Lubang hitam mendapat namanya kerana graviti mereka sangat kuat sehingga bahkan memerangkap cahaya. Dan kerana cahaya tidak dapat meninggalkan lubang hitam, maka maklumat itu juga keluar. Anehnya, ahli fizik telah menunjukkan pandangan teoritis dan mencari cara untuk mengeluarkan sebilangan maklumat yang jatuh ke dalam lubang hitam. Pengiraan mereka menyentuh salah satu misteri terbesar dalam fizik: bagaimana semua maklumat yang terperangkap dalam lubang hitam bocor ketika lubang hitam "menguap". Adalah dipercayai bahawa ini harus berlaku, tetapi tidak ada yang tahu bagaimana.
Walau bagaimanapun, skema baru harus lebih menekankan kerumitan masalah maklumat lubang hitam, dan bukannya menyelesaikannya. "Mungkin orang lain dapat melangkah lebih jauh dalam hal ini, tetapi saya rasa ia tidak akan membantu," kata Don Page, seorang ahli teori di University of Alberta di Edmonton, Kanada yang tidak terlibat dalam pekerjaan ini.
Anda boleh memotong bil elektrik, tetapi anda tidak boleh memusnahkan maklumat dengan membuangnya ke lubang hitam. Ini sebahagiannya kerana sementara mekanik kuantum menangani kebarangkalian - seperti kebarangkalian elektron berada di satu tempat atau tempat lain - gelombang kuantum yang memberikan kebarangkalian ini mesti berkembang dengan cara yang dapat diramalkan, jadi jika anda mengetahui bentuk gelombang pada satu ketika, anda dapat meramalkannya. tepat pada bila-bila masa di masa hadapan. Tanpa "unitarity" ini, teori kuantum akan menghasilkan hasil yang tidak bermakna seperti kebarangkalian yang tidak bertambah hingga 100%.
Katakan anda membuang sebilangan zarah kuantum ke dalam lubang hitam. Pada pandangan pertama, zarah dan maklumat yang terdapat di dalamnya hilang. Dan ini adalah masalah, kerana bahagian keadaan kuantum yang menggambarkan gabungan sistem zarah dan lubang hitam telah hancur, yang menjadikannya mustahil untuk meramalkan evolusi yang tepat dan melanggar kesatuan.
Ahli fizik berpendapat bahawa mereka telah menemui jalan keluar. Pada tahun 1974, ahli teori Britain, Stephen Hawking berpendapat bahawa lubang hitam dapat mengeluarkan zarah dan tenaga. Berkat ketidakpastian kuantum, ruang kosong tidak benar-benar kosong - ia penuh dengan zarah berpasangan yang secara berkala wujud dan hilang. Hawking menyedari bahawa jika sepasang zarah yang muncul dari vakum menyentuh tepi lubang hitam, satu akan terbang ke angkasa dan yang lain akan jatuh ke dalam lubang hitam. Membawa tenaga dari lubang hitam, radiasi Hawking yang melarikan diri menyebabkan lubang hitam perlahan-lahan menguap. Sebilangan ahli teori berpendapat bahawa maklumat muncul lagi, dikodekan dalam radiasi lubang hitam - namun, ini adalah momen yang tidak dapat difahami, kerana radiasi nampaknya sangat rawak.
Oleh itu, Aidan Chatwin-Davis, Adam Jermyn dan Sean Carroll dari California Institute of Technology di Pasadena telah menemui cara yang baik untuk mendapatkan maklumat dari satu zarah kuantum yang hilang dalam lubang hitam menggunakan radiasi Hawking dan konsep pelik teleportasi yang aneh.
Teleportasi kuantum membolehkan dua rakan kongsi, Alice dan Bob, memindahkan keadaan kuantum halus satu zarah, seperti elektron, ke yang lain. Dalam teori kuantum, putaran elektron boleh naik, turun, atau naik dan turun pada masa yang sama. Keadaan ini dapat digambarkan oleh titik di dunia, di mana kutub utara bermaksud ke atas dan kutub selatan bermaksud ke bawah. Garis lintang bermaksud campuran yang berbeza dari atas dan bawah, dan garis bujur bermaksud "fasa", atau bagaimana bahagian atas dan bawah bersilang. Tetapi jika Alice cuba mengukur keadaan ini, ia "runtuh" dalam satu senario atau yang lain, naik atau turun, menghancurkan maklumat fasa. Oleh itu, dia tidak dapat mengukur keadaan dan mengirim maklumat kepada Bob, tetapi harus mengirimkannya tanpa disentuh.
