Črne luknje so dobile ime, ker je njihova gravitacija tako močna, da celo ujame svetlobo. In ker svetloba ne more zapustiti črne luknje, potem tudi informacije pridejo ven. Nenavadno je, da so fiziki pokazali teoretično spretnost rok in pripravili način, kako izvleči drobec informacij, ki je padel v črno luknjo. Njihov izračun se dotakne ene največjih skrivnosti v fiziki: kako vse informacije, ujete v črni luknji, uhajajo, ko črna luknja "izhlapi". Verjame se, da bi se to moralo zgoditi, a nihče ne ve, kako.
Vendar bi morala nova shema raje poudarjati zapletenost problema informacij o črni luknji kot pa ga reševati. "Mogoče bodo drugi lahko s tem nadaljevali, vendar mislim, da ne bo pomagalo," pravi Don Page, teoretik z univerze Alberta v Edmontonu v Kanadi, ki ni sodeloval pri delu.
Račun za elektriko lahko zmanjšate, informacije pa ne morete uničiti tako, da jih vržete v črno luknjo. To je deloma tudi zato, ker se kvantna mehanika ukvarja z verjetnostmi - kot je verjetnost, da je nek elektron na enem ali drugem mestu -, pa se morajo kvantni valovi, ki dajejo te verjetnosti, razvijati na predvidljiv način, tako da, če v nekem trenutku poznate valovno obliko, jo lahko predvidete. točno kadar koli v prihodnosti. Brez te "enotnosti" bi kvantna teorija prinesla nesmiselne rezultate, kot so verjetnosti, ki ne seštevajo do 100%.
Recimo, da vržete nekaj kvantnih delcev v črno luknjo. Na prvi pogled se delci in informacije, ki jih vsebujejo, izgubijo. In to je težava, saj je del kvantnega stanja, ki opisuje kombinirani sistem delcev in črnih lukenj, uničen, kar onemogoča natančen razvoj in krši enotnost.
Fiziki mislijo, da so našli izhod. Leta 1974 je britanski teoretik Stephen Hawking trdil, da črne luknje lahko oddajajo delce in energijo. Zahvaljujoč kvantni negotovosti prazen prostor v resnici ni prazen - poln je parnih delcev, ki občasno nastanejo in izginejo. Hawking je spoznal, da če par delcev, ki izhajajo iz vakuuma, zadene rob črne luknje, eden odleti v vesolje, drugi pa pade v črno luknjo. Odnaša energijo črne luknje, uhajajoče Hawkingovo sevanje povzroči, da črna luknja počasi izhlapi. Nekateri teoretiki mislijo, da se informacije spet pojavijo in so kodirane v sevanju iz črne luknje - vendar je to povsem nerazumljiv trenutek, saj se zdi, da je sevanje povsem naključno.
In tako so Aidan Chatwin-Davis, Adam Jermyn in Sean Carroll s Kalifornijskega inštituta za tehnologijo v Pasadeni našli dober način za pridobivanje informacij iz enega samega kvantnega delca, izgubljenega v črni luknji s pomočjo Hawkingovega sevanja in čudnega koncepta kvantne teleportacije.
Kvantna teleportacija omogoča dvema partnerjema, Alice in Bob, da občutljivo kvantno stanje enega delca, kot je elektron, preneseta na drugega. V kvantni teoriji je lahko spin elektrona hkrati gor, dol ali gor in dol. To stanje lahko opišemo s piko na svetu, kjer severni pol pomeni gor, južni pol pa dol. Zemljepisne širine pomenijo različne mešanice gor in dol, dolžinske črte pa pomenijo "fazo" ali kako se križajo vrhovi in dna. Toda če Alice poskuša izmeriti to stanje, se v enem ali drugem scenariju "sesuje" navzgor ali navzdol in uničuje informacije o fazi. Zato ne more izmeriti stanja in poslati informacij Bobu, ampak jih mora poslati nedotaknjene.
