Не пытайтесь проводить квантовый эксперимент вблизи черной дыры — само ее присутствие разрушает все квантовые состояния поблизости, говорят исследователи.
Вывод получен в результате мысленного эксперимента, в котором правила квантовой механики и черные дыры противопоставляются друг другу, сообщили физики на собрании Американского физического общества.
Исследователи обнаружили, что любой квантовый эксперимент, проведенный вблизи черной дыры, может создать парадокс, в котором черная дыра раскрывает информацию о своем внутреннем пространстве — что, по мнению физики, запрещено. Команда сообщает, что парадокс можно обойти, если черная дыра просто уничтожает любые квантовые состояния, которые приближаются.
Эти востребованные теории стремятся объединить квантовую механику, набор правил, управляющих субатомными частицами, и общую теорию относительности, описывающую движение массы в космических масштабах.
«Идея состоит в том, чтобы использовать свойства [теорий], которые вы понимаете, а именно квантовую механику и гравитацию, для исследования аспектов фундаментальной теории», которой является квантовая гравитация, — говорит физик-теоретик Гаутам Сатишчандран из Принстонского университета.
Сначала команда представила человека, назовем ее Алисой, выполняющей знаменитый эксперимент с двумя щелями в лаборатории, вращающейся вокруг черной дыры. В этом классическом примере квантовой физики ученый посылает частицу, такую как электрон или фотон, к паре щелей в твердом барьере.
Если никто не наблюдает за движением частицы, то на экране по другую сторону барьера появляется характерная для волн интерференционная картина, как если бы частица прошла сразу через обе щели. Но если кто-то или какое-то устройство измерит путь частицы, она зарегистрирует, что она прошла через ту или иную щель. Квантовое состояние частицы, заключающееся в том, что она, по-видимому, находится в двух местах одновременно, разрушается.
Затем команда представила другого человека, Боба, сидящего прямо за горизонтом событий черной дыры — границей, за которой даже свет не может избежать гравитации черной дыры. Несмотря на то, что Боб обречен, он все еще может проводить измерения. Законы физики ведут себя так же внутри горизонта, как и снаружи.
Когда Боб увидит, через какую щель прошла частица Алисы, квантовое состояние частицы рухнет. Это также дало бы Алисе знать, что Боб находится там, что испортило ее эксперимент. Но это парадокс — ничто из того, что делается внутри черной дыры, не должно влиять на то, что снаружи. По законам физики Боб вообще не должен иметь возможности общаться с Алисой.
«Парадокс в том, что черные дыры — это улица с односторонним движением, — говорит Сатишчандран.
«Ничто, сделанное внутри черной дыры, не может повлиять на мой эксперимент, который я провожу снаружи. Но мы только что придумали сценарий, который, безусловно, повлияет на эксперимент».
Затем команда догадалась о возможном решении этого парадокса: сама черная дыра заставляет коллапсировать квантовое состояние частицы Алисы, независимо от того, находится там Боб или нет. «Должно быть, на помощь приходит эффект, который никто не рассчитывал в этих теориях», — говорит Дэниелсон.
Спасение пришло из того факта, что заряженные частицы излучают или излучают свет при встряхивании. Как бы тщательно Алиса ни ставила свой эксперимент, ее частица всегда будет излучать крошечное количество излучения при движении, как показали физики. Это излучение будет иметь разное электромагнитное поле в зависимости от того, куда пошла частица Алисы.
Когда излучение пересекает горизонт событий черной дыры, черная дыра регистрирует эту разницу, эффективно наблюдая за исходной частицей достаточно, чтобы разрушить ее квантовое состояние.
