Kas tai yra informacinis Hawkingo paradoksas ir kodėl jis sukuria tiesiog katastrofiškas pasekmes šiuolaikiniam mokslui

Informacinis Hawkingo paradoksas — tai informacijos praradimas formuojantis, spinduliuojant ir yrant juodosioms bedugnėms. Su paties informacinio paradokso egzistavimu sutinka ne visa mokslo bendruomenė. Pirma, kol problema dar neišspręsta ir viskas dar nuodugniai nėra išspręsta, požiūrio taškų į reiškinio esmę gali būti įvairių. Antra, žmonėms, tikintiems Hawkingo paradoksu, jo buvimas yra kaip kelrodė žvaigždė, kreipianti jų mintis ir veiksmus. Pasiaiškinkime, kodėl didžioji dalis mokslo bendruomenės, tyrinėjančios juodųjų bedugnių fiziką, tiki, kad informacinis Hawkingo paradoksas egzistuoja.

Kas yra elektromagnetinė banga? Tai elektromagnetinio lauko banga, apibūdinanti elektromagnetinio lauko kitimą laike. Radijo bangos – labai ilgos. Sumažėjus elektromagnetinių bangų ilgiui ir tuo pačiu padidėjus dažniui, pereisime į infraraudonąjį spinduliavimą. Dar sumažinę elektromagnetinės bangos ilgį ir padidinę dažnį, atsidursime regimajame spektre. Toliau bus ultravioletinis, dar toliau – rentgeno spinduliavimas, o dar toliau – gama spinduliavimas. Visa tai yra skirtingos to paties elektromagnetinio lauko bangų rūšys.

Gravitaciniame lauke vyksta toks efektas. Padėjus elektromagnetinių bangų šaltinį ant Žemės paviršiaus, vertikaliai aukštyn sklindančios elektromagnetinė bangos atlieka darbą, nugalėdamos Žemės gravitaciją, taigi, jos pačios energija mažės. Kaip žinia, fotonų arba elektromagnetinių bangų keterų energija tiesiogiai proporcinga dažniui. Mažėjant energijai, mažėja ir dažnis. Jeigu netoli Žemės paviršiaus regimosios spektro dalies elektromagnetinės bangos, atitinkančios raudoną spalvą yra matomos, tai toli nuo Žemės tos bangos bus jau infraraudonajame diapazone.

O dabar patyrinėkime ne Žemę, o masyvų ir kompaktišką dangaus kūną. Jo paviršiuje gravitacija bus stipresnė, nei Žemėje. Taigi, ir infraraudonojo poslinkio efektas (bangos dažnio mažėjimas, elektromagnetinei bangai kylant nuo paviršiaus) bus stipresnis, nei Žemėje. Kuo objektas mažesnis ir kuo didesnė jo masė, tuo ryškesnis poslinkio efektas. Juodoji bedugnė yra ekstremalus tokios situacijos atvejis. Ant juodosios bedugnės įvykių horizonto sukūrę elektromagnetinę bangą, bet kokiu atstumu nuo jos regėsime laike nekintantį lauką. Įvyksta begalinis infraraudonasis poslinkis. Tai – juodosios bedugnės savybė. Tas pats pasakytina ir apie gravitacinį spinduliavimą. Jeigu juodosios bedugnės įvykių horizonto viduje vyksta pašėlęs elektringų dalelių ar masių judėjimas, išorėje vis viena matome statišką gravitacinį ir elektromagnetinį lauką. Žvaigždei kolapsuojant į juodąją bedugnę, išspinduliuojama viskas, kas tik gali būti išspinduliuota. Galiausiai juodojoje bedugnėje nelieka kintančių laike elektromagnetinių ir gravitacinių laukų. Elektrinis krūvis, gravitacinė masė ir sukimosi momentas sukuria statiškus gravitacinius ir elektromagnetinius laukus.

