Sayangnya, seekor gajah jatuh ke dalam lubang hitam. Yang lebih disayangkan, lubang hitam menguap dan gajah menghilang. Bukankah informasinya abadi? Lantas bagaimana informasi yang terdapat pada gajah bisa hilang tanpa alasan?
Gajah di lubang hitam hilang
Lubang hitam adalah monster kosmik yang menelan segala sesuatu. Mereka adalah benda langit yang tidak dapat kita lihat. Selama materi eksternal jatuh ke dalam lingkup pengaruhnya (dalam ilmu pengetahuan batas kisaran ini disebut "cakrawala lubang hitam"), mereka bahkan tidak akan pernah ingin masuk ke dalam lubang hitam. Selain itu, bahkan cahaya, benda tercepat di alam semesta, tidak dapat lepas dari belenggu gaya gravitasi lubang hitam yang sangat besar.
Dominasi black hole membuat orang gemetar, tapi toh mereka jauh dari bumi, jadi kita manusia di bumi masih sangat aman. Hanya saja sejak tahun 1970-an, lubang hitam telah menimbulkan masalah yang membuat para ilmuwan pusing selama beberapa dekade. Saat itu, astronom terkenal Inggris Stephen Hawking membuktikan secara teoritis bahwa lubang hitam tidak hanya sekedar makan dan muntah, tetapi juga memancarkan energi ke luar, yang disebut penguapan lubang hitam. Hanya saja, laju penguapan lubang hitam ternyata lambat, dan dibutuhkan miliaran tahun untuk menguapkan lubang hitam yang lebih besar.
Masalahnya adalah betapa pun lambatnya lubang hitam menguap, suatu hari ia akan menguap dengan bersih, dan tidak akan ada yang tersisa. Jadi, misalkan seekor gajah jatuh ke dalam lubang hitam sayangnya dan tidak pernah melarikan diri lagi.Ketika lubang hitam menguap, kemana perginya informasi yang terkandung dalam gajah?
Ini sebenarnya adalah pertanyaan teoretis yang sangat serius. Karena menurut teori kuantum yang menjelaskan dunia mikroskopis, informasi di alam semesta tidak akan hilang begitu saja. Kualitas, bentuk, dan struktur gajah adalah informasi gajah. Kalaupun gajah mati, informasi asli diubah menjadi informasi baru, seperti daging gajah busuk dan bau anyir, namun informasi tersebut tidak akan hilang pula. Namun menurut teori lubang hitam, gajah membawa informasinya sendiri dan jatuh ke dalam lubang hitam.Setelah lubang hitam menguap, informasi tersebut menghilang, yang melanggar teori kuantum.
Selain itu, gajah ini tidak mungkin menyelinap keluar dari lubang hitam sebelum menguap. Jika tidak, gajah ini akan melanggar teori relativitas umum Einstein, karena menurut relativitas umum, kecepatan benda apa pun di alam semesta tidak mungkin Di luar kecepatan cahaya, tentunya gajah tidak dapat berlari lebih cepat dari kecepatan cahaya, sehingga tidak ada kemungkinan untuk berlari di luar lubang hitam.
Inilah misteri hilangnya informasi lubang hitam. Ini menunjukkan kepada kita kontradiksi yang mendalam antara dua teori fisika saat ini - relativitas umum untuk mempelajari dunia makroskopik dan teori kuantum untuk mempelajari dunia mikroskopis. Gajah yang menghilang dari udara tipis memberi tahu kita bahwa ada masalah dengan relativitas umum dan informasi yang terkandung di dalam gajah dapat lolos dari lubang hitam; atau ada masalah dengan teori kuantum, dan informasi tersebut dapat menghilang dari udara; atau, keduanya mungkin ada. masalah.
Yang kita lihat bukanlah ruang dan waktu
Ilmuwan saat ini sedang bekerja untuk menyatukan relativitas umum dan teori kuantum untuk membentuk "teori kesatuan besar" yang dapat menjelaskan hukum segala sesuatu, teori yang dapat menjelaskan ke mana perginya gajah.
Fisikawan Kanada Smalling telah berkomitmen untuk mempelajari Grand Unified Theory, dan baru-baru ini, ia telah membuat beberapa penemuan menarik. Misalnya, ia mengusulkan bahwa ruang dan waktu mungkin tidak seperti yang kita pikirkan di masa lalu. Justru pemahaman yang salah tentang ruang dan waktu yang membuat Kami tidak bisa menjelaskan kemana perginya gajah di lubang hitam.
