Black Holes information loss (no) problem

Πριν λίγο καιρό, σε κάποιο σχόλιο στο post για τα Hawking Radiation analogues, ζήτησε ο chrischris να πούμε κάποια πράγματα για το information loss paradox με αφορμή την εργασία του Νίκου Παππά από το παν/μιο στα Γιάννενα. Επειδή ο Νίκος είναι φίλος, είπα να πάω κατευθείαν στην πηγή και να μας γράψει ο ίδιος δύο λόγια για το θέμα. Έτσι λοιπόν, ο Νίκος μας ετοίμασε το παρακάτω κείμενο για το information loss paradox. Αυτή η φιλική συμμετοχή είναι και μία επίσημη πρώτη για το blog. Τα guest posts αυτού το style (όπου κάποιος μιλάει για τον τομέα ειδικότητάς του) δεν είναι κακή ιδέα.

-------- Information loss paradox --------

Το παράδοξο της απώλειας της πληροφορίας (information loss paradox) στις μαύρες τρύπες είναι ένα ζήτημα αρκετά γνωστό και προβεβλημένο στον στενό κύκλο των θεωρητικών φυσικών. Έτσι όπως εγώ το κατανοώ, συμπεριλαμβάνει δύο ζητήματα, που μέχρι σήμερα παραμένουν αναπάντητα. Για να ακριβολογούμε, έχουν προταθεί σειρά θεωρητικών ερμηνειών, για την εγκυρότητα των οποίων δεν υπάρχει ομοφωνία από την επιστημονική κοινότητα, αποτελώντας έτσι πεδίο για γόνιμο περεταίρω προβληματισμό. Να μην το κουράζω άλλο, λοιπόν, ορίστε πως διαρθρώνεται το ζήτημα.

