Οι φιλόσοφοι συζητούν τη νέα ανακάλυψη «Sonic Black Hole».
Τον περασμένο μήνα, μια ομάδα φυσικών ανέφερε στο Nature ότι ένα υγρό που παγιδεύει τον ήχο, ανάλογο με μια μαύρη τρύπα που παγιδεύει το φως, εκπέμπει ένα άχαρο φάσμα ενεργειών, όπως ακριβώς προέβλεψε ο Stephen Hawking για τις αόρατες σφαίρες που ήταν διάσημος για τη μελέτη. Αλλά οι απόψεις διίστανται σχετικά με το τι αποκαλύπτει αυτό το ηχητικό ανάλογο μιας μαύρης τρύπας για το πραγματικό είδος — όπως αυτό που είδαμε πρόσφατα σε σιλουέτα σε μια πρώτη φωτογραφία.
Το ερώτημα είναι πώς να ερμηνευτεί η παράξενη αναλογία μεταξύ ενός ρευστού ατόμων ρουβιδίου σε ένα εργαστήριο στο Ισραήλ και των μυστηριωδών αστροφυσικών αβύσκων που δημιουργούνται συχνότερα όταν τεράστια αστέρια εξαντλούν τα καύσιμα τους και καταρρέουν προς τα μέσα.
Μερικοί φιλόσοφοι και φυσικοί υποστηρίζουν ότι τα νέα ευρήματα έχουν εντυπωσιακές συνέπειες για το παράδοξο πληροφοριών για τη μαύρη τρύπα, ένα βαθύ παζλ 45 ετών για το αν ή πώς οι κβαντικές πληροφορίες διαφεύγουν από τις μαύρες τρύπες. Άλλοι θεωρούν το πείραμα ρευστού ως μια διασκεδαστική επίδειξη που δεν λέει τίποτα για τις μαύρες τρύπες ή το κεντρικό τους μυστήριο.
Το παράδοξο προέκυψε από τη διορατικότητα του Χόκινγκ το 1974 ότι μια μαύρη τρύπα δεν είναι πραγματικά μαύρη. Ο μαύρος, σφαιρικός «ορίζοντας γεγονότων» του σηματοδοτεί την γειτνίαση εντός της οποίας η βαρύτητά του είναι τόσο ισχυρή που ακόμη και οι ακτίνες φωτός δεν μπορούν να αναρριχηθούν. Αλλά ο Χόκινγκ σκέφτηκε ότι ο ιστός του χωροχρόνου στον ορίζοντα γεγονότων θα βιώσει «κβαντικές διακυμάνσεις», όπου ζεύγη σωματιδίων και αντισωματιδίων αναδύονται αυθόρμητα έξω από το κενό. Κανονικά, αυτά τα αντίθετα εκμηδενίζονται αμέσως, επιστρέφοντας ενέργεια που δανείστηκε φευγαλέα από τον προϋπολογισμό του σύμπαντος. Αλλά ένα σωματίδιο και ένα αντισωματίδιο που υλοποιούνται εκατέρωθεν του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας απομακρύνονται.
Η ενέργεια κλέβεται από το κενό, συνειδητοποίησε ο Χόκινγκ, με τη μόνιμη δημιουργία ενός νέου σωματιδίου, το οποίο ακτινοβολεί έξω από τον ορίζοντα ως «ακτινοβολία Χόκινγκ». Ο συνεργός του παίρνει την πτώση, μεταφέροντας αρνητική ενέργεια στη μαύρη τρύπα. Οι μαύρες τρύπες χάνουν ενέργεια, με άλλα λόγια, καθώς ακτινοβολούν. Αργά εξατμίζονται και συρρικνώνονται, τελικά εξαφανίζονται εντελώς.
Το πρόβλημα είναι ότι, σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Χόκινγκ, η ακτινοβολία της μαύρης τρύπας θα είναι τυχαία, με ένα άχαρο, «θερμικό» φάσμα ενεργειών που δεν μεταφέρει καμία πληροφορία για τη μαύρη τρύπα ή οτιδήποτε σχηματίστηκε ή έπεσε σε αυτήν. Αυτό σημαίνει ότι μια μαύρη τρύπα που εξατμίζεται καταστρέφει πληροφορίες – κάτι που η κβαντική μηχανική δεν επιτρέπει. Τα κβαντικά μαθηματικά στηρίζονται στην προϋπόθεση ότι οι πληροφορίες δεν χάνονται ποτέ. Καθώς τα σωματίδια ανακατεύονται και μετασχηματίζονται, μια εγγραφή του παρελθόντος παραμένει πάντα κωδικοποιημένη στο παρόν και στο μέλλον. Θα μπορούσαμε θεωρητικά να ξαναδημιουργήσουμε ένα καμένο βιβλίο από τις στάχτες του γυρίζοντας τον χρόνο πίσω.
