Dicembre 8, 2022

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I buchi neri non possono inviare informazioni su ciò che stanno ingoiando, e questo è un problema

Aaron Horowitz / Getty Images

Tre numeri.

Solo tre numeri: è tutto ciò che serve per descrivere un buco nero completamente e senza ambiguità al 100% nella relatività generale. Se ti dico la massa, la carica elettrica e lo spin (cioè il momento angolare) di un buco nero, abbiamo finito. Questo è tutto ciò che sapremo al riguardo e tutto ciò di cui abbiamo bisogno per descriverne le caratteristiche.

Questi tre numeri ci consentono di calcolare tutto su come il buco nero interagisce con il suo ambiente, come gli oggetti che lo circondano risponderanno ad esso e come il buco nero si svilupperà in futuro.

Nonostante tutte le loro feroci capacità gravitazionali e la loro empia natura aliena, i buchi neri sono sorprendentemente semplici. Se ti dessi due buchi neri esattamente con la stessa massa, carica e rotazione, non saresti in grado di distinguerli. Se cambi posto senza guardare, non saprai che l’ho fatto.

Significa anche che quando vedi un buco nero completamente formato, non hai idea del perché si sia formato. Qualsiasi combinazione di massa compressa in un volume sufficientemente piccolo può fare il lavoro. Potrebbe essere il nucleo super denso di una stella morente. Sarebbe stata una cucciolata molto fitta di adorabili gatti che era stata schiacciata nell’oblio.

Finché massa, carica e rotazione sono gli stessi, la storia è irrilevante. Non ci sono informazioni sul materiale originale che ha creato il buco nero. O è?

Istituzione di carte

“Informazioni” è un termine leggermente caricato; Può assumere definizioni diverse a seconda di chi chiedi e dell’umore in cui si trovano. In fisica, il concetto di informazione è strettamente correlato alla nostra comprensione di come si evolvono i sistemi fisici e di come costruiamo le nostre teorie della fisica.

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Ci piace pensare che la fisica sia un modello relativamente utile per comprendere l’universo in cui viviamo. Uno dei vantaggi della fisica è la sua capacità di prevedere. Se ti fornisco un elenco di tutte le informazioni su un sistema, dovrei essere in grado di applicare le mie leggi e teorie della fisica per dirti come si svilupperà quel sistema. Ed è vero anche il contrario. Se ti dico lo stato del sistema ora, puoi eseguire tutta la matematica indietro per vedere come il sistema è arrivato allo stato attuale.

Questi due concetti sono conosciuti come inevitabilità (Posso predire il futuro) e riflessione (Posso leggere il passato) Ed è praticamente il nucleo fondamentale della fisica. Se le nostre teorie della fisica non avessero queste proprietà, non saremmo in grado di fare molto lavoro.

Questi due concetti si applicano anche alla meccanica quantistica. Sì, la meccanica quantistica pone limiti rigorosi a ciò che possiamo misurare sull’universo, ma ciò non significa che tutte le scommesse siano sbagliate. Invece, possiamo semplicemente sostituire uno stato classico ben definito con uno stato quantistico più sfocato e andare avanti con le nostre vite; Lo stato quantistico si evolve secondo l’equazione di Schrödinger, che supporta sia il determinismo che la reversibilità, quindi siamo tutti a posto.

Le informazioni non vengono perse durante la masterizzazione di un libro; È solo una miscela.

Questo doppio smacco di determinismo e reversibilità significa che, in termini di fisica, l’informazione deve essere preservata durante qualsiasi processo. Non può essere creato o distrutto – Se aggiungiamo o rimuoviamo informazioni individualmente, non saremo in grado di prevedere il futuro o leggere il passato. Qualsiasi perdita o guadagno significa che ci saranno informazioni mancanti o informazioni extra, quindi tutta la fisica cadrà in polvere.

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Ci sono molti processi che Lui appare Distruggere informazioni, ma è solo perché non seguiamo abbastanza attentamente. Prendi, ad esempio, la masterizzazione di un libro. Se ti do un mucchio di cenere, questo sembrerà irreversibile: non c’è modo che tu possa rimettere insieme il libro. Ma se hai un microscopio abbastanza potente a tua disposizione (e molta pazienza) e devi tenermi d’occhio mentre il libro brucia, puoi – almeno in linea di principio, il che è abbastanza buono – guardare e tracciare il movimento di ogni molecola nel processo. Puoi quindi invertire tutti quei movimenti e tutte quelle interazioni per ricostruire il libro. Le informazioni non vengono perse durante la masterizzazione di un libro; È solo una miscela.

Nella visione classica e tradizionale dei buchi neri, tutto questo lavoro relativo alle informazioni non è affatto un problema. Le informazioni che sono state utilizzate per costruire il buco nero sono semplicemente oscurate molto dietro l’orizzonte degli eventi, il confine unidirezionale sulla superficie del buco nero che lo rende così unico. Una volta lì, le informazioni in questo universo non saranno mai più viste. Che si tratti di un buco nero formato da stelle morenti o gatti schiacciati, non succede in pratica problema. Le informazioni potrebbero non essere distrutte, ma sono permanentemente nascoste da occhi indiscreti.