Lehet, hogy az információ az űrben is olyan értékes, mint a Földön

Az azóta eltelt évtizedekben a fizikusok azt vizsgálták, vajon Wheeler tézise feltárhatja-e a gravitáció kvantumtermészetét. Hét évvel ezelőtt jelentették be a kutatók, hogy a gravitációs hullámok léteznek és két összeolvadó fekete lyuknak köszönhetően észlelték is őket. A két közeli fekete lyuk gravitációs hullámokat bocsátott ki, energiát veszített, majd összeolvadtak.

Azok a feltételezések, hogy a fekete lyuk felszíne többet számít, mint a térfogata, 1998-ban egy megdöbbentő felfedezéshez vezettek: egy nyeregszerűen görbülő univerzumhoz.  A tudósok összekapcsolták a fekete lyukakat és más objektumokat és rádöbbentek, hogy a tér összekapcsolhatósága – az egyik helyről a másikra jutás képessége – úgy tűnik, hogy a határon lévő részecskékből fakad, amelyeket kvantumösszefonódásként ismert összefüggések kapcsolnak össze.

A kalkuttai zseni

A Quantamagazine Vijav Balasubramaniant faggatta a fekete lyukak és az információ kapcsolatáról. Vijav kalkuttai kisiskolásént határozta el, hogy felnőttkorára 100 könyvet gyűjt össze, ma a Pennsylvaniai Egyetem fizikusaként azon dolgozik, hogy Wheeler gondolatait a matematika nyelvére lefordítsa – és nem mellesleg már több száz könyve van. Balasubramanian hozzájárult a fekete lyukak és a kvantumgravitáció elméleteihez különféle rendszerek információtartalmának tanulmányozásával, de az idegtudományba is belekóstolt: egy kutatócsoporttal azt is vizsgálja, hogy a világ fizikai jellemzői hogyan alakították ki az agyat.

Szerinte a nyeregszerűen görbülő univerzum, ahol a gravitáció az ismerős módon működik, egyenértékűnek tekinthető egy alacsonyabb dimenziójú világgal, amiben nincs gravitáció. Ez a kvantumgravitáció megértésének egyik viszonylag új megközelítése, ami a húrelmélet holografikus kettősségét, az Ads-CFT levezetést használja. Ez az Anti-de Sitter/Conformal Field Theory, amiben az Ads a kvantumgravitáció, a CFT különböző mezőelméletek rövidítését jelenti.

Ha nincs semmi, infó akkor is van

Dr. Melvin Vopson, a Portsmouthi Egyetem Matematikai és Fizikai Iskolájának fizikusa szerint az információnak van tömege és minden elemi részecske tárol magáról információkat. Az információ az anyag ötödik formája a szilárd, a folyékony, a gáz és a plazma mellett, és fizikai állapotától függően tömeggé vagy energiává alakul. A stabil, nullától eltérő nyugalmi tömegű elemi részecskék rögzített és számszerűsíthető információt tárolnak magukról.

Ha egy anyagrészecskét ütköztetnek egy antianyag-részecskével, azok megsemmisítik egymást, de a részecskéből származó információnak valahova el kell jutnia, amikor megsemmisül.

A megsemmisítési folyamat a részecskék összes fennmaradó tömegét energiává alakítja, jellemzően gamma-fotonokká. Az információkat tartalmazó részecskék alacsony energiájú infravörös fotonokká alakulnak.

Az információ az univerzumban mindennek kulcsfontosságú eleme, és a fizika kutatásának új területe alakulhat ki, ami nem mond ellent a kvantummechanikának, az elektrodinamikának, a termodinamikának vagy a klasszikus mechanikának.

Az információ megszökik a fekete lyukakból, de nem vész el végleg, részecskéről részecskére újra előjöhetnek.

A kvantummechanika sajátos tulajdonsága garantálja, hogy mikroszkopikus szinten az információ ne semmisüljön meg. 

A fekete lyuk entrópiája, amely a tudatlanság vagy az információhiány mértéke, megegyezik a fekete lyuk felületével. Történik valami, ami összeköti a területet, az entrópiát és az információt.

A kutatók azt vizsgálják, hogy egy AdS-univerzum térfogatának szerkezete hogy működik, vajon ha a térben két régió összefügg, akkor a megfelelő változók kvantumszerűen összefonódhatnak? Ez azt jelentené, hogy információkat tartalmaznak egymásról; az egyik mérése elárulna valamit a másikról.

A fekete lyuk tudása

Balasubramanianék azt is tanulmányozták, mi történne, ha összegabalyodna két gravitációs univerzum. Ha a két univerzum nincs kapcsolatban, Einstein szerint teljesen szét kell választani őket, hogy A-tól B-ig nulla út álljon rendelkezésre. De Balasubramanianék ezt módosították és hagyták, hogy a kvantumgravitáció ingadozásai pillanatnyi kapcsolatokat hozzanak létre. A kvantumgravitációs számítások szabályai lehetővé teszik, hogy a szétválasztott univerzumok röpke időre összekapcsolódjanak.

A fekete lyuk „mikroállapotai” mikroszkopikus darabjainak szinte véletlenszerű kombinációiból állnak. Az információkat megőrzik, de a tudomány jelen állása szerint szinte lehetetlen helyreállítani őket.

(Borítókép: Fekete lyuk grafikus ábrázolása. Fotó:  NASA / JPL-Caltech)