Dezembro 3, 2022

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Buracos negros não podem enviar informações sobre o que estão engolindo – e isso é um problema

Buracos negros não podem enviar informações sobre o que estão engolindo - e isso é um problema

Aaron Horowitz/Getty Images

Três números.

Apenas três números – é tudo o que é preciso para descrever um buraco negro completamente e 100% sem ambiguidade na relatividade geral. Se eu lhe disser a massa, carga elétrica e rotação (ou seja, momento angular) de um buraco negro, terminamos. Isso é tudo o que saberemos sobre ele e tudo o que precisamos para descrever suas características.

Esses três números nos permitem calcular tudo sobre como o buraco negro interage com seu ambiente, como os objetos ao seu redor responderão a ele e como o buraco negro se desenvolverá no futuro.

Apesar de todas as suas ferozes capacidades gravitacionais e sua natureza alienígena profana, os buracos negros são surpreendentemente simples. Se eu lhe desse dois buracos negros com exatamente a mesma massa, carga e rotação, você não seria capaz de diferenciá-los. Se você trocar de lugar sem olhar, você não saberá que eu fiz.

Isso também significa que quando você vê um buraco negro totalmente formado, você não tem ideia de por que ele se formou. Qualquer combinação de massa compacta em um volume pequeno o suficiente pode fazer o trabalho. Pode ser o núcleo superdenso de uma estrela moribunda. Teria sido uma ninhada muito espessa de gatos adoráveis ​​que foram esmagados no esquecimento.

Enquanto massa, carga e rotação forem iguais, a história é irrelevante. Não há informações sobre o material original que criou o buraco negro. Ou é?

Estabelecimento de cartas

“Informação” é um termo levemente carregado; Eles podem ter definições diferentes dependendo de quem você pergunta e em que humor eles estão. Na física, o conceito de informação está intimamente relacionado à nossa compreensão de como os sistemas físicos se desenvolvem e como construímos nossas teorias na física.

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Gostamos de pensar que a física é um modelo relativamente útil para entender o universo em que vivemos. Uma das maneiras pelas quais a física se beneficia é sua capacidade de prever. Se eu lhe der uma lista de todas as informações sobre um sistema, devo ser capaz de aplicar as leis e teorias da física para lhe dizer como esse sistema se desenvolverá. E o contrário também é verdadeiro. Se eu lhe disser o estado do sistema agora, você pode executar toda a matemática de volta para ver como o sistema chegou ao seu estado atual.

Esses dois conceitos são conhecidos como inevitabilidade (Eu posso prever o futuro) e reflexão (Eu posso ler o passado) E é praticamente o núcleo fundamental da física. Se nossas teorias da física não tivessem essas propriedades, não seríamos capazes de realizar muito trabalho.

Esses dois conceitos também se aplicam à mecânica quântica. Sim, a mecânica quântica impõe limites estritos ao que podemos medir sobre o universo, mas isso não significa que todas as apostas estejam erradas. Em vez disso, podemos simplesmente substituir um estado clássico bem definido por um estado quântico mais difuso e seguir em frente com nossas vidas; O estado quântico evolui de acordo com a equação de Schrödinger, que suporta tanto o determinismo quanto a reversibilidade, então estamos todos bem.

As informações não são perdidas ao queimar um livro; É apenas uma mistura.

Esse duplo golpe de determinismo e reversibilidade significa que, em termos de física, a informação deve ser preservada durante qualquer processo. Não pode ser criado ou destruído – Se adicionarmos ou removermos informações individualmente, não poderemos prever o futuro ou ler o passado. Qualquer perda ou ganho significa que haverá informações ausentes ou informações extras, então toda a física se transformará em pó.

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Existem muitos processos que Ele aparece Para destruir informações, mas isso é apenas porque não seguimos com cuidado suficiente. Tomemos, por exemplo, queimar um livro. Se eu lhe der um monte de cinzas, isso parecerá irreversível: não há como você juntar o livro novamente. Mas se você tem um microscópio poderoso o suficiente à sua disposição (e muita paciência) e você tem que ficar de olho em mim enquanto o livro queima, você pode – pelo menos em princípio, o que é bom o suficiente – observar e rastrear o movimento de cada molécula do processo. Você pode então reverter todos esses movimentos e todas essas interações para reconstruir o livro. As informações não são perdidas ao queimar um livro; É apenas uma mistura.

Na visão clássica e tradicional dos buracos negros, todo esse trabalho relacionado à informação não é um problema. A informação que foi usada para construir o buraco negro é simplesmente obscurecida muito atrás do horizonte de eventos – o limite de mão única na superfície do buraco negro que o torna tão único. Uma vez lá, a informação neste universo nunca mais será vista. Seja um buraco negro formado por estrelas moribundas ou gatos esmagados, isso não acontece praticamente questão. A informação não pode ser destruída, mas está permanentemente escondida de olhares indiscretos.