Вселенский компьютер

Вселенский компьютер

Физики-теоретики Стивен Хокинг, Малкольм Перри и Эндрю Строминжер предложили решение парадокса потери информации в черных дырах. Эта проблема многими учеными считается одной из самых важных в физике, поскольку связана с детерминированностью мира — тем, как прошлое, настоящее и будущее влияют друг на друга. «Лента.ру» рассказывает подробности исследования.

Сущность проблемы информационного парадокса черных дыр сводится к следующему. Согласно простейшей версии теоремы «об отсутствии волос», незаряженные и невращающиеся черные дыры, описанные в пространстве-времени Шварцшильда, характеризуются только одним параметром — массой. Слово «волосы» в этом случае используется в качестве метафоры для обозначения других параметров и предложено физиком Джоном Уилером.

Парадокс означает, что нет никакого способа отличить друг от друга черные дыры, имеющие равные массы. Материя, попадающая в черную дыру, впоследствии испаряется благодаря излучению Хокинга, и неясно, что происходит с переносимой ею ранее информацией. В широком смысле это может означать, как отметил Строминжер в интервью редактору Сету Флетчеру для Scientific American, недетерминированность мира: настоящее не определяет будущее и не может быть использовано для полной реконструкции прошлого.

О новом открытии Хокинг впервые заявил 25 августа 2015 года, выступая на конференции в Королевском технологическом институте в Стокгольме. Тогда он заинтриговал научную общественность готовящейся статьей, посвященной решению парадокса черных дыр. «Информация сохраняется не внутри, как можно было бы ожидать, а на горизонте событий черной дыры», — заявил тогда ученый. Он также упомянул супертрансляции, используемые авторами в работе (о них — ниже), исследование которых Строминжером вдохновило Хокинга на написание статьи. «Идея в том, что супертрансляции есть голограмма падающих частиц, — сказал Хокинг. — Они содержат всю информацию, которая иначе могла бы быть утеряна». Рассказал ученый и о перспективах использования информации из черных дыр. «Для всех практических целей информация теряется», — сказал Хокинг. По его словам, черные дыры возвращают информацию в «хаотической и бесполезной форме».

В своей лекции, организованной на день раньше, 24 августа, Хокинг рассказал о черных дырах как туннелях в другие вселенные. «Если черная дыра достаточно большая и вращается, она может быть мостом в другую вселенную. Но пройдя по нему, вы не вернетесь в нашу», — сказал физик. Представленные на конференции соображения Хокинг изложил 3 сентября в препринте на сайте arXiv.org. Сама работа Хокинга в соавторстве с Перри и Строминжером была опубликована там же 5 января 2016 года.

Ранее (с середины 1970-х годов) Хокинг полагал, что в черных дырах информация не сохраняется. По этому вопросу в 1997 году он и Кип Торн заключили пари с американским физиком-теоретиком Джонном Прескиллом. Точка зрения Хокинга об информационном парадоксе черных дыр изменилась после прогресса в теории струн.

В 1996 году в рамках теории струн Строминджер и Кумрун Вафа продемонстрировали вывод выражения для энтропии черных дыр, впервые полученного термодинамическим способом израильским физиком Якобом Бекенштейном в 1973 году. Их вывод указывает на то, что при испарении черных дыр сохраняется унитарность квантовой механики (связанная с непротиворечивой интерпретацией вероятности), что ранее Хокинг подвергал сомнению.

В опубликованной в 2005 году работе британский ученый попробовал качественно объяснить сохранение информации в черной дыре при помощи техникифункционального интеграла, взятого по пространству с тривиальной топологией. Эти же результаты следовали из предложенной в 1998 году Хуаном Малдасеной в рамках теории струн идеи AdS/CFT-соответствия. Она, в свою очередь, основана на голографическом принципе,предложенном в 1993 году нидерландским физиком-теоретиком Герардом т"Хоофтом (этот ученый 5 сентября 2015 года опубликовалпрепринт с альтернативным способом сохранения информации черной дырой).

В новой работе ученые основывались на исследованиях 1960-х годов. Тогда физики Стивен Вайнберг и другие предложили концепцию супертрансляций (их не стоит путать с одноименным термином, используемым в суперматематике). Кроме того, авторы использовали результаты Строминжера и соавторов, из которых следовало наличие у черной дыры так называемых мягких волос. Строминжер использовал известные из квантовой электродинамики мягкие фотоны — кванты электромагнитного излучения большой длины волны, используемые в перенормировках (процедурах устранения расходимостей в квантовой теории поля). Такие частицы обладают малой энергией и при описании вакуумного состояния (с наименьшей энергией) приводят к появлению нового квантового состояния, характеризующегося угловым моментом (поскольку таковой есть у фотона).