Ας πάρουμε τα πράγματα λίγο από την αρχή. Τα μόνα χαρακτηριστικά, που μπορούμε εμείς ως εξωτερικοί παρατηρητές να αποδώσουμε - παρατηρήσουμε σε μια μαύρη τρύπα είναι η μάζα (M) της, η στροφορμή (J) και το ηλεκτρικό της φορτίο (Q). Πέραν αυτών τίποτε άλλο. Κατά συνέπεια όταν εμείς παρατηρούμε π.χ. δύο μαύρες τρύπες, που να έχουν ίδια αυτά τα τρία χαρακτηριστικά, δεν μπορούμε να ξέρουμε τίποτε σχετικά με την ύλη, από την κατάρρευση της οποίας αυτές προήλθαν. Παρομοίως, όταν μια μαύρη τρύπα απορροφήσει ένα σώμα π.χ. 2.5 τόνων είτε αυτό είναι μια ολομέλεια της Βουλής (300 x 75 κιλά μ.ό. + κάτι εξτραδάκια από Πάγκαλο, Καραμανλή και όλους), είτε είναι ένα φορτίο τσιμεντότουβλα, το μόνο που θα μπορέσει να δει ένας παρατηρητής είναι ότι αυξήθηκε η μάζα της μαύρης τρύπας κατά αυτό το ποσό και καμία ένδειξη του τι απορροφήθηκε δεν θα μείνει. Φυσικά, σε μια πρώτη ανάγνωση, θα μπορούσε κανείς να πει ότι και όταν καίμε στο τζάκι αντικείμενα αυτά μετασχηματίζονται μη αντιστρεπτά σε θερμότητα και πάλι δεν μπορεί κάποιος να ξέρει εάν κάψαμε ξύλο ή χαρτί, οπότε γιατί τέτοια πρεμούρα για τις μαύρες τρύπες; Το λεπτό σημείο είναι το εξής, σύμφωνα με την κβαντική θεωρία πεδίου, πληροφορίες σχετικά με ένα σύστημα δεν μπορούν να χάνονται, παρά μόνο να μετασχηματίζονται. Έτσι λοιπόν, στην περίπτωση του τζακιού, στην ακτινοβολία που εκπέμπεται θεωρούμε ότι κωδικοποιούνται όλες οι πληροφορίες σχετικά με το υλικό, που καίγεται, ακόμα κι αν εμείς δεν είμαστε σε θέση να τις παρατηρήσουμε – καταγράψουμε (αυτό είναι τεχνική μας αδυναμία, όχι απαγόρευση της Φύσης). Όμως στην περίπτωση των μαύρων τρυπών, δεν είναι καθόλου σίγουρο εάν ο μηχανισμός, που επιτρέπει αυτή τη μεταφορά πληροφοριών από το καιγόμενο σώμα στην εκπεμπόμενη από αυτό ακτινοβολία, μπορεί να λειτουργήσει. Συνεπώς μένει ανοιχτό το ερώτημα εάν κάποιες πληροφορίες για το σώμα, που απορροφάται, καταστρέφονται με μη αντιστρεπτό τρόπο ή διατηρούνται ανέπαφες και ποιός είναι ο μηχανισμός σε κάθε περίπτωση. Εδώ νομίζω είναι απαραίτητο να επισημάνω ότι οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν ακτινοβολία, τη λεγόμενη ακτινοβολία Hawking, και μάλιστα ακτινοβολούν σαν μέλανα σώματα με θερμοκρασία αντιστρόφως ανάλογη της μάζας τους, η οποία έχει σαν αποτέλεσμα οι μαύρες τρύπες να εξατμίζονται έστω και αν αυτό είναι μια ποοοοοολύ αργή διαδικασία (ας μην επεκταθώ περισσότερο στο τι είναι και πως παράγεται η ακτινοβολία Hawking, ο ενδιαφερόμενος αναγνώστης μπορεί να δει σχετικά links από αυτό εδώ το blog). Αν δεν υπήρχε, λοιπόν, ζήτημα εξάτμισης – εξαφάνισης των μαύρων τρυπών, δεν θα ανέκυπτε και το πρόβλημα με τις πληροφορίες. Θα θεωρούσαμε ότι όλες οι πληροφορίες παραμένουν αιώνια εγκλωβισμένες στο εσωτερικό των μαύρων τρυπών, αιτιακά αποκομμένες από το υπόλοιπο Σύμπαν και όλα καλά. Ο λόγος, που δεν είναι σαφές το τι ακριβώς συμβαίνει στις μαύρες τρύπες, ειδικά όταν αυτές φτάσουν να έχουν πολύ μικρή μάζα (και πολύ μεγάλη θερμοκρασία, οπότε και εκμπέμπουν μεγάλα ποσά ενέργεια μέσω της ακτινοβολίας Hawking) είναι ότι σε αυτή την κατάσταση η ακριβής περιγραφή, απαιτεί μια πλήρη θεωρία, που να ενσωματώνει την κβαντική μηχανική με τη βαρύτητα, η οποία ως γνωστόν δεν υπάρχει ακόμα. Συνεπώς υπάρχει το περιθώριο να στηθούν διαφορετικά μοντέλα. Έτσι έχει κατά καιρούς προταθεί ότι

1. το σύνολο της πληροφορίας διατηρείται και επανεκπέμπεται στο Σύμπαν μέσω της ακτινοβολίας Hawking, η οποία όμως θα πρέπει να μην είναι θερμικού τύπου (γιατί τότε δεν μπορεί να περιέχει πληροφορίες. Σημειωτέο ότι ο Hawking την είχε υπολογίσει να είναι θερμικού τύπου),
2. διατηρείται αλλά παραμένει εγκλωβισμένη σε ένα υπόλειμμα της μαύρης τρύπας, η οποία δεν εξατμίζεται πλήρως αν και δεν μπορεί κανείς να φανταστεί το γιατί,
3. διαρρέει προς κάποιο παράλληλο Σύμπαν μέσω της σκουληκότρυπας, που ανοίγεται στο εσωτερικό της μαύρης τρύπας,
4. καταστρέφεται με κάποιον άγνωστο μηχανισμό,

συν κάποιες άλλες ακόμα πιο εξωτικές ιδέες. Θα προέτρεπα όποιον θέλει να αποκτήσει μια πιο πλήρη εικόνα να κοιτάξει τα άρθρα S. B. Giddings, Phys. Rev. D 46, 1347 (1992) και S.D. Mathur arxiv: 0909.1038, που απευθύνονται σε ένα πιο γενικό κοινό.