Za to lahko Alice in Bob izmenjata dodaten par elektronov, povezanih s posebno kvantno vezjo - zapletom. Stanje vsakega delca v zapletenem paru ni določeno - hkrati kaže na katero koli točko na svetu -, vendar so njihova stanja korelirana, tako da, če Alice izmeri svoj delček iz para in odkrije, da se vrti, recimo navzgor, takoj ve, da bobov elektron vrti se od zgoraj navzdol. Torej, Alice ima dva elektrona - enega, v katerem se želi teleportirati, in njeno polovico zapletenega para. Bob ima samo enega iz zmedenega para.
Promocijski video:
Za izvajanje teleportacije Alice uporablja še eno čudno lastnost kvantne mehanike: da meritev ne razkrije le nekaj o sistemu, temveč tudi spremeni njegovo stanje. Zato Alice vzame dva svoja zapletena elektrona in naredi meritev, ki nanje "projicira" zapleteno stanje. Ta meritev razbije prepletenost med elektronskim parom, ki ga imata ona in Bob. Toda hkrati vodi do dejstva, da je Bobov elektron v stanju, v katerem je bil Alicein elektron, ki ga je morala teleportirati. S pravilnim merjenjem Alice prenaša kvantne informacije z ene strani sistema na drugo.
Chatwin-Davis in njegovi kolegi so ugotovili, da lahko informacije o stanju elektrona teleportirajo tudi iz črne luknje. Recimo, da Alice s svojim elektronom plava ob črni luknji. Zajame en foton iz para Hawkingovega sevanja. Tako kot elektron se lahko foton vrti v obe smeri in se bo zapletel s fotonskim partnerjem, ki pade v črno luknjo. Nato Alice izmeri skupni kotni moment ali spin črne luknje - njeno velikost in, grobo rečeno, kako kvadratno je glede na določeno os. Ob teh dveh delih informacij v rokah vrže svoj elektron in ga za vedno izgubi.
Toda po mnenju znanstvenikov pri delu Physical Review Letters Alice lahko pridobi podatke o stanju tega elektrona. Vse, kar mora storiti, je, da ponovno izmeri vrtenje in usmeritev črne luknje. Te meritve nato zapletejo črno luknjo in vpadni foton. Prav tako teleportirajo stanje elektrona na foton, ki ga je zajela Alice. Tako bodo informacije o izgubljenem elektronu pridobljene v opazovano vesolje.
Chatwin-Davis poudarja, da ta zasnova ni načrt praktičnega eksperimenta. Na koncu bo morala Alice takoj izmeriti vrtenje črne luknje, ki ima enako maso kot sonce. "Šalimo se, da je Alice verjetno najnaprednejša znanstvenica v vesolju," pravi.
Ta shema ima tudi veliko omejitev. Kot ugotavljajo avtorji, deluje zlasti z enim kvantnim delcem, ne pa z dvema ali več. To je zato, ker recept uporablja dejstvo, da črna luknja ohranja kotni moment, zato je njen končni spin enak začetnemu vrtljaju plus spin elektrona. To omogoča Alice, da izvleče natanko dva bitja informacij - celotni spin in njegovo projekcijo vzdolž ene osi - in to je dovolj za določitev zemljepisne širine in dolžine kvantnega stanja enega delca. A to ni dovolj za obnovitev vseh informacij, ki jih je zajela črna luknja.
Da bi resnično rešili problem informacij o črni luknji, morajo teoretiki upoštevati zapletena stanja v notranjosti črne luknje, pravi Stefan Leichenhower, teoretik s kalifornijske univerze v Berkeleyju. "Na žalost so največja vprašanja o črnih luknjah glede notranjega delovanja," pravi. "Torej nam bo ta protokol, ki je vsekakor zanimiv sam po sebi, verjetno malo povedal o informacijski težavi črne luknje."