Что, если пространство-время — это поток информации? Квантовое прослушивание внутри черной дыры

Черные дыры… Само их название звучит зловеще, не так ли? Эти космические гиганты пожирают все, что пересекает горизонт событий, не оставляя шанса на возвращение. Свет, материя, информация — всё исчезает в их гравитационной пасти.

Но что, если связь с ними возможна? Не снаружи, а… изнутри? Новые теории предполагают, что квантовое прослушивание может работать даже там, где, казалось бы, не может существовать ничего, кроме пустоты.

Представьте себе такой сценарий, прямо из научной фантастики, но подкрепленный строгой математикой. У нас есть два персонажа: назовем их Алиса и Боб. Алиса находится снаружи черной дыры и балуется с квантовым объектом. Знаете, эти странные штуки из квантового мира, которые могут находиться в нескольких состояниях одновременно? Это называется суперпозиция. Вещь хрупкая, почти эфемерная — любое неосторожное взаимодействие, и она «схлопывается» в одно конкретное состояние.

А Боб? А Боб — хитрый шпион. Он хочет узнать, что там у Алисы с её квантовой игрушкой, но так, чтобы она ничего не заметила. И у него возникает гениальная (и немного безумная) идея: спрятаться… да-да, внутри черной дыры! Казалось бы, затея обречена: информация ведь не выходит наружу. Но Бобу и не нужно ничего отправлять из дыры. Ему нужно лишь получить информацию внутри.

Квантовые «Уши» в Сердце Тьмы

И вот тут начинается самое интересное. Дайн Дэниелсон и его коллеги из Чикагского университета задались вопросом: сработает ли план Боба? Возможно ли это квантовое подслушивание через горизонт событий? И, проделав серьезные расчеты в рамках квантовой теории информации, они пришли к поразительному выводу: да, возможно!

Как это работает? Вспомним про хрупкость суперпозиции. Когда Боб, находясь внутри черной дыры, пытается «подсмотреть» за объектом Алисы, он неизбежно взаимодействует с ним (пусть и очень опосредованно, через гравитационные эффекты и квантовые поля у горизонта). Это взаимодействие нарушает тонкий баланс суперпозиции. Алиса снаружи замечает, что её квантовый объект ведет себя не так, как должен — он теряет свою «квантовость», происходит то, что физики называют декогеренцией. Проще говоря, суперпозиция разрушается.

Исследователи доказали: объем информации, который Боб умудряется получить, находясь внутри черной дыры, в точности соответствует степени разрушения (декогеренции), которую Алиса наблюдает снаружи. Ни больше, ни меньше.

А что это значит для черной дыры?

Это открытие — не просто забавный мысленный эксперимент. Оно проливает свет на фундаментальные свойства черных дыр и пространства-времени.

Во-первых, получается, что любая черная дыра сама по себе является мощным источником декогеренции. Почему? А вот почему: представьте, если бы Алиса могла точно определить, что декогеренция её объекта вызвана именно шпионажем Боба, а не каким-то естественным процессом, связанным с самой черной дырой. Это означало бы, что она получила информацию о том, что происходит внутри горизонта событий! А это, согласно нашим лучшим теориям гравитации (привет, Эйнштейн!), строжайше запрещено. Природа как бы подстраховалась: черная дыра должна «шуметь» и разрушать квантовые состояния вблизи себя ровно настолько, чтобы скрыть любое возможное подслушивание изнутри. Хитрый ход, не правда ли?

Во-вторых, черные дыры делают это не абы как, а максимально эффективно. Они извлекают из квантовых состояний вблизи себя весь возможный объем информации, разрушая суперпозиции так быстро, как только позволяют законы физики. Как будто черной дыре мало быть просто экстремальным объектом — она еще и чемпион по квантовой «чистке» своего окружения!

Заглядывая за завесу тайны?

К чему все эти сложности, спросите вы? Ну, во-первых, это еще один шаг к пониманию того, как гравитация (мир большого) и квантовая механика (мир малого) связаны друг с другом. Эта связь — Святой Грааль современной физики, та самая неуловимая теория квантовой гравитации. Расчеты Дэниелсона и его команды дают новые ориентиры и ограничения для будущих теорий. Они даже предполагают, что вокруг черных дыр должно существовать море частиц с очень низкой энергией, которые играют роль в этом процессе — еще одна загадка для исследователей.

А во-вторых… тут начинается совсем уж головокружительная перспектива. Что, если сама структура пространства-времени, сама ткань нашей реальности, не так уж и фундаментальна? Что, если она — лишь следствие того, как может и как не может передаваться информация на квантовом уровне?

Задумайтесь: если бы Боб спрятался не в черной дыре, а, скажем, внутри обычной массивной сферы, поток информации между ним и Алисой был бы другим. Сама геометрия пространства-времени (в данном случае, наличие горизонта событий) диктует правила игры для квантовой информации. Может быть, поняв эти правила до конца, мы поймем, откуда вообще берется пространство и время? Не исключено, что наш мир «соткан» из информации.

Так что в следующий раз, глядя на звездное небо и думая о далеких черных дырах, помните: они не просто молчаливые поглотители света. Возможно, они постоянно «слушают» квантовый шепот Вселенной, и, пытаясь разгадать их секреты, мы подбираемся к самым глубоким тайнам бытия. Потрясающе, не так ли?

via