listopad 24, 2024 15:43

"Nowa fizyka – nowe koty?

Wszyscy znamy eksperyment myślowy jednocześnie żywego i martwego kota Schrödingera dotyczący rozpadu radioaktywnego i fundamentalnych pytań mechaniki kwantowej. Rozwiązanie równania Schrödingera jest superpozycją dwóch stanów, teoretycznie niemożliwych do odseparowania aż do momentu otwarcia pudełka. W związku z tym wydaje się, iż musimy zgodzić się z faktem, że kot wewnątrz jest jednocześnie żywy i martwy. Eksperyment ten bazuje na zjawiskach kwantowych.

A czy znamy jednocześnie istniejącego i nieistniejącego kota Hawkinga, a więc eksperyment bazujący na zjawiskach klasycznych?

W tym eksperymencie dr Hawking jest postacią fikcyjną, obserwatorem. Obserwuje, jak ciekawski kot wskakuje do czarnej dziury. Z punktu odniesienia, w którym znajduje się dr Hawking, kot nieustannie będzie się znajdować na zewnątrz czarnej dziury. Jak wiemy, żadna informacja zza horyzontu zdarzeń nie może do niego dotrzeć. Uważa się, że obserwator nigdy nie zobaczy momentu wpadnięcia przedmiotu obserwacji, ponieważ będzie to dla niego trwało nieskończony czas.

Jednak zgodnie z teorią promieniowania Hawkinga (Stephena Hawkinga), wypromieniowujące (parujące) czarne dziury w którymś momencie - nawet jeśli w czasie niewyobrażalnie długim, to jednak skończonym - wyparują, czy też zasilają „pianę” wirtualnych, niewielkich czarnych dziur. W takim wypadku dla dr. Hawkinga kot do ostatniego momentu istnienia czarnej dziury będzie się znajdował na zewnątrz, jest więc żywy, ale nie może wrócić, i znika dopiero z ostatnią falą promieniowania Hawkinga.

Drugi punkt odniesienia – kota – jest zupełnie inny i to on jest punktem prawdziwym. Kot wpadł do czarnej dziury i przestał istnieć. Stało się to na samym początku eksperymentu – jak kot zauważył na swoim zegarku, po minucie. Jeśli dr Hawking wysłałby do obserwowanego przez siebie kota SMS-a: „Wracaj!”, kot odpisałby: „Nie mogę, ponieważ zostałem unicestwiony. Przestałem istnieć dawno temu”.

Eksperyment ukazuje paradoks informacyjny. Według reguły fizyki informacja nigdy nie znika, co wiąże się z drugą zasadą termodynamiki. Według Stephena Hawkinga informacja znika w czarnej dziurze – to, co widzimy nad horyzontem zdarzeń, to cząstka wirtualna, niemająca nic wspólnego ze zmiażdżoną przez osobliwość materią, a w dodatku sama czarna dziura kiedyś wyparuje, zabierając ze sobą to, co do niej wpadło. Wyparowując, czarne dziury niszczą więc również informację; jest to sprzeczne ze wspomnianą regułą, która uznaje, że każdy istniejący proces jest odwracalny.

W sporze o paradoks informacyjny wziął udział również Leonard Susskind, polemizując z Hawkingiem i tworząc własnego kota (którego los oczywiście także jest tragiczny, jednakże informacja o nim zachowuje się inaczej niż w przypadku kota dr. Hawkinga). Hawking ostatecznie przyznał mu rację.

Obecnie postępuje zmiana sposobu myślenia o czarnych dziurach, porównywanych na przykład do hologramu (w hologramie); zewnętrze i wnętrze czarnej dziury działają w tym porównaniu podobnie jak obraz holograficzny i powierzchnia. Przenoszenie informacji w takim modelu rozwiązywałoby paradoks. Ciekawe, czy „pojawią się” kolejne koty testujące najbardziej złożone dla nas sprawy i paradoksy."

(Magdalena Świerczek-Gryboś)