Брандмауэр (физика) - Википедия - Firewall (physics)

Эта статья об астрономии. Информацию о компьютерном брандмауэре см. Брандмауэр (вычисления). Для одноименных концепций см. Брандмауэр.

А брандмауэр черной дыры это гипотетический феномен, когда наблюдатель попадает в черная дыра встречает высокоэнергетический кванты в (или около) горизонт событий. Феномен «брандмауэра» был предложен в 2012 году физиками Ахмедом Альмхейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли[1] как возможное решение очевидного несоответствия в комплементарность черной дыры. Предложение иногда называют Брандмауэр AMPS,[2] Сокращение имен авторов статьи 2012 года. Использование брандмауэра для разрешения этого несоответствия остается спорным, и физики разделились относительно решения парадокса.[3]

Мотивирующий парадокс

В соответствии с квантовая теория поля в искривленном пространстве-времени, а одиночная эмиссия из Радиация Хокинга включает два взаимно запутанный частицы. Уходящая частица улетает и испускается как квант излучения Хокинга; падающая частица поглощается черной дырой. Предположим, что черная дыра образовалась за конечное время в прошлом и полностью испарится через какое-то конечное время в будущем. Тогда он будет излучать только конечное количество информации, закодированной в его излучении Хокинга. Предположим, что в момент , более половины информации уже распространено. Согласно широко признанным исследованиям физиков, таких как Дон Пейдж[4][5] и Леонард Сасскинд, исходящая частица, испущенная во время должен быть запутан всем излучением Хокинга, которое ранее испускала черная дыра. Это создает парадокс: принцип, называемый «моногамия запутывания», требует, чтобы, как и любая квантовая система, исходящая частица не могла быть полностью запутана с двумя независимыми системами одновременно; однако здесь исходящая частица кажется запутанной как с падающей частицей, так и, независимо, с прошлым излучением Хокинга.[3]

Чтобы разрешить парадокс, физикам в конечном итоге придется отказаться от одной из трех проверенных временем теорий: теории Эйнштейна. принцип эквивалентности, унитарность, или существующие квантовая теория поля.[6]

Разрешение парадокса "межсетевой экран"

Некоторые ученые предполагают, что переплетение между падающей частицей и исходящей частицей должно каким-то образом немедленно разрушаться. Нарушение этого запутывания приведет к высвобождению большого количества энергии, создавая таким образом обжигающий «брандмауэр черной дыры» на горизонте событий черной дыры. Это разрешение требует нарушения принципа эквивалентности Эйнштейна, который гласит, что свободное падение неотличимо от плавания в пустом пространстве. Это нарушение было охарактеризовано как «возмутительное»; физик-теоретик Рафаэль Буссо жаловался, что «брандмауэр просто не может появиться в пустом пространстве, точно так же, как кирпичная стена может внезапно появиться в пустом поле и ударить вас по лицу».[3]

Решение парадокса без использования брандмауэра

Некоторые ученые предполагают, что на самом деле нет никакого запутывания между испускаемой частицей и предыдущим излучением Хокинга. Эта резолюция потребует потеря информации о черной дыре, Спорное нарушение унитарности.[3]

Другие, такие как Стив Гиддингс, предлагают модифицировать квантовую теорию поля так, чтобы запутанность постепенно терялась по мере разделения исходящих и падающих частиц, что приводило к более постепенному высвобождению энергии внутри черной дыры и, следовательно, отсутствию брандмауэра.[3]

Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд предложили в ER = EPR что исходящие и падающие частицы каким-то образом связаны червоточинами и, следовательно, не являются независимыми системами; однако по состоянию на 2013 г., эта гипотеза все еще находится в стадии разработки.[7][8]

В пушистый комок картинка решает дилемму, заменяя 'Без волос 'вакуум с вязким квантовым состоянием, таким образом явно связывая любое исходящее излучение Хокинга с историей образования черной дыры.[9][10]

Стивен Хокинг получил широкое освещение в основных СМИ в январе 2014 года с неофициальным предложением[11] заменить горизонт событий черной дыры с "видимый горизонт «где падающее вещество приостанавливается, а затем выпускается; однако некоторые ученые выразили недоумение относительно того, что именно предлагается и как это предложение могло бы разрешить парадокс.[12]

Характеристики и обнаружение

Брандмауэр будет существовать на горизонте событий черной дыры и будет невидим для наблюдателей за пределами горизонта событий. Материя, проходящая через горизонт событий в черную дыру, будет немедленно «сожжена дотла» произвольно горячим «бурлящим водоворотом частиц» у брандмауэра.[3]

