Hawking tévedett: a fekete lyuk nem tünteti el az információt

Fantáziarajz az NGC 3783 galaxisban lévő fekete lyukról és a környezetéről

Valószínűleg nem létezik a fizikusokat majdnem negyven éven át az őrületbe kergető információs paradoxon, mely szerint a fekete lyukban ténylegesen eltűnik az információ. Legalábbis ezt állítja egy amerikai fizikus.

Ha iratmegsemmisítővel ledarálunk egy dokumentumot, a darabjaiból visszaállíthatjuk az információt. Az információ elvben még akkor is visszanyerhető, ha elégetünk egy anyagot. Ha azonban egy fekete lyukba küldünk információt, az mindörökre elvész, legalábbis Stephen Hawkingnak az 1970-es években felvázolt elmélete szerint, amelyet több fizikus is elfogadott.

Egy új kutatás szerint azonban elképzelhető, hogy ez a feltételezés hibás.

Valahogy így nézhet ki a fekete lyuk sugárzása (kék) és a körülötte lévő gáz és porfelhő (szürke) - már ha létezik Forrás: NASA/JPL-Caltech

„A mi munkánk szerint az információ nem vész el, ha belép egy fekete lyukba” – mondta Dejan Stojkovic, a Buffalói Egyetem fizika docense.

Mégis kinyerhető információ a fekete lyukból?

Stojkovic új tanulmánya márciusban jelent meg a Physical Review Letters szakfolyóiratban. A cikk felvázolja miként tudják feltárni a fekete lyuk által kibocsátott részecskék közötti kölcsönhatások a belülről származó információt, amilyen például a fekete lyukat alkotó objektum és a beszippantott anyag és energia jellemzői.

Ez fontos felfedezés, mondta Stojkovic, mert még azoknak a fizikusoknak is gondot okozott elméletük matematikai levezetése, akik nem hitték el, hogy az információ elvész a fekete lyukban. Stojkovic elmondta, hogy cikkében konkrét számításokkal mutatja be, hogyan őrződik meg az információ.

Fantáziarajz az NGC 3783 galaxisban lévő fekete lyukról és a környezetéről Forrás: ESO/M. Kornmesser

A kutatás – ha igaznak bizonyul – hatalmas lépést jelent az információs paradoxon megoldásához, amely az 1970-es évek óta okoz gondot a fizikában. Ekkor hozta nyilvánosságra Hawking az elképzelését, hogy a fekete lyuk képes energiát kisugározni és idővel elpárolog. Hawking később még azt is hozzátette, hogy a kijövő sugárzás random, tehát véletlenszerű: bármilyen hosszú ideig figyelnénk a fekete lyuk sugárzását, nem tudnánk meg belőle a múltját.

Ez hatalmas problémát vetett fel a fizika területén, mert azt jelentette, hogy a fekete lyuk belsejében lévő információ véglegesen elveszhet, amikor a fekete lyuk eltűnik. Ez pedig megsérti a kvantummechanika azon törvényét, hogy az információ nem semmisülhet meg.

Az információ a részecskék kölcsönhatásaiban rejtőzik

Noha Hawking később azt mondta, tévedett, és az információ kiszökhet a fekete lyukakból, az továbbra is vita tárgya maradt, hogy lehet-e, és ha lehet, miként lehet visszanyerni az információt egy fekete lyukból.

Stojkovic és doktorandusza, Anshul Saini cikke segít tisztázni a történetet.

A helyett, hogy csak a fekete lyuk által kibocsátott részecskéket nézné, a tanulmány figyelembe veszi a részecskék közötti gyenge kölcsönhatásokat is. A kutatás szerint ily módon a fekete lyukon kívül álló megfigyelő számára lehetővé válik a belső információ visszanyerése.

Fantáziarajz egy roppant fényes kvazárról és a roppant nagy tömegű fekete lyukról Forrás: NASA/JPL-Caltech/Misti Mountain Observatory/Zhaoyu Li

A részecskék közötti kölcsönhatások a gravitációs vonzástól a közvetítők – például fotonok – részecskék közti cseréjéig terjedhetnek. Régóta tudják már, hogy léteznek ilyen „korrelációk”, de korábban sok kutató lényegtelennek tartotta, ezért nem vette figyelembe ezeket.

„Ezeket a korrelációkat gyakran figyelmen kívül hagyták a kapcsolódó számításokban, mivel kicsinek gondolták ezeket, amelyek nem képesek lényeges különbséget létrehozni” – mondta Stojkovic. „Explicit számításaink azt mutatják, hogy bár ezek a korrelációk kezdetben nagyon kicsik, idővel növekszenek és elég naggyá válnak ahhoz, hogy megváltoztassák a végeredményt.”