Dulu orang mengira waktu adalah waktu dan ruang adalah ruang, keduanya berdiri sendiri dan tidak ada hubungannya. Baru setelah teori relativitas Einstein dikemukakan, orang baru menyadari bahwa ruang dan waktu sebenarnya tidak dapat dipisahkan, dan keduanya bersama-sama membentuk ruang-waktu di sekitar kita. Dalam pengertian dimensi, waktu adalah satu dimensi dan ruang adalah tiga dimensi, jadi ruang-waktu adalah empat dimensi. Benda besar akan menyebabkan ruang-waktu di sekitarnya membengkok, tetapi bagaimanapun juga, kehidupan cerdas di sudut lain alam semesta dan kita berada di ruang-waktu empat dimensi yang sama.
Namun, Smalling bertanya, bisakah kita mengamati sekeliling dan melihat ruang dan waktu? Misalnya, kita akan memeriksa jam berapa sekarang, ketika kita melihat jam tangan, foton yang dipantulkan dari jam tangan itu mengenai retina kita. Yang benar-benar menyentuh retina kita adalah energi dan momentum foton-foton tersebut Berdasarkan informasi foton, otak kita menganalisis waktu yang ditampilkan oleh jam tangan.
Oleh karena itu, kita tidak melihat ruang dan waktu, dengan kata lain kita tidak melihat ruang-waktu empat dimensi. Jadi apa yang kita lihat?
Ruang lain! Inilah ruang yang tersusun dari energi dan momentum, dalam ilmu fisika disebut ruang momentum. Mirip dengan ruang-waktu empat dimensi, ruang momentum juga empat dimensi, salah satunya adalah energi, dan tiga lainnya adalah tiga komponen momentum.
Di permukaan, ruang momentum yang dibangun oleh para ilmuwan tampaknya hanya permainan matematika. Ruang-waktu empat dimensi telah menjelaskan dunia makroskopis dengan baik. Tampaknya tidak perlu bagi kita untuk membangun ruang momentum. Tetapi dalam beberapa hal, ruang momentum tampak lebih nyata daripada ruang-waktu empat dimensi.
Misalnya, dalam penumbuk partikel, partikel bertabrakan dengan kecepatan tinggi dan menjadi partikel lain, yang melibatkan konversi energi dan momentum; kami menggunakan teleskop astronomi untuk mengamati benda angkasa yang jauh, tetapi yang sebenarnya kami amati hanyalah energi dan energi foton. Informasi momentum. Setidaknya dari pengamatan ini, terlepas dari dunia makro atau mikro, kita mungkin tidak hidup dalam ruang dan waktu, tetapi dalam ruang momentum yang terdiri dari energi dan momentum.
Apa yang lebih menggugah pikiran adalah bahwa sejak tahun 1938, fisikawan Jerman Max Born menemukan bahwa ekspresi dari beberapa persamaan kunci teori kuantum adalah sama terlepas dari apakah persamaan itu digunakan dalam sistem koordinat ruang-waktu atau sistem koordinat momentum-ruang. Jadi, Born menduga bahwa melalui hubungan ini, dapatkah orang menyatukan teori relativitas umum yang menggambarkan ruang-waktu makroskopik dengan mekanika kuantum yang menjelaskan momentum dan energi partikel mikroskopis?
Tidak ada yang mau tahu dimana gajah itu
Lahir juga menebak pada saat bahwa karena ruang-waktu empat dimensi Einstein dapat dibengkokkan oleh massa bintang dan galaksi, ruang momentum juga harus dibengkokkan oleh sesuatu.
Jika ruang momentum melengkung, dan itu nyata di sekitar kita, apa dampaknya bagi kehidupan kita? Smalling menemukan bahwa ruang momentum yang melengkung secara fundamental akan mengubah pandangan alam semesta yang dikatakan Einstein kepada kita.
Dalam relativitas umum, pengamat di mana pun di alam semesta berada dalam ruang-waktu empat dimensi yang sama, ketika mengamati posisi bintang tertentu, tidak akan ada perbedaan lokasi. Namun dalam ruang momentum, situasinya sama sekali berbeda. Misalnya, jika supernova berjarak 10 miliar tahun cahaya dari Anda, dan energi cahaya yang dipancarkan supernova sekitar 10 miliar elektron volt, maka Anda mengukur posisi bintang dalam ruang dan waktu. Jika ada pengamat di dekat supernova. Posisi bintang ini tidak sesuai dengan posisi yang kalian berdua dapatkan, perbedaannya 1 detik cahaya, yaitu jarak tempuh cahaya selama 1 detik (300.000 kilometer). Dengan kata lain, jika Anda berkomunikasi dengan pengamat tentang posisi supernova, dia akan merasakan bahwa posisi supernova yang Anda berikan berjarak 300.000 kilometer.
