Парадокс черных дыр, поставивший в тупик Стивена Хокинга, может быть разрешен

Черные дыры медленно испаряются, испуская излучение Хокинга, но при этом, согласно новой теории, информация, попавшая в них, может сохраняться в тонкой ряби пространства-времени.

Ничто не может покинуть горизонт событий черной дыры – однако новое исследование предполагает, что информация все-таки может «просачиваться» наружу. Эта утечка проявляется в виде едва заметных особенностей гравитационных волн, и теперь ученые знают, как их искать.

В 1976 году Стивен Хокинг потряс мир астрофизики открытием, что черные дыры на самом деле не совсем черные. Они испускают небольшое количество излучения и, со временем, могут полностью испариться. Но это открытие породило серьезную проблему: информация попадает в черные дыры вместе с поглощаемой ими материей, и эта информация не может вырваться наружу. Однако излучение Хокинга не несет никакой информации. Так что же с ней происходит, когда черная дыра исчезает?

Этот «информационный парадокс черных дыр» десятилетиями мучил исследователей, и они предлагали множество возможных решений. Одно из них – ненасильственная нелокальность. В этом сценарии внутренняя часть черной дыры связана с ее внешней частью посредством «квантовой нелокальности», при которой связанные частицы разделяют одно и то же квантовое состояние – эффект, который Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии». Нелокальность «ненасильственная», потому что гравитационные волны – рябь пространства-времени вокруг черной дыры – не вызваны чем-то энергетическим, вроде взрыва или слияния. Они возникают из-за квантовых связей между внутренней и внешней частью черной дыры.

Если эта гипотеза верна, то пространство-время вокруг черных дыр содержит крошечные возмущения, которые не совсем случайны. Эти вариации коррелируют с информацией внутри черной дыры. Таким образом, когда черная дыра исчезает, информация сохраняется снаружи, разрешая парадокс.

В недавнем препринте, который еще не прошел рецензирование, исследователи из Калифорнийского технологического института изучили эту интригующую гипотезу, чтобы понять, как ее можно проверить.

Ученые обнаружили, что эти нелокальные квантовые корреляции не только оставляют след в пространстве-времени вокруг черной дыры, но и проявляются в гравитационных волнах, испускаемых при слиянии черных дыр. Эти следы существуют в виде крошечных флуктуаций поверх основного сигнала гравитационных волн, но имеют уникальный спектр, который четко отличает их от обычных волн.

Исследователи разработали программу для выделения этого особого сигнала. Они обнаружили, что современные детекторы гравитационных волн, такие как обсерватория LIGO и детектор Virgo, не обладают достаточной чувствительностью, чтобы окончательно определить, является ли ненасильственная нелокальность решением информационного парадокса черных дыр. Однако детекторы следующего поколения, которые сейчас проектируются и строятся, могут быть способны на это.

Следующий шаг – построение еще более точных моделей того, как ненасильственная нелокальность влияет на пространство-время вокруг реальных черных дыр. Это даст точный прогноз того, как должны выглядеть изменения в сигналах гравитационных волн, и, возможно, приведет к разрешению этого знаменитого парадокса.