Tento článek je součástí balíčku ve spolupráci s Forbes na časových kapslích, uchovávání informací a komunikaci s budoucností. Přečtěte si více ze zprávy.
Akolem 38 procent webových stránek, které byly v roce 2013 na internetu jsou teď pryč. Polovina stránek Wikipedie odkazuje na mrtvé odkazy. Zdá se, že informace mizí všude kolem nás, a to není nic nového. Nad geologický čas, ztráta informací je normou, nikoli výjimkou.
Přesto podle fyziky nejsou informace nikdy zničeny. V zásadě je spálená kniha stejně čtivá jako originál – pokud analyzujete popel z ohně, kouř a plameny, abyste znovu vytvořili spálená slova.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceňované žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a nápadech, které formují náš dnešní svět.
Princip „jednotky“ kvantové mechaniky říká, že vesmír je reverzibilní – co se stalo, lze vždy vrátit zpět. Pokud víte vše o vesmíru v přítomnosti, pak byste měli být schopni to přetočit a pochopit vše o něm v minulosti a předpovědět vše o něm v budoucnosti. jinými slovy, znalosti jsou vždy zachovány; zničení informací je podle základních fyzikálních zákonů nemožné.
nebo ano? V některých speciálních částech vesmíru, jako např uvnitř černých děr se zdá, že se informace ztrácejí. Tento paradox trápí fyziky půl století, ale v posledních několika letech vědci objevili cestu k jeho řešení. Zdá se, že informace najdou únikový poklop. Mnoho otázek však zůstává. Aby na ně mohli vědci odpovědět, budou muset proniknout do jednoho z největších otevřených problémů ve fyzice: Jak funguje gravitace v kvantové říši? Studiem osudu informací fyzici doufají, že najdou cestu k plně realizované teorii kvantové gravitace.
Černé díry představují problém pro informace, protože netrvají věčně. Částice z nich unikají velmi pomalu v procesu zvaném Hawkingovo záření, který objevil zesnulý fyzik Stephen Hawking v roce 1974. Nakonec se úplně vypaří a nezanechají po sobě nic. Ale pokud je to tak, jak pak můžeme vědět, co do nich spadlo? „Vypadá to, že informace jsou zničeny, pokud se nedostanou ven,“ říká fyzik Thomas Hartman z Cornell University.
Nestálost sama o sobě nepředstavuje informační paradox. Mnoho věcí v přírodě nevydrží. Ale ty další mizející věci se přeměňují v něco jiného nebo zanechávají reziduum, díky kterému by podnikavý fyzik mohl dát dohromady jejich existenci. Černé díry však slavně nic nepustí. Jejich gravitace je tak silná, že ani světlo nemůže uniknout jejich mezím, definovaným sférickou hranicí zvanou horizont událostí. Hawkingovy částice, které vyzařují a které je vyčerpávají, nepocházejí z horizontu událostí, ale mimo něj, a proto jsou imunní. Hawkingovo záření představuje „energii vytlačenou z vakua blízko horizontu událostí,“ napsal fyzik Ahmed Almheiri v Scientific American v roce 2022. Ale také proto vědci předpokládali, že tyto částice s sebou nemohou nést informace o nitru černé díry.
Hawking rozpoznal problém, když vypočítal entropii černé díry. Entropie je mírou nepořádku nebo nejistoty. „Informace jsou znalosti o systému a nedostatek informací je entropie,“ říká teoretik kvantové informace Hrant Gharibyan, který spoluzaložil společnost zabývající se kvantovým softwarem BlueQubit. Čím více informací o systému máte, tím nižší je jeho entropie. A kdybyste o ní věděli všechno – přesně tam, kde byla každá částice – entropie by byla nulová. Hawking ale zjistil, že v konečném kvantovém stavu poté, co se černá díra úplně vypaří, její entropie není nulová. Uh-oh – informace jsou pryč.
Od té doby se fyzici pokoušejí hádanku rozluštit. Od začátku doufali, že najdou způsob, jak by Hawkingovy částice mohly nést informace o černé díře. „Jakmile se černá díra úplně odpaří, zbude už jen Hawkingovo záření, takže tam musí být,“ říká fyzik Edgar Shaghoulian z Kalifornské univerzity v Santa Cruz. Nebylo však jasné, jak by mohla být informace zakódována v unikajícím částicím.
Fyzici udělali průlom před několika lety, když uvažovali o samotném časoprostoru jako o kvantovém jevu. Stejně jako částice nebo jakýkoli jiný kvantový objekt by kvantový prostoročas neměl pevnou, jistou geometrii – místo toho by existoval jako kombinace různých geometrií, z nichž každá má svou vlastní pravděpodobnost. Ačkoli nejpravděpodobnější tvary by napodobovaly klasický obrázek černé díry, některé z odlehlých pravděpodobností by vypadaly mnohem jinak. V některých případech by vnitřky černých děr dokonce tvořily červí díry spojující se s jinými černými dírami. Faktoring v červích dírách odhalil, že ve skutečnosti a oblast časoprostoru v černé díře zvané ostrov v některých ohledech existuje mimo díru úplně. A zdá se, že informace najdou cestu skrz takové červí díry.
Tato úniková cesta znamená, že v zásadě by fyzici měli být schopni najít data, která potřebují k přetočení černých děr, stejně jako mohou zvrátit jakoukoli jinou událost ve vesmíru. „Abyste se dostali k informacím, musíte udělat něco velmi, velmi jemného, podobného popelu ze spálené zprávy, ale ještě horšího,“ říká Shaghoulian. Vědci použili tento poznatek k vymýšlení nového vzorce pro entropii zadní díry a odhalili, že její konečný stav je nula, jak by tomu mělo být, pokud jsou dodrženy všechny fyzikální zákony.
Tato nedávná odhalení zmírňují informační paradox černých děr, ale ještě je třeba dopracovat mnoho detailů. „Udělali jsme v tom velký pokrok, ale stále existují otázky, které nejsou zodpovězeny,“ říká Hartman. „Neříkám tomu vyřešené.“
Obrovská gravitace černých děr je staví pod působnost Einsteinovy obecné teorie relativity, která jako první předpověděla jejich existenci. Přesto jejich nepatrná velikost znamená, že musí také dodržovat pravidla kvantové mechaniky, která vládne říši velmi malých. Protiklad těchto dvou neslučitelných teorií je důvodem, proč vzniká mnoho problémů s černými dírami. To je také důvod, proč černé díry mohou ukázat cestu k jejich usmíření.
„Černé díry jsou skvělé pro teoretické fyziky,“ říká Hartman. „Černá díra je druh nejjednoduššího a nejčistšího teoretického systému, ve kterém lze studovat gravitaci. A vlastnosti černých děr jsou druhem vlastností samotného časoprostoru.“
Vědci doufají, že pomocí hádanek a paradoxů černých děr objasní, jak obecná teorie relativity zapadá do kvantové fyziky, a dokonce pochopí, co je časoprostor. Skutečnost, že černé díry uchovávají informace, znamená, že samotný prostoročas může ukládat informace a možná i tento prostoročas je informace. Tkanina vesmíru se může skládat z malých kvantovaných jednotek informací a způsoby, jak jsou tyto jednotky vzájemně korelovány – nebo propleteny – mohou určovat tvar prostoru a času.
Ať tak či onak, zdá se, že informace jsou ve vesmíru v bezpečí. Ve světě, kde je život pomíjivý, kde nikdo a nic nemůže trvat věčně, dokonce ani planeta Země, je toto pravidlo uklidňující. Vždy bude existovat záznam, jakkoli nevyzpytatelný, o tom, co se zde stalo.