Artinya, pada momentum ruang lengkung, posisi bintang sebenarnya tidak tetap, melainkan bergantung pada tempat pengamat berdiri. Smalling menyebut fenomena ini bintang memiliki "lokasi relatif".
Hasil pengukuran seorang pengamat terhadap ruang-waktu di sekitarnya berbeda dengan pengamat lainnya, dan secara teori semakin jauh jarak antara kedua pengamat tersebut, semakin besar selisih hasil pengukurannya; atau kedua pengamat tersebut melakukan pengukuran. Semakin besar jeda waktu, semakin besar perbedaan hasil pengukuran.
Konsep lokasi relatif dapat menjelaskan mengapa gajah di lubang hitam hilang. Misalkan kita melihat pemandangan tragis ini ketika gajah jatuh ke dalam lubang hitam. Kemudian kami menunggu di sebelah lubang hitam. Setelah ratusan juta tahun, lubang hitam menguap dan kami tidak dapat lagi mengamati gajah. Kemudian, jika kita melihat kembali saat gajah jatuh ke lubang hitam, menurut sifat momentum ruang, letak gajah pada saat itu menjadi tidak pasti, karena kita sebagai pengamat tidak sama. Oleh karena itu, ketika lubang hitam menguap, kita tidak dapat menilai apakah gajah benar-benar jatuh ke lubang hitam, atau melewatkan lubang hitam dan untungnya lolos dari lubang hitam.
Akibatnya, hilangnya informasi lubang hitam dan misteri gajah yang hilang untuk sementara terpecahkan dengan cara ini. Sederhananya, posisi gajah bergantung pada pengamat, dan posisi kemunculannya akan berubah!
Lokasi relatif memberi kita pukulan berat ke muka dunia dalam pikiran kita. Jika ruang dan waktu di sekitar kita juga bergantung pada pengamat dan perubahan, ruang dan waktu yang Anda lihat tidak sama dengan ruang dan waktu yang saya lihat, lalu apa itu dunia nyata? Ruang momentum adalah "latar belakang besar" dari alam semesta Apakah benda-benda langit dan partikel-partikel berderap di dalamnya?
Alam semesta kita mungkin 8 dimensi
Smalling percaya bahwa alam semesta bukanlah ilusi. Harus ada ruang-waktu yang stabil dan absolut. Semua jenis materi dari benda langit hingga partikel kecil adalah "penghuni" ruang-waktu ini, dan yang hilang di lubang hitam. Gajah juga merupakan penghuni ruang dan waktu ini.
Ruang-waktu yang stabil ini seharusnya merupakan kombinasi dari ruang-waktu empat dimensi dan ruang momentum yang telah kita ketahui, yang mungkin memiliki 8 dimensi, antara lain waktu, posisi, momentum, energi, dan karakteristik lainnya. Ruang-waktu empat-dimensi dan ruang momentum hanyalah dua sisi dari "koin" ruang-waktu 8-dimensi ini. Smalling menyebut ruang-waktu imajiner ini sebagai "ruang fase", yang merupakan "latar belakang besar" yang sebenarnya dari alam semesta tempat kita tinggal.
Teori relativitas Einstein, atau teori kuantum saat ini, hanyalah deskripsi parsial dari ruang fase berdimensi lebih tinggi ini. Ruang fase menyatukan ruang-waktu, energi, dan momentum yang sebelumnya terpisah. Jika para ilmuwan dapat menemukan teori yang cocok untuk mendeskripsikan ruang fase, teori ini harus menjadi teori kesatuan besar.
Oleh karena itu, meskipun informasi yang terkandung di dalam gajah menghilang ketika lubang hitam menguap, ia hanya menghilang di ruang-waktu empat dimensi, dan tidak menghilang di ruang-waktu 8-dimensi. Informasi yang dikandungnya masih ada di alam semesta. Hanya saja kita tidak bisa mengamatinya dari perspektif ruang-waktu empat dimensi.
Berikan bukti ruang-waktu baru
Apakah ruang fase itu nyata? Teori relativitas telah membuktikan keberadaan ruang-waktu empat dimensi.Tugas ilmuwan selanjutnya adalah membuktikan adanya ruang momentum.