Η δική μου ιδέα σχετικά με τα παραπάνω, λέει εν συντομία ότι στη Φύση υπάρχουν δύο είδη πληροφορίας, οι θεμελιώδεις (π.χ. μάζα, φορτίο, στροφορμη και ίσως κάποιος συνδυασμός βαρυονικού και λεπτονικού αριθμού) και οι δευτερεύουσες (όλες οι υπόλοιπες). Οι θεμελιώδεις δεν καταστρέφονται με κανένα τρόπο και στην όλη διαδικασία σχηματισμού και εξάτμισης των μαύρων τρυπών επιτυγχάνεται η διατήρησή τους, ενώ αντίθετα οι μαύρες τρύπες καταστρέφουν όλες τις δευτερεύουσες, εξ΄ού και η μαγάλη τους εντροπία. Με δύο λόγια, συμβαίνει και διατήρηση και καταστροφή πληροφοριών. Για τον ενδιαφερόμενο το πλήρες κείμενο βρίσκεται στο arxiv:gr-qc 1009.5111

Το άλλο ζήτημα είναι το εξής. Η εξέλιξη των μαύρων τρυπών συχνά προσεγγίζεται σαν μια διαδικασία σκέδασης, όπου σωματίδια εισέρχονται στη μαύρη τρύπα, αλληλεπιδρούν με αυτή και εκπέμπονται. Αυτά που εκπέμπονται βρίσκονται όλα με mixed state μιας και η ακτινοβολία Hawking δεχόμαστε ότι είναι θερμική. Κάποια όμως από αυτά που απορροφώνται βρίσκονται σε pure state, οπότε για αυτά η περιγραφή της ιστορίας τους είναι ότι εισήλθαν σε pure state και βγήκαν σε mixed state, κάτι που απαγορεύει ρητά η κβαντική φυσική! Και πάλι έχουν προταθεί κάποιες ιδέες για την ερμηνεία του φαινομένου, αλλά καμία ικανοποιητική.

Ίσως κάποια από τα παραπάνω να φαίνονται παιδικά ερωτήματα ή σοφιστείες ή απλά πολύ μακριά από εμάς, αλλά μιας και αγγίζουν τα θεμέλια της γνώσης μας σχετικά με το πώς κατανοούμε τη Φύση, είναι πραγματικά πολύ ουσιώδη ερωτήματα!

Ελπίζω να είναι όλα τα παραπάνω αρκετά κατανοητά, αν και υπάρχουν κάμποσα σημεία, που τα πέρασα χωρίς πολύ ανάλυση για να μην παραεπεκταθώ. Με χαρά είμαι διαθέσιμος να απαντήσω στο βαθμό, που γνωρίζω, σε κάθε καλοπροαίρετη ερώτηση.

Fear and Loathing in Las Grecia

Έχει καταντήσει επικίνδυνη η Ελλάδα. Επικίνδυνη για την πνευματική μας υγεία και πιθανότατα και για την σωματική μας ακεραιότητα.

Σάββατο, παραμονή εκλογών. Είμαστε με έναν φίλο καθ οδόν για το χωριό, προκειμένου να ασκήσουμε το δημοκρατικό μας δικαίωμα.

Εκεί που συζητάγαμε, μου λέει, "Το άκουσες για τον Γιωργάκη... Έχει λέει ένα μυστικό της επιτυχίας... Γι' αυτό τα πήγε και τόσο καλά στον μαραθώνιο".