Строминжер заинтересовался вопросом, будет ли отличным первоначальное квантовое состояние системы от последующего в случае, если положить длину волны фотона бесконечной (то есть посчитать его энергию равной нулю). Вычисления показали, что квантовое состояние системы в этом случае изменится. Мягкие гравитоны и фотоны в пределе бесконечной длины волны существуют на границах пространства-времени. В приложении к черным дырам оказывается, что мягкие частицы локализуются на горизонте событий — трехмерной голограмме четырехмерной пространственно-временной дыры.

Говоря о супертрансляциях, ученые имеют в виду преобразования идентичных световых лучей, существующих на горизонте событий черной дыры. В 1960-х годах супертрансляции использовались для описания световых лучей на бесконечности пространства-времени, а не горизонте событий черных дыр. Строминжер пояснил идею супертрансляции на примере совокупности бесконечно длинных и идентичных друг другу соломинок. Если одну из них переместить вверх или вниз относительно других, можно ли считать такое перемещение реальным? Исследования ученых дали положительный ответ на этот вопрос.

«Если вы сравните две черные дыры, которые отличаются только добавлением мягкого фотона, который не изменяет энергию, вы получите разные черные дыры. А потом вы позволите им испариться. В этом случае они должны испариться во что-то отличное друг от друга. Мы даем точную формулу, являющуюся одним из главных результатов нашей работы, описывающую отличия в квантовом состоянии черной дыры, в которую был или не был добавлен мягкий фотон», — рассказал в интервью Scientific American Строминжер.

Физик отметил, что в ходе проведенного исследования ему удалось сформулировать 35 перспективных задач, решение каждой из которых может занять до нескольких месяцев. «Если у нас есть все ингредиенты для понимания квантовой динамики черных дыр, это делает возможным подсчет количества голографических пикселей», — сказал он. В дальнейшем Строминжер с соавторами собирается изучать не супертрансляции, а суперротации. Используя аналогию с одинаковыми бесконечно длинными соломинками, можно сказать, что в этом случае последние меняются местами друг с другом (одна соломинка совершает вращение вокруг другой).

«Они (суперротации) представляют собой еще один вид симметрии на бесконечности, где вы не просто перемещаете световые лучи вверх и вниз, а позволяете им двигаться друг относительно друга», — сказал Строминжер. Такие преобразования ученые начали изучать около десяти лет назад, а прогресс в их понимании достигнут лишь в последние два года. Свои видение новой работы Хокинг, отметивший 8 января свое 74-летие, представит на лекциях, которые 26 января и 2 февраля будет транслировать BBC Radio 4.

