Τείχη προστασίας γύρω από μαύρες τρύπες

Το Μάρτιο του 2012, ο θεωρητικός χορδών Joseph Polchinski, δοκίμασε να απαντήσει στο ερώτημα του τι ακριβώς θα συνέβαινε σε έναν αστροναύτη που «έπεφτε» σε μια μαύρη τρύπα. Σκέψεις γύρω από αυτό το απλό φαινομενικά νοητικό πείραμα, έχουν οδηγήσει σε μια σειρά από δημοσιεύσεις, και το «παράδοξο του τείχους προστασίας» (firewall paradox).


Το πείραμα του Hawking

Το 1976, ο γνωστός θεωρητικός φυσικός Stephen Hawking, προέβλεψε πως οι μαύρες τρύπες καταστρέφουν εντός τους πληροφορία, και πως οι αρχές της κβαντικής μηχανικής θα έπρεπε να αναθεωρηθούν. Το 2004 όμως, άλλαξε γνώμη, χρησιμοποιώντας ένα από τα πιο υπέροχα νοητικά πειράματα στην ιστορία.

A meeting of physicists brought many of that science's leading minds to UCSB March 2. Shown here are, front, Stephen Hawking of Cambridge University,and, back left to right, Joseph Polchinski of UCSB's Institute of Theoretical Physics; David Gross, ITP director; Edward Witten, Princeton University; and Paul Steinhardt, Princeton University. 

Σκεφτείτε μια μαύρη τρύπα, με τον «ορίζοντα γεγονότων» γύρω της. Ό,τι περνάει μέσα από τον ορίζοντα γεγονότων, παγιδεύεται για πάντα εντός της και «πέφτει» σ’ αυτό που ονομάζουμε μοναδικότητα, μια ανωμαλία του χωροχρόνου. Στις παρυφές του ορίζοντα γεγονότων, η κβαντική μηχανική ορίζει πως δημιουργούνται ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων από το κενό. Τότε, το σωματίδιο εξωτερικά του ορίζοντα, εκπέμπεται στο διάστημα, ενώ αυτό εσωτερικά του ορίζοντα, «πέφτει» εντός της μοναδικότητας. Τα δύο σωματίδια είναι όμως «μπλεγμένα», και οι ιδιότητες του ενός επηρεάζουν τις ιδιότητες του άλλου.
Το 1974, ο ίδιος ο Hawking είχε προβλέψει πως τελικά οι μαύρες τρύπες «εξατμίζονται», καθώς ακτινοβολούν τη λεγόμενη ακτινοβολία Hawking. Έτσι καταρρέει η κυματοσυνάρτηση που τις περιγράφει, κάτι που δεν επιτρέπεται από τις βασικές αρχές τις κβαντομηχανικής. Είναι διάσημη η ρήση του Hawking πάνω στο θέμα πως «όχι μόνο ο Θεός παίζει ζάρια, αλλά πολλές φορές μας μπερδεύει και τα ρίχνει σε μέρη που δε μπορούμε να δούμε το αποτέλεσμα».
Η εργασία αυτή του Hawking άντεξε για δεκαετίες στις πιέσεις, μέχρι το 2004, οπότε και ο διάσημος φυσικός άλλαξε γνώμη, υποστηρίζοντας πως εντέλει δεν χάνεται πληροφορία και πως θα έπρεπε να αναθεωρήσουμε άλλα κομμάτια της θεωρίας. Η διαδεδομένη άποψη μέχρι σήμερα, είναι πως εάν θέλουμε να κρατήσουμε την κβαντομηχανική ως έχει, θα πρέπει να αλλάξουμε τις ιδέες μας για τη δομή του χωροχρόνου.

Το παράδοξο του τείχους προστασίας

Το παράδοξο του τείχους προστασίας, είναι ο ισχυρισμός πως εάν δε χάνεται πληροφορία στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας καθώς αυτή εξατμίζεται, ο αστροναύτης που «πέφτει» εντός της θα παρατηρήσει ένα μεγάλο και μυστηριώδη τοίχο από ακτινοβολία καθώς διασχίζει τον ορίζοντα γεγονότων. Κι αυτό γιατί μέχρι τώρα θεωρήσαμε πως κοντά στον ορίζοντα γεγονότων υπήρχε κενό, επιτρέποντας τη δημιουργία μπλεγμένων ζευγαριών σωματιδίων-αντισωματιδίων.
Αυτό όμως μπορεί να οδηγήσει στο εξής παράδοξο: φανταστείτε ένα φωτόνιο στο εσωτερικό της μαύρης τρύπας, που έχει παγιδευτεί εκεί πριν πολύ καιρό, και είναι έτοιμο να βγει προς τα έξω, καθώς η μαύρη τρύπα εξατμίζεται. Αν δεν έχει χαθεί πληροφορία, αυτό το φωτόνιο είναι ακόμη μπλεγμένο με το φωτόνιο που είχε φύγει προς τα έξω πριν τόσο καιρό (θυμηθείτε, το ένα σωματίδιο είχε πέσει στην τρύπα, ενώ το άλλο είχε φύγει προς τα έξω).
Εάν τώρα υπάρχει κενό κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, το φωτόνιο που ετοιμάζεται να βγει τώρα έξω, επιτρέπεται να μπλεχτεί και με ένα ακόμη φωτόνιο το οποίο θα μπαίνει μέσα εκείνη την ώρα. Καθώς όμως απαγορεύεται ένα σωματίδιο να είναι μπλεγμένο με δύο άλλα σωματίδια, θεωρούμε πως δε γίνεται να υπάρχει κενό εντός του ορίζοντα γεγονότων. Άρα, υπάρχει ένα «τείχος προστασίας» στον ορίζοντα γεγονότων, που απαγορεύει το εκ νέου μπλέξιμο των σωματιδίων.
Nα πώς λειτουργεί στη φυσική καμιά φορά η λογική: εάν θεωρήσουμε κάτι σαν δεδομένο και προκύψει ένα παράδοξο, επινοούμε κάτι τελείως καινούριο, ώστε να μην αλλάξουμε τους βασικούς μας κανόνες και να αρθεί το παράδοξο. Και μένει να δούμε, εάν έχουμε δίκαιο.

Σκουληκότρυπες εναντίον firewalls

Η ιδέα έχει προκαλέσει μια μεγάλη σειρά από άρθρα, και μερικές ιδέες που μοιάζουν τρελές, παρόλο που προέρχονται από διάσημους φυσικούς, όπως για παράδειγμα η ιδέα του Juan Maldacena και του Leonard Susskind, πως ανάμεσα στα μπλεγμένα σωματίδια υπάρχει ένα είδος σκουληκότρυπας, ώστε να αποφύγουν την ανάγκη για αυτό το μυστηριώδες τείχος προστασίας. Και η έρευνα συνεχίζεται…

Πηγή: Ναυτεμπορική