Untuk melakukan ini, Alice dan Bob dapat menukar sepasang elektron tambahan yang dihubungkan oleh ikatan kuantum khas - ikatan. Keadaan setiap zarah dalam pasangan yang terjerat tidak ditentukan - ia secara serentak menunjuk ke mana-mana titik di dunia - tetapi keadaan mereka berkorelasi, jadi jika Alice mengukur zarahnya dari pasangan itu dan mengetahui bahawa ia berputar, katakan, ke atas, dia langsung mengetahui bahawa elektron Bob bertukar dari atas ke bawah. Jadi, Alice mempunyai dua elektron - satu yang keadaannya ingin teleport, dan separuh dari pasangannya yang terjerat. Bob hanya mempunyai satu pasangan yang membingungkan.
Video promosi:
Untuk melakukan teleportasi, Alice menggunakan sifat mekanik kuantum yang lain: pengukuran itu bukan sahaja mengungkapkan sesuatu mengenai sistem, tetapi juga mengubah keadaannya. Oleh itu, Alice mengambil dua elektronnya yang tidak terjerat dan membuat pengukuran yang "memproyeksikan" keadaan terjerat ke atasnya. Pengukuran ini memecah ikatan antara pasangan elektron yang dia dan Bob miliki. Tetapi pada saat yang sama, ini membawa kepada fakta bahawa elektron Bob berada dalam keadaan di mana elektron Alice, yang harus dia teleport. Melalui pengukuran yang betul, Alice memindahkan maklumat kuantum dari satu sisi sistem ke sisi lain.
Chatwin-Davis dan rakan-rakannya menyedari bahawa mereka dapat menghantar maklumat mengenai keadaan elektron dari lubang hitam juga. Katakan Alice terapung di sebelah lubang hitam dengan elektronnya. Ia menangkap satu foton dari pasangan radiasi Hawking. Seperti elektron, foton dapat berputar ke dua arah dan akan terjerat dengan pasangan foton yang jatuh ke dalam lubang hitam. Alice kemudian mengukur momentum sudut keseluruhan, atau putaran, lubang hitam - ukurannya dan, secara kasarnya, seberapa sekata hubungannya dengan paksi tertentu. Memiliki dua maklumat ini di tangannya, dia membuang elektronnya, kehilangannya selama-lamanya.
Tetapi Alice dapat memulihkan maklumat mengenai keadaan elektron ini, menurut para saintis dalam karya mengenai Physical Review Letters. Yang harus dia lakukan hanyalah mengukur putaran dan orientasi lubang hitam sekali lagi. Pengukuran ini kemudian melibatkan lubang hitam dan foton kejadian. Mereka juga melakukan teleport keadaan elektron ke foton yang ditangkap oleh Alice. Oleh itu, maklumat elektron yang hilang akan diekstrak ke Alam Semesta yang dapat dilihat.
Chatwin-Davis menekankan bahawa reka bentuk ini bukan cetak biru untuk eksperimen praktikal. Pada akhirnya, Alice perlu segera mengukur putaran lubang hitam, yang mempunyai jisim yang sama dengan matahari. "Kami bergurau bahawa Alice mungkin saintis paling maju di alam semesta," katanya.
Skim ini juga mempunyai banyak batasan. Khususnya, seperti yang dicatat oleh penulis, ia berfungsi dengan satu zarah kuantum, tetapi tidak dengan dua atau lebih. Ini kerana resipi menggunakan fakta bahawa lubang hitam mengekalkan momentum sudut, jadi putaran terakhirnya sama dengan putaran awalnya dan putaran elektron. Ini membolehkan Alice mengekstrak tepat dua bit maklumat - jumlah putaran dan unjurannya sepanjang satu paksi - dan ini cukup untuk menentukan garis lintang dan garis bujur keadaan kuantum satu zarah. Tetapi ini tidak mencukupi untuk memulihkan semua maklumat yang ditangkap oleh lubang hitam.
Untuk benar-benar menyelesaikan masalah maklumat lubang hitam, ahli teori perlu menjelaskan keadaan kompleks dalaman lubang hitam, kata Stefan Leichenhower, ahli teori di University of California, Berkeley. "Sayangnya, persoalan terbesar mengenai lubang hitam adalah mengenai cara kerja dalaman," katanya. "Oleh itu, protokol ini, yang pastinya menarik, mungkin akan memberitahu kita sedikit tentang masalah maklumat lubang hitam."
