Matematiksel bir analiz, bilginin bir bilgisayardan nasıl kaçtığı konusundaki bulmacayı aydınlatmaya yardımcı olur. Kara delik.
Bir RIKEN fizikçisi ve iki meslektaşı, bir solucan deliğinin (Evrenin uzak bölgelerini birbirine bağlayan bir köprü) kara delikler tarafından tüketilen madde hakkındaki bilgilere ne olduğunun gizemine ışık tutmaya yardımcı olduğunu keşfetti.
Einstein’ın genel görelilik kuramı, bir kara deliğe düşen hiçbir şeyin onun pençelerinden kaçamayacağını öngörür. Ancak 1970’lerde Stephen Hawking, mikroskobik alanı yöneten teori olan kuantum mekaniği düşünüldüğünde kara deliklerin radyasyon yayması gerektiğini hesapladı. RIKEN Disiplinlerarası Teorik ve Matematik Bilimleri’nden Kanato Goto, “Buna kara delik buharlaşması denir, çünkü kara delik tıpkı buharlaşan bir su damlası gibi küçülür” diye açıklıyor.
Şekil 1: Bilim kurguda gösterildiği gibi, solucan deliği uzay-zamandaki iki noktayı birbirine bağlayan bir kısayoldur. Bir RIKEN fizikçisi ve iki işbirlikçisi, bilginin kara delikler buharlaştıkça geri dönüşü olmayacak şekilde kaybolması gerekmediğini göstermek için solucan deliği benzeri bir yapıya sahip yeni bir uzay-zaman geometrisi kullandılar. Kredi: © Mark Garlick/Science Photo Library
Ancak bu bir paradoksa yol açtı. Sonunda kara delik tamamen buharlaşacak – ve yuttuğu içeriklerle ilgili her türlü bilgi de öyle. Ancak bu, kuantum fiziğinin temel bir ilkesiyle çelişir: bilgi Evrenden yok olamaz. Goto, “Bu, genel görelilik ve kuantum mekaniğinin şu anda bulundukları şekliyle birbirleriyle tutarsız olduğunu gösteriyor” diyor. “Kuantum yerçekimi için birleşik bir çerçeve bulmalıyız.”
Kanato Goto ve iki meslektaşı, kara delik bilgi paradoksuna ışık tutan solucan delikleri kullanarak bir analiz gerçekleştirdi. Kredi bilgileri: © 2022 RIKEN
Birçok fizikçi, bilginin bir şekilde radyasyona kodlanmış olarak kaçtığından şüpheleniyor. Araştırmak için, kara deliğin dışındaki birinin perspektifinden ne kadar bilgi kaybolduğunu ölçen radyasyonun entropisini hesaplarlar. 1993’te fizikçi Don Page, hiçbir bilgi kaybolmadığı takdirde, entropinin başlangıçta artacağını, ancak kara delik kayboldukça sıfıra düşeceğini hesapladı.
Fizikçiler kuantum mekaniğini genel görelilikteki bir kara deliğin standart tanımıyla basitçe birleştirdiklerinde, Page yanlış görünüyor – kara delik küçüldükçe entropi sürekli büyüyor, bu da bilginin kaybolduğunu gösteriyor.
Ancak son zamanlarda fizikçiler, kara deliklerin solucan deliklerini nasıl taklit ettiğini araştırdı – bilgi için bir kaçış yolu sağlıyor. Goto, bunun gerçek dünyada bir solucan deliği olmadığını, radyasyonun entropisini matematiksel olarak hesaplamanın bir yolu olduğunu belirtiyor. “Bir solucan deliği, kara deliğin içini ve dışarıdaki radyasyonu bir köprü gibi birbirine bağlar.”
Goto ve iki meslektaşı, hem standart açıklamayı hem de bir solucan deliği resmini birleştiren ayrıntılı bir analiz yaptıklarında, sonuçları Page’in öngörüsüyle eşleşti ve bu da fizikçilerin kara deliğin ölümünden sonra bile bilginin korunduğundan şüphelenmekte haklı olduklarını öne sürdü.
Goto, “Geleneksel hesaplamalarda gözden kaçan solucan deliği benzeri bir yapıya sahip yeni bir uzay-zaman geometrisi keşfettik” diyor. “Bu yeni geometri kullanılarak hesaplanan entropi, tamamen farklı bir sonuç veriyor.”
Ama bu yeni soruları gündeme getiriyor. Goto, “Bilginin radyasyon tarafından nasıl taşındığının temel mekanizmasını hala bilmiyoruz” diyor. “Kuantum yerçekimi teorisine ihtiyacımız var.”
Referans: Kanato Goto, Thomas Hartman ve Amirhossein Tajdini, 29 Nisan 2021, “Buharlaşan bir 2D kara delik için replika solucan delikleri”, Yüksek Enerji Fiziği Dergisi.
DOI: 10.1007/JHEP04(2021)289