Co dzieje się z informacją po tym, jak wyjdzie ona poza horyzont zdarzeń czarnej dziury? Pojawiły się sugestie, że geometria tuneli czasoprzestrzennych może nam pomóc w rozwiązaniu tego trudnego problemu. W nowym artykule międzynarodowy zespół fizyków znalazł obejście, które pozwoli lepiej zrozumieć, w jaki sposób zapadająca się czarna dziura może uniknąć naruszenia podstawowych praw fizyki kwantowej.

Chociaż praca jest czysto teoretyczna, sugeruje, że prawdopodobnie są rzeczy, których brakuje w naszych dążeniach do rozwiązania ogólnej teorii względności za pomocą mechaniki kwantowej. Naukowcy odkryli nową geometrię tuneli czasoprzestrzennych, która nie została uwzględniona w konwencjonalnych obliczeniach. Entropia obliczona przy użyciu nowej geometrii daje zupełnie inny wynik.

Paradoks informacji o czarnych dziurach jest jedną z nierozwiązanych sprzeczności między ogólną teorią względności Einsteina a mechaniką kwantową. Zgodnie z ogólną teorią względności horyzont zdarzeń czarnej dziury jest punktem bez powrotu. Wszystko, co przekracza ten punkt krytyczny, jest nieuchronnie wciągane do studni grawitacyjnej czarnej dziury i żadna prędkość we wszechświecie, nawet prędkość światła w próżni, nie jest wystarczająca, aby uciec. To wszystko zniknęło, bezpowrotnie.

Następnie, w latach 70., pojawił się Stephen Hawking i zasugerował, że biorąc pod uwagę mechanikę kwantową, czarne dziury mogą nadal emitować promieniowanie. Zgodnie z teorią dzieje się to w wyniku interferencji czarnej dziury z falowymi właściwościami otaczających cząstki, co powoduje jej „świecenie” w temperaturze, która wzrasta wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru czarnej dziury. W końcu ta poświata powinna spowodować, że czarna dziura skurczy się do zera. Nazywa się to parowaniem czarnej dziury, ponieważ czarna dziura kurczy się jak kropla parującej wody.

Ponieważ „poświata” nie wygląda jak to, co weszło do czarnej dziury, wydawałoby się, że wszystko, co wpadło do odparowanej czarnej dziury, zniknęło na zawsze. Ale zgodnie z mechaniką kwantową informacja nie może po prostu zniknąć z wszechświata. Wielu fizyków badało możliwość, że w jakiś sposób ta informacja jest zakodowana w promieniowaniu Hawkinga. Naukowcy próbowali zbadać ten pomysł matematycznie, obliczając entropię promieniowania Hawkinga wokół czarnej dziury. Jest to miara nieporządku w systemie, którą można wykorzystać do diagnozowania utraty informacji w promieniowaniu Hawkinga.

Jesli nieporządek jest odwrócony, a entropia spada do zera w miarę znikania czarnej dziury, wówczas należy wykluczyć paradoks brakujących informacji. Niestety w mechanice kwantowej nie ma nic, co pozwalałoby na taką zmianę. Pojawia się tunel czasoprzestrzenny, a przynajmniej matematyczna kopia tunelu czasoprzestrzennego w bardzo specyficznych modelach wszechświata. Jest to połączenie między dwoma obszarami wypaczonej warstwy czasoprzestrzeni, trochę jak most nad wąwozem. Ta koncepcja tuneli czasoprzestrzennych w połączeniu z czarnymi dziurami daje nam inny sposób obliczania entropii promieniowania Hawkinga.

Badanie zostało opublikowane w Journal of High Energy Physics.