Kita tahu bahwa massa akan menyebabkan kelengkungan ruang-waktu empat dimensi, Smalling percaya bahwa momentum ruang empat dimensi juga akan melengkung karena suatu alasan. Jika ruang momentum dibengkokkan maka akan tercipta beberapa fenomena menarik di alam semesta, misalnya akan berdampak pada semburan sinar gamma di alam semesta.
Ledakan sinar gamma adalah sinar gamma yang dipancarkan oleh bintang masif di awal alam semesta saat mereka mati. Seringkali, energi yang dilepaskan oleh bintang dalam beberapa detik setara dengan energi yang dilepaskan oleh ratusan matahari seumur hidup. Ada foton berenergi tinggi dan foton berenergi rendah dalam semburan sinar gamma. Jika ruang momentum melengkung, maka secara teori, dalam ledakan sinar gamma yang sama, foton berenergi tinggi dan foton berenergi rendah diproduksi pada saat yang sama. Jika mereka terbang menuju bumi, foton berenergi rendah akan tiba lebih dulu, dan foton berenergi tinggi akan muncul kemudian. Kedatangan.
Pada tahun 2005, para astronom mengamati di teleskop untuk pertama kalinya bahwa foton berenergi tinggi yang dihasilkan oleh ledakan sinar gamma benar-benar mencapai Bumi lebih lambat dari foton berenergi rendah; Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi yang diluncurkan oleh Amerika Serikat pada tahun 2008 juga mengkonfirmasi hal tersebut. Fenomena ini ada.
Namun, tidak jelas bahwa keterlambatan datangnya foton berenergi tinggi memang disebabkan oleh ruang momentum lengkung atau oleh karakteristik ledakan sinar gamma itu sendiri. Jika semburan sinar gamma meletus seketika, kita dapat mengatakan bahwa foton berenergi tinggi dan foton berenergi rendah dihasilkan pada saat yang sama, dan waktu ketika keduanya mencapai bumi berbeda, yang dapat membuktikan adanya ruang momentum lengkung.
Namun, ledakan sinar gamma dapat melepaskan foton berenergi rendah terlebih dahulu, dan kemudian melepaskan foton berenergi tinggi beberapa detik kemudian, sehingga terdapat perbedaan waktu bagi keduanya untuk mencapai bumi. Dengan cara ini, keberadaan ruang momentum lengkung tidak pasti.
Ada solusinya, yaitu mengumpulkan lebih banyak informasi tentang semburan sinar gamma yang dihasilkan dari lokasi berbeda. Jika keterlambatan datangnya foton berenergi tinggi disebabkan oleh karakteristik ledakan sinar gamma itu sendiri, misalnya foton berenergi rendah pertama kali diproduksi, dan kemudian foton berenergi tinggi diproduksi setelah jangka waktu tertentu, maka terlepas dari jarak antara semburan sinar gamma ini, perbedaan waktu antara kedatangan kedua foton tersebut di bumi Sama saja, jika fenomena keterlambatan dihasilkan oleh ruang momentum lengkung, waktu kedatangan akhir foton berenergi tinggi dari semburan sinar gamma yang berbeda akan berbeda. Para astronom sedang melakukan pengamatan di daerah ini untuk membuktikan keberadaan ruang momentum lengkung.
Meskipun Einstein menyatukan waktu dan ruang menjadi ruang-waktu empat dimensi, untuk waktu yang lama, orang melihat hubungan antara ruang-waktu dan energi dan momentum secara terpisah. Mungkin, revolusi fisika berikutnya adalah permulaan, ruang dan waktu, energi, dan momentum juga akan bersatu di bawah ruang fase, dan pandangan kita tentang alam semesta akan disublimasikan lagi.
Artikel ini berasal dari artikel di artikel majalah Big Science and Technology "Science Mystery".
- "Delapan Wanita Menyapu Sungai" dalam sejarah Perang Anti-Jepang, yang termuda berusia 13 tahun, tulisan Deng Yingchao dan Kang Keqing
- Bait Festival Musim Semi pertama di zaman kuno berisi tanda penaklukan negara. Anda tidak akan pernah memikirkan misterinya
- Mausoleum Huang Tai Chi Qing Zhao, warisan budaya dunia, satu-satunya makam Dinasti Qing yang belum dicuri atau digali
- Hebat, SUV domestik bernilai tinggi lainnya secara resmi dirilis dan diharapkan akan diluncurkan pada bulan Juni
- Rong Guotuan, juara dunia pertama China, telah diterima oleh Ketua Mao berkali-kali dan bunuh diri dalam "Revolusi Kebudayaan"