Τις δεκαετίες από τότε που ανακαλύφθηκε η ακτινοβολία Hawking, το παράδοξο της πληροφορίας έχει παρακινήσει την αναζήτηση για μια βαθύτερη κατανόηση της φύσης. Οι σημερινοί φυσικοί πιστεύουν ευρέως ότι διατηρούνται πληροφορίες για τις μαύρες τρύπες - ότι η κβαντική φύση της βαρύτητας τροποποιεί κατά κάποιο τρόπο τους ορίζοντες γεγονότων (και διορθώνει τον υπολογισμό του Hawking) με τρόπο που κρυπτογραφεί την εξερχόμενη ακτινοβολία Hawking με μια καταγραφή του παρελθόντος. Το ερώτημα είναι πώς βγαίνουν οι πληροφορίες για τις μαύρες τρύπες.
Πριν από χρόνια, ο θεωρητικός φυσικός Bill Unruh υποστήριξε ότι οι ιδέες του Hawking σχετικά με τους ορίζοντες των μαύρων τρυπών θα πρέπει να ισχύουν και για τους «ηχητικούς ορίζοντες». Αυτό αύξησε την προοπτική δοκιμής των μαθηματικών του Χόκινγκ με αναλογία, ξεκινώντας έναν αγώνα για τη δημιουργία αναλόγων μαύρης τρύπας στο εργαστήριο. Ο πιο επιτυχημένος ασκούμενος, ο Jeff Steinhauer του Technion στη Χάιφα του Ισραήλ, δημιουργεί έναν ηχητικό ορίζοντα επιταχύνοντας ένα υγρό ατόμων ρουβιδίου-87 σε υπερηχητική ταχύτητα. Το 2016, ο Steinhauer έγινε πρωτοσέλιδο ανιχνεύοντας το ακουστικό ανάλογο της ακτινοβολίας Hawking. Κβαντικές μονάδες ήχου, που ονομάζονται φωνόνια, εμφανίστηκαν ανά ζεύγη στον ηχητικό ορίζοντα. Το ένα φωνόνι παρασύρθηκε από το κινούμενο υγρό ενώ το άλλο πάλευε προς τα πάνω και δραπέτευσε.
Τώρα, τρία χρόνια βελτιώσεων στη συσκευή «έτρεψαν τον ποσοτικό έλεγχο των προβλέψεων του Χόκινγκ», είπε ο Σταϊνχάουερ. Στη νέα του εργασία, ο ίδιος και τρεις συνεργάτες του ανέφεραν ότι η ηχητική τους ακτινοβολία είναι χωρίς χαρακτηριστικά, όπως υπολόγισε ο Χόκινγκ για τις μαύρες τρύπες. «Η ανακάλυψη μας δίνει υποδείξεις σχετικά με το παράδοξο των πληροφοριών», είπε ο Steinhauer μέσω email. «Η θερμική μορφή του φάσματος υποδηλώνει ότι η ακτινοβολία Hawking δεν μεταφέρει καμία πληροφορία. Επομένως, πρέπει να ψάξουμε αλλού για να λύσουμε το παράδοξο της πληροφορίας."
Οι περισσότεροι ερευνητές της κβαντικής βαρύτητας διαφωνούν με αυτήν την εκτίμηση, αλλά μια ομάδα φιλοσόφων που έχουν αρχίσει να ενδιαφέρονται για αναλογικά πειράματα μαύρης τρύπας πιστεύουν ότι ο Steinhauer έχει δίκιο.
Το βασικό ζήτημα είναι εάν ο χωροχρόνος στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας μπορεί να θεωρηθεί ομαλός. Τόσο ο Hawking όσο και ο Unruh, στις μελέτες τους για πραγματικές και ηχητικές μαύρες τρύπες, υπέθεσαν ότι οι κβαντικές διακυμάνσεις συμβαίνουν σε ομαλό φόντο. Ο Χόκινγκ, στους υπολογισμούς του, αποκάλυψε τις (άγνωστες) μικροσκοπικές ιδιότητες του χωροχρονικού υφάσματος στον ορίζοντα γεγονότων και ο Unruh αντιμετώπισε επίσης το ρευστό σε μια ηχητική μαύρη τρύπα ως λείο, αγνοώντας τα σύνθετα άτομα του. Είναι αυτή η «προσέγγιση της ομαλότητας» που οι περισσότεροι ερευνητές της κβαντικής βαρύτητας βρίσκουν ύποπτη. Πιστεύουν ότι οι ιδιότητες κβαντικής κλίμακας του χωροχρόνου κωδικοποιούν κατά κάποιο τρόπο πληροφορίες στην ακτινοβολία Hawking.
Οι νέες μετρήσεις του Steinhauer επιβεβαιώνουν ότι στη ρευστή περίπτωση, η προσέγγιση της ομαλότητας λειτουργεί. Επιπλέον, οι θεωρητικές μελέτες του Unruh υποδηλώνουν ότι τα υγρά με διαφορετικές μικροσκοπικές ιδιότητες θα εξακολουθούν να είναι λεία σε μακροσκοπικές κλίμακες και να εκπέμπουν χωρίς χαρακτηριστικά, θερμική ακτινοβολία Hawking. Οι φιλόσοφοι υποστηρίζουν ότι η «καθολικότητα» της ακτινοβολίας Hawking - η στιβαρότητα και η αναισθησία της στις λεπτόκοκκες λεπτομέρειες ενός μέσου - υποδηλώνει ότι η προσέγγιση της ομαλότητας θα πρέπει επίσης να ισχύει για τον χωροχρόνο.
