Fysiker efterforsker sorte huller som gerningssteder

Nicholas Warner ønsker at finde ud af, hvordan stof opfører sig ved universets mest ekstreme grænse. Warner, professor i fysik og astronomi og matematik ved USC Dornsife, modtog for nylig en prestigefyldt bevilling fra Det Europæiske Forskningsråd til at studere et problem, som først blev afsløret af Stephen Hawking - det sorte huls informationsparadoks.

Så hvad er dette paradoks helt præcist?

Sorte huller er defineret af deres enorme gravitationsfelter - felter, der er kraftige nok til at fange lys såvel som stof. Denne sag indeholder oplysninger, såsom dens sammensætning, masse og position. Siden sorte huller kollapser over sig selv, alt bliver så komprimeret, at moderne forståelser af fysik også bryder sammen.

"Den enkleste måde at beskrive det på, " siger Warner, "er, at en af ​​egenskaberne ved sorte huller er, at når først ting er inde i dem, de er uden karakteristika udefra. Så når du laver et sort hul, du har i det væsentlige slettet udefra enhver information om, hvordan du har lavet det."

I henhold til fysikkens nuværende love, disse oplysninger skal altid opbevares, selv når de er fanget i disse sorte huller. I 1980'erne, Stephen Hawking indså, imidlertid, fordi sorte huller har en temperatur, de skal fordampe over tid gennem en proces kendt som Hawking-stråling. Denne proces ville ødelægge den information, som det sorte hul bevarede. Denne uoverensstemmelse kaldes det sorte huls informationsparadoks.

Warner sammenligner problemet med retsmedicinsk videnskab - forsøger at rekonstruere et gerningssted fra blodstænk og fingeraftryk. Dannelsen og fordampningen af ​​et sort hul sletter alt fra gerningsstedet, men dette er forbudt af kvantemekanikken. Dette problem har eksisteret i omkring 40 år, og Warner begyndte at arbejde på det i 2007:Han bruger strengteori til at afdække sorte hullers skjulte kvantestruktur.

Stop ved horisonten

Nu, den nye femårige ERC Advanced-bevilling vil give Warner mulighed for at arbejde på Institut de Physique Théorique nær Paris, gåderligt over sorte hullers kvantestruktur og gendannelse af information. Fra januar 2019, han vil tilbringe tre af de næste fem år i Frankrig, med de andre år på USC Dornsife.

Warner anerkender, hvor støttende USC har været i hans arbejde - både i Californien og i Europa. "Jeg ser det faktum, at jeg kan gå og gøre denne ting, som endnu en manifestation af den meget stærke støtte, de har givet mig, " han siger.

Målet med hans projekt er at udforske mikrostate geometrier, som er identiske med sorte huller i deres egenskaber, bortset fra at mikrostatsgeometrier ikke har en horisont (den grænse, hvor lyset ikke længere kan undslippe det sorte huls gravitationseffekter). I stedet, mikrostate geometrier bruger strengteori og feltteori og stopper det uundgåelige sammenbrud af det sorte hul i horisonten, bevare den information, der er gemt i det sorte hul. Warner har til hensigt at studere, hvordan det fangede stof og stråling omdannes til mikrotilstandsgeometrier og genudsendes fra det sorte huls overflade.

Andre fysikere arbejder på forskellige dele af det sorte huls informationsparadoks, ved hjælp af forskellige tilgange. Warner siger, at det føles lidt som den gamle lignelse om de blinde mænd og elefanten. I historien, seks blinde mænd står ved siden af ​​en elefant, forsøger at gennemskue, hvad de rører ved. Man rører ved siden og siger, at det er en mur; en anden rører ved dyrets snabel og siger, at det er et ben.

"Alle har en del af sagen, og de ekstrapolerer baseret på, hvad de kan opdage og analysere, " siger Warner. Det er ikke ulig de forskellige tilgange til at løse det sorte huls informationsparadoks. "De andre mennesker, der arbejder på dette, er virkelig smarte, men jeg tror, ​​vi har en stor del af gåden i vores tilgang, " han siger.

Hawking:ven og mentor

Hawking, den berømte teoretiske fysiker, var Warners specialerådgiver ved University of Cambridge, hvor Warner fik sin ph.d. i fysik og matematik i 1982. De to mænd holdt kontakten gennem årene, og Warner var en af ​​500 mennesker, der deltog i Hawkings begravelse den 31. marts. Han er også blevet inviteret til den offentlige mindesmærke og bisættelse den 15. juni i Westminster Abbey, hvor Hawking vil blive begravet ved siden af ​​Isaac Newton og Charles Darwin.

Da han så sig rundt i lokalet under begravelsen, Warner havde en erkendelse. "Dybest set alle videnskabsmænd arbejder på en eller anden måde med dette særlige problem, i en eller anden form, som Stephen satte derude i 1980.

"Det er dybt udfordrende, " siger Warner. "Jeg tror, ​​det er hans største arv, at han opdagede dette problem, og vi forsøger stadig at finde ud af det."