh bingung dengan istilah dengan nama yang sama yang digunakan dalam matematika super). Selain itu, penulis menggunakan hasil Strominger dan rekan penulis, yang kemudian diikuti bahwa lubang hitam memiliki apa yang disebut rambut lembut. Strominger menggunakan foton lunak yang diketahui dari elektrodinamika kuantum - kuanta radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang besar yang digunakan dalam renormalisasi (prosedur untuk menghilangkan divergensi dalam teori medan kuantum). Partikel semacam itu memiliki energi rendah dan, ketika menjelaskan keadaan vakum (dengan energi terendah), menyebabkan munculnya keadaan kuantum baru yang dicirikan oleh momentum sudut (karena foton memilikinya).
Strominger menjadi tertarik pada pertanyaan apakah keadaan kuantum awal sistem akan berbeda dari yang berikutnya jika kita menyetel panjang gelombang foton menjadi tak hingga (yaitu, menghitung energinya sebagai nol). Perhitungan telah menunjukkan bahwa keadaan kuantum sistem akan berubah dalam kasus ini. Graviton lunak dan foton dalam batas panjang gelombang tak terhingga berada pada batas ruang-waktu. Diterapkan pada lubang hitam, ternyata partikel lembut terlokalisasi di cakrawala peristiwa - hologram tiga dimensi dari lubang ruang-waktu empat dimensi.
Ketika mereka berbicara tentang siaran super, yang dimaksud para ilmuwan adalah transformasi berkas cahaya identik yang ada di cakrawala peristiwa lubang hitam. Pada 1960-an, terjemahan super digunakan untuk mendeskripsikan sinar cahaya pada tak terhingga dalam ruangwaktu, bukan cakrawala peristiwa lubang hitam. Strominger menjelaskan gagasan penyiaran super menggunakan contoh kumpulan sedotan yang panjang dan identik tanpa batas. Jika salah satu dari mereka digerakkan ke atas atau ke bawah relatif terhadap yang lain, apakah gerakan seperti itu dapat dianggap nyata? Penelitian oleh para ilmuwan telah memberikan jawaban positif untuk pertanyaan ini.
Gerard t'Hooft dan Stephen Hawking
Foto: Håkan Lindgren / kth.se
“Jika Anda membandingkan dua lubang hitam yang berbeda hanya pada penambahan foton lunak yang tidak mengubah energi, Anda mendapatkan lubang hitam yang berbeda. Dan kemudian Anda membiarkannya menguap. Dalam hal ini, mereka harus menguap menjadi sesuatu yang berbeda satu sama lain. Kami memberikan rumus yang tepat, yang merupakan salah satu hasil utama dari pekerjaan kami, yang menjelaskan perbedaan dalam keadaan kuantum lubang hitam, yang ditambahkan atau tidak ditambahkan foton lunak,”kata Strominger kepada Scientific American.
Fisikawan mencatat bahwa selama penelitian ia mampu merumuskan 35 masalah yang menjanjikan, penyelesaiannya masing-masing dapat memakan waktu hingga beberapa bulan. “Jika kita memiliki semua bahan untuk memahami dinamika kuantum lubang hitam, itu memungkinkan untuk menghitung jumlah piksel holografik,” katanya. Di masa depan, Strominger dan rekan penulis tidak akan mempelajari terjemahan super, tetapi rotasi super. Menggunakan analogi dengan sedotan panjang tak terhingga yang identik, kita dapat mengatakan bahwa dalam kasus ini sedotan yang terakhir bertukar tempat satu sama lain (satu sedotan berputar mengelilingi sedotan lainnya).
"Mereka (rotasi super) adalah jenis simetri lain pada tak terhingga, di mana Anda tidak hanya menggerakkan sinar cahaya ke atas dan ke bawah, tetapi Anda mengizinkannya untuk bergerak relatif satu sama lain," kata Strominger. Ilmuwan mulai mempelajari transformasi semacam itu sekitar sepuluh tahun yang lalu, dan kemajuan dalam memahaminya hanya dicapai dalam dua tahun terakhir. Hawking yang merayakan ulang tahunnya yang ke-74 pada 8 Januari ini akan mempresentasikan visinya tentang karya barunya dalam kuliah yang akan disiarkan pada 26 Januari dan 2 Februari oleh Radio BBC 4.
Andrey Borisov