Įsivaizduokime, kad yra tolygiai elektriškai įkrautas, idealiai sferiškas paviršius. Jeigu šis sferiškas apvalkalas, išlaikydamas sferinę simetriją ir krūvio tolygumą, pradės „kvėpuoti“, jis elektromagnetinių bangų, nespinduliuos, nors krūvis ir judės su pagreičiu. Kodėl tai vyksta, labai paprasta: toks apvalkalas, kad ir koks jo spindulys, sukuria tokį patį elektromagnetinį lauką, kaip taškinis krūvis, esantis jo centre. Analogiška situacija ir su gravitacija. Užsiimantys radiolokacija tokį reiškinį netiesiogiai žino – idealiai sferiškai simetriškos antenos sukurti neįmanoma. Taigi, susiformavusi ir rami juodoji bedugnė negali kurti kintančių laike gravitacinių ir elektromagnetinių laukų. Ji gali kurti tik stacionarius laukus. Juos charakterizuoja trys rodikliai: elektros krūvis, masė ir kampinis sukimosi momentas.

Įsivaizduokime, kad juodąją bedugnę pradėjome formuoti, suspausdami tuntą kėdžių ir televizorių. Jeigu gautų dviejų juodųjų bedugnių elektrinis krūvis, masė ir sukimosi momentai vienodi, jos niekuo nesiskiria, nepaisant to, kad sukūrėme jas iš skirtingų žaliavų. Jeigu iš tunto kėdžių ir tunto televizorių sukurtume dvi žvaigždes, tai, turėdami technines galimybes ir intelektualinius gabumus, galėtume stebėti kiekvieno atskiro kėdę ar televizorių sudariusio atomo elgesį. Galėtume atkurti kiekvieno kada nors žvaigždę sudariusio atomo gyvenimo istoriją. O štai susiformavus juodajai bedugnei, atomų istorijos atsekti niekaip negalime. Dėl Hawkingo efekto juodoji bedugnė nyksta, ir ne šiaip nyksta, o išspinduliuodama visas daleles šiluminio spinduliavimo pavidalu. Šis spinduliavimas neturi jokių kitų savybių, tik spinduliuojamų dalelių energiją. Tos pačios energijos neutrono ir tos pačios energijos fotono išspinduliavimo tikimybė vienoda. Juodosios bedugnės spinduliavime nėra jokios informacijos apie jos sudėtį. Jei yra Hawkingo spinduliavimas, tai juodoji bedugnė formuojasi, formavimosi rezultatas jokios informacijos apie jos sudėtį neteikia, juodosios bedugnės spinduliavimas jokios informacijos neturi. Dėl spinduliavimo juodoji bedugnė mažėja, praranda energiją, ir galiausiai turėtų visiškai išnykti. Tai ir yra Hawkingo informacinis paradoksas.

Kodėl tai blogai? Tai blogai, nes prarandamas fundamentalios fizikos apibrėžtumas. Kaip veikia fundamentalioji fizika? Jei ką nors veikiame konkrečiu būdu, gauname apibrėžtą rezultatą. Jeigu sudaužiame daleles greitintuve, dėl to su tam tikra tikimybe rasis tam tikros dalelės. Teoriją galime patikrinti eksperimentais. Tai ir yra nuspėjamumas. Juodosios bedugnės mokslo nuspėjamąją galią mažina. Įsivaizduokime, kad greitintuvas yra ne Žemėje, o greta juodosios bedugnės. Tokio eksperimento rezultatas „nulėks“ į juodąją bedugnę ir šio eksperimento informacija, išskyrus minėtas tris charakteristikas, bus visiškai ir negrįžtamai prarasta. Tokios yra katastrofiškos informacinio paradokso pasekmės šiuolaikiniam mokslui. Tačiau informacinį Hawkingo paradoksą su lygiai tokia pačia tikimybe galima ir paneigti, tik tokiame trumpame straipsnelyje neįmanoma to suspėti.

Informacinis Hawkingo paradoksas. Apie gravitacijos poveikį elektromagnetinėms bangoms, informacinį juodųjų bedugnių paradoksą ir mokslino numatymo principą.