Newsland.ru

Похожие новости:
В Стэнфордском университете создают живой компьютер
Американцы решили совместить технологии и медицину в одном компьютере. Они работают над электронным устройством на основе ДНК живых организмов. Первая деталь уже готова - биологический транзистор. По словам ученых, он работает гораздо лучше, чем электронные аналоги. Созданный элемент являет собой воплощение нано-технологического ..
2013-03-30 1266 0 Разное, интересное
0
Будущее глазами футуролога из Google. Бессмертие – только начало
Американский футуролог и технический директор Google Рэй Курцвейл знаменит во всем мире. Популярность ему принесли книги, посвященные будущему технологий и человечества. Он доказал, что человеческий прогресс стремительно пошел вверх с появлением технологий распознавания речи.И вот новое сенсационное заявление Рэймонда Курцвейля ..
2016-04-11 1880 0 Разное, интересное
0
Фотографу пересадили вместо глаза камеру
Таня Влач, фотограф из Сан-Франциско. Она лишилась левого глаза в автокатастрофе. И теперь решилась на уникальную операцию, когда вместо потерянного глаза ей будет встроена мини-кинокамера... Операция стоит 15000 долларов. Новое устройство позволит Тане записывать самые интересные ..
2012-06-26 1538 0 Разное, интересное
0
Математик Теренс Тао обогнал компьютер в решении проблемы несоответствия Эрдеша
Математик Теренс Тао решил так называемую проблему несоответствия Пала Эрдеша. Предыдущее ее решение, полученное в течение шести часов компьютером, представляет собой файл объемом 13 гигабайт, что на три гигабайта больше, чем весь текстовый архив Wikipedia. Свои результаты исследований Тао опубликовал ..
2015-09-27 1381 0 Разное, интересное
0
Насколько умён искусственный интеллект?
...Как выясняется, пока не слишком: экспериментальная компьютерная система ConceptNet 4 по «умственным» способностям может сравниться разве что с четырёхлетним ребёнком. Как далеко зашли технологии развития искусственного интеллекта (ИИ)? Задавшись этим вопросом, специалисты из Иллинойсского университета в Чикаго (США), ..
2013-07-17 1285 0 Разное, интересное
0
Компьютерный сбой помог Deep Blue победить Каспарова
В 1997 году Гарри Каспаров проиграл шахматный матч компьютеру Deep Blue. В первой партии матча компьютер сделал ход, который вывел Каспарова из равновесия и заставил экспертов говорить о скрытой силе искусственного интеллекта. Поражение Каспарова навсегда ..
2012-10-5 1198 0 Разное, интересное
0
Ученый утверждает, что изобрел машину для предсказания будущего
Иранский 27-летний ученый Али Разеги запатентовал изобретение "Машина времени Арйяйек" в центре стратегических инноваций Ирана, сообщает британская газета Daily Telegraph. По словам ученого, эта машина не переносит пользователя в будущее, а предсказывает его на пять-восемь лет вперед по отпечаткам пальцев. "Мое ..
2013-04-11 1831 0 Разное, интересное
0
С помощью микроволновки изучат ДНК и радиоактивные изотопы
Разработанная американскими инженерами модификация обыкновенной СВЧ-печи позволит уничтожать опасные материалы (от вирусов до метамфетамина), оставляя возможность изучать ДНК или химический состав ликвидированного вещества, сообщается в пресс-релизе Окриджской национальной лаборатории. Новый инструмент криминалистов и дезинфекторов состоит из двух микроволновок. ..
2014-09-18 961 0 Разное, интересное
0
Британские ученые создали самый реалистичный аватар
Ученые Кембриджского университета совместно с японскими коллегами создали самый реалистичный аватар. Первая электронная девушка получила имя Зои. Она может произнести любой текст, введенный в компьютер, с заданной эмоциональной окраской. Возможно, в будущем Зои и ее сестры заменят учителей в школах ..
2013-04-3 1082 0 Разное, интересное
0
Миллионер из России создаст бессмертного киборга
В субботу 15 июня этого года представитель проекта ”Россия 2045” Дмитрий Ицков собрал лучшие умы мира и несколько роботов в Нью-Йорке для обсуждения вопросов бессмертия. Ицков, выглядящий моложе своих 32 лет, представил четкое расписание этапов для достижения поставленной цели: ..
2013-06-18 1967 0 Разное, интересное
0
Человек доказал свое превосходство над компьютером в безлимитном покере
Двухнедельный турнир по покеру между лучшей компьютерной программой и четырьмя профессионалами (из первой десятки рейтинга лучших игроков мира) закончился победой человека. Разработанная в Университете Карнеги-Меллон программа Claudico проиграла в безлимитный техасский холдем около 732 тысяч долларов. ..
2015-05-12 1275 0 Разное, интересное
-1
Бессмертие изобретут через год
Во вторник в "Комсомольской правде" прошла пресс-конференция, приуроченная к приезду англичанина Найджела Экланда - одного из немногих в мире инвалидов с бионическим протезом. "Все, что мне нужно, - это представить, что я сжимаю шарик. Или еду на мотоцикле", - рассказывал Экланд, демонстрируя свою руку, кисть которой то сжималась, то разжималась. ..
2015-03-22 2012 0 Разное, интересное
1
Стимуляция мозга поможет развить когнитивные навыки
Университет Пенсильвании выяснил, как можно мобилизовать интеллектуальные ресурсы мозга. Ученые собрали группу из 11 человек, которые согласились на глубокую электростимуляцию мозга. У всех добровольцев была болезнь Паркинсона. Стимуляции подвергалась так называемая черная субстанция мозга. Эта зона важна для регулирования ..
2014-05-20 1755 0 Разное, интересное
0
Девять мифов и фактов о молнии
Ученые изучают молнию на протяжении сотен лет. Хотя они прекрасно знают, что вызывает молнии, эти загадочные вспышки электричества хранят еще много секретов. Учитывая, что летом начался сезон отпусков, мы предлагаем вам пополнить копилку ваших знаний полезными и интересными фактами о молниях. ..
2013-12-12 1514 0 Разное, интересное
1
Ученые изучают наш мир на виртуальность
Ученые физики из США и Великобритании нашли способ проверки того, живем ли мы в реальном мире или в виртуальной реальности, созданной нашими дальними потомками. Профессор физики Университета штата Вашингтон Мартин Сэвидж со своим аспирантом Зоре Давуди и Сайласом Бином из Университета Нью-Хемпшира ..
2013-01-8 2631 0 Разное, интересное
0