При слиянии двух черных дыр характеристики брандмауэра (если таковой имеется) могут наложить отпечаток на исходящие гравитационное излучение как "эхо" при отражении волн вблизи нечеткого горизонта событий. Ожидаемое количество таких эхо-сигналов теоретически неясно, поскольку в настоящее время у физиков нет хорошей физической модели межсетевых экранов. В 2016 году космолог Ниайеш Афшорди и другие утверждали, что в данных первого слияния черных дыр, обнаруженных LIGO, есть предварительные признаки такого эха;[13] более поздние исследования утверждали, что статистически значимых доказательств наличия таких эхо в данных нет.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Альмхейри, Ахмед; Марольф, Дональд; Полчинский, Джозеф; Салли, Джеймс (11 февраля 2013 г.). «Черные дыры: взаимодополняемость или брандмауэры?». Журнал физики высоких энергий. 2013 (2): 62. arXiv:1207.3123. Bibcode:2013JHEP ... 02..062A. Дои:10.1007 / JHEP02 (2013) 062. S2CID  55581818.
  2. ^ Борун Д. Чоудхури, Андреа Пум, «Декогеренция и судьба падающего волнового пакета: Алиса горит или расплывается?», Phys. Ред. D 88, 063509 (2013).
  3. ^ а б c d е ж Астрофизика: огонь в дыре!
  4. ^ Пейдж, Дон Н. (1993). «Информация в излучении черной дыры». Phys. Rev. Lett. 71 (23): 3743–3746. arXiv:hep-th / 9306083. Bibcode:1993ПхРвЛ..71.3743П. Дои:10.1103 / PhysRevLett.71.3743. PMID  10055062. S2CID  9363821.
  5. ^ Пейдж, Дон Н. (1993). «Средняя энтропия подсистемы». Phys. Rev. Lett. 71 (9): 1291–1294. arXiv:gr-qc / 9305007. Bibcode:1993ПхРвЛ..71.1291П. Дои:10.1103 / PhysRevLett.71.1291. PMID  10055503. S2CID  17058654.
  6. ^ Уэллетт, Дженнифер (21 декабря 2012 г.). «Межсетевые экраны черной дыры сбивают с толку физиков-теоретиков». Scientific American. Получено 29 октября 2013. Первоначально опубликовано В архиве 2014-06-03 на Wayback Machine в Кванте, 21 декабря 2012 г.
  7. ^ Прощай, Деннис (12 августа 2013 г.). «Тайна черной дыры, окутанная парадоксом межсетевого экрана». Нью-Йорк Таймс. Получено 29 октября 2013.
  8. ^ «Парадокс межсетевого экрана». Нью-Йорк Таймс. 12 августа 2013 г.. Получено 29 октября 2013.
  9. ^ С. Матур (2009). «Информационный парадокс: педагогическое введение», Учебный класс. Quantum Grav., Vol. 26 № 22 (2009).
  10. ^ Стивен Дж. Эйвери, Борун Д. Чоудхури, Андреа Пум, «Унитарность и нечеткая комплементарность: 'Алиса расплывчата, но может даже не знать об этом!'», JHEP 09 (2013) 012
  11. ^ Хокинг, Стивен (22 января 2014 г.). «Сохранение информации и прогноз погоды для черных дыр». arXiv:1401.5761 [hep-th ].
  12. ^ «Почему некоторые физики не верят новой теории черной дыры Хокинга». Christian Science Monitor. 29 января 2014 г.. Получено 15 марта 2014.
  13. ^ Mera; o, Zeeya (2016). «Отголоски черной дыры LIGO намекают на нарушение общей теории относительности». Природа. 540. Дои:10.1038 / природа.2016.21135. S2CID  125931362.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  14. ^ Вестервек, Джулиан; Нильсен, Алекс Б .; Фишер-Бирнхольц, Офек; Каберо, Мириам; Капано, Коллин; Дент, Томас; Кришнан, Бадри; Мидорс, Грант; Ниц, Александр Х. (15 июня 2018 г.). «Низкая значимость доказательств наличия эха черной дыры в данных о гравитационных волнах». Физический обзор D. 97 (12): 124037. arXiv:1712.09966. Bibcode:2018PhRvD..97l4037W. Дои:10.1103 / PhysRevD.97.124037.