«Υποστηρίζουμε ότι αν αποδειχθεί ότι οι υποθέσεις μοντελοποίησης δεν σας καθοδηγούν λάθος στην ακουστική περίπτωση, αυτό σας δίνει καλό λόγο, βάσει εκτιμήσεων καθολικότητας, να πιστεύετε ότι δεν σας καθοδηγούν λάθος στην περίπτωση του Χόκινγκ », δήλωσε ο Eric Winsberg, φιλόσοφος της επιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Φλόριντα και συν-συγγραφέας μιας πρόσφατης μελέτης αναλογικών πειραμάτων μαύρης τρύπας. Με άλλα λόγια, τα νέα αποτελέσματα αυξάνουν την πιθανότητα "ότι οι πληροφορίες σε πραγματικές μαύρες τρύπες πρέπει να χαθούν."
Υπάρχει όμως ένα σημαντικό αλίευμα, το οποίο συζήτησαν οι φιλόσοφοι σε μια άλλη πρόσφατη εργασία:Ακόμα κι αν η προσέγγιση της ομαλότητας ισχύει καθολικά για τα υγρά, μπορεί να μην ισχύει για τον χωροχρόνο, ο οποίος μπορεί να είναι ραμμένος από μικροσκοπικά μέρη σύμφωνα με ένα πολύ πιο περίεργο μοτίβο. Ίσως, όπως το έθεσε ο Winsberg, «υπάρχουν περισσότεροι τρόποι με τους οποίους ο χωροχρόνος θα μπορούσε να αποκλίνει από την ομαλότητα από όσους ονειρευόσουν τη φιλοσοφία σου».
Για παράδειγμα, διάφορα πειράματα σκέψης και παραδείγματα παιχνιδιών υποδηλώνουν ότι ο χωροχρόνος μπορεί να είναι ολογραφικός - μια γεωμετρική προβολή, παρόμοια με το πώς ένα σύμπαν βιντεοπαιχνιδιών αναδύεται από ένα τσιπ υπολογιστή. Το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας μπορεί να είναι ένα ολόγραμμα που προβάλλεται από πληροφορίες που κωδικοποιούνται στον ορίζοντα γεγονότων. Ο Ντάνιελ Χάρλοου, θεωρητικός της κβαντικής βαρύτητας και ειδικός στις μαύρες τρύπες στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, είπε ότι ένα τέτοιο σενάριο αναμένεται να προσθέσει λεπτή δομή στο φάσμα της ακτινοβολίας Χόκινγκ. Η ακτινοβολία θα φαινόταν θερμική, αλλά θα εμφανίζονταν μοτίβα με νόημα «αν τροφοδοτούσατε ολόκληρο το νέφος ακτινοβολίας σε έναν κβαντικό υπολογιστή και εκτελέσατε μερικούς φανταχτερούς αλγόριθμους σε αυτόν».
Οι φιλόσοφοι παραδέχονται ότι οι εξωτικές δυνατότητες για τις ιδιότητες κβαντικής κλίμακας του χωροχρόνου «σβήνουν τη δύναμη» με την οποία το πείραμα του Steinhauer καθιστά πιο πιθανή την απώλεια πληροφοριών για τη μαύρη τρύπα.
Θα αλλάξει κάτι από όλα αυτά σε κανέναν; Διαφορετικές αρχικές πεποιθήσεις, απαιτήσεις αποδεικτικών στοιχείων και άλλοι παράγοντες «μπορούν να έχουν μεγάλη επίδραση στα είδη των συμπερασμάτων που βγάζουν οι επιστήμονες», δήλωσε ο Sean Gryb, φυσικός και φιλόσοφος στο Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ. Οι θεωρητικοί της κβαντικής βαρύτητας σχεδόν σίγουρα θα συνεχίσουν να πιστεύουν ότι η πληροφορία ξεφεύγει από τις μαύρες τρύπες, ακόμη και όταν η μειοψηφία που πιστεύει στην απώλεια πληροφοριών αισθάνεται μεγαλύτερη αυτοπεποίθηση. Χωρίς τη μέτρηση της πραγματικής ακτινοβολίας της μαύρης τρύπας - η οποία είναι πέρα από την πειραματική εμβέλεια - πώς θα συμφωνήσουν ποτέ οι ειδικοί; "Αυτό είναι το είδος του ερωτήματος στο οποίο οι φιλόσοφοι της επιστήμης αναζητούν μια σαφή απάντηση εδώ και πολύ καιρό", είπε ο Gryb.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε στο Wired.com και στα Ισπανικά στη διεύθυνση Investigacionyciencia.es .