"Τι μυστικό έχει δηλαδή;" τον ρωτάω εγώ απορημένα.

"Να, είδα σε μια εκπομπή προχθές, ότι φοράει λέει ένα βραχιόλι που ελέγχει λέει τα ρεύματα και ρυθμίζει τις συχνότητες, ώστε το σώμα να είναι σε ισορροπία και να λειτουργεί καλύτερα και να έχεις πιο καθαρό μυαλό κλπ."

Ζντοινγκ...

Για του λόγου το αληθές, υπάρχει και ένα σχετικό αφιέρωμα στο συγκεκριμένο βραχιόλι από ΤΑ ΝΕΑ, ενώ φωτογραφίες από το "ζέσταμα" του Γιωργάκη με το βραχιόλι να φαίνεται στο δεξί του χέρι μπορεί δει κανείς εδώ.



Έπεσα από τα chemtrails που έχει πει και ένας φίλος εδώ στο blog (btw, όποιος ξέρει που έπαιξε αυτό το θέμα και που υπάρχει βίντεο, ας ρίξει ένα hint).

Είμαστε καθ οδόν να πάμε να ψηφίσουμε όπως είπα. Μέσα στο όλο κλίμα που έχει δημιουργηθεί με τα ψευτο-διλήμματα περί σταθερότητας, μνημονίου και πάει λέγοντας, τα οποία εν μέρη καλλιεργήθηκαν και από την εκπληκτικής σύλληψης φαεινή ιδέα του Γιωργάκη να κάνει εκείνη την διακαναλική και να γυρίσει το θέμα των δημοτικών προς αυτή την κατεύθυνση. Η συνειδητοποίηση λοιπόν του γεγονότος ότι οι φαεινές του Γιωργάκη, μπορεί και να συνδέονται με τέτοιες αντιλήψεις για την πραγματικότητα... ήταν ανατριχιαστική. Δηλαδή με χαϊμαλιά και ματζούνια θα βγούμε από την κρίση; Όχι ότι ο Ανδρέας ήταν καλύτερος, με τους αστρολόγους και τα medium που είχε μπλέξει, αλλά...

Anyway, εκεί που τα λέμε αυτά, ανοίγει ο φίλος το ραδιόφωνο να ακούσουμε καμία είδηση. Το ράδιο ήταν συντονισμένο στον ΣΚΑΙ. Βλέπω το σταθμό και του λέω, "Άσε, έχει ξεφύγει και ο ΣΚΑΙ. Άκουγα αυτή τη βδομάδα τους Λυριτζή-Οικονόμου και έχουν ξεπεράσει κάθε όριο γλοιότητας." (από το "γλοιώδης" και κατά το "γελοιότητα")
Του περιγράφω λοιπόν το σκηνικό με τις ατελείωτες βλακείες που έλεγαν όλη τη βδομάδα στο θέμα με τα πακέτα και τις βόμβες.

Ξαφνικά, φεύγει από τις διαφημίσεις που είχε ο σταθμός και αρχίζει η μεσημεριανή εκπομπή της Βίδου. Η όλη φάση έγινε απόλυτα σουρεαλιστική. Αξίζει να ακούσει κανείς τα πρώτα δευτερόλεπτα της εκπομπής...
Εκεί που ξεκινά λοιπόν την εκπομπή της λέγοντας ότι αρχίζει να πιστεύει σε μια ανώτερη δύναμη και κάτι τέτοια, ξαφνικά πετάει την βόμβα. Της έλεγε, λέει, ένας φίλος της ότι το ΣΚ των εκλογών θα έχει καλό καιρό για να πάει ο κόσμος να ψηφίσει και ότι αυτό θα γίνει γιατί μας ψεκάζουνε, λέει, και αυτή δεν τον πίστευε. Αλλά να που, λέει, ο φίλος της είχε δίκαιο και πρέπει να μας ψεκάζουνε γιατί ο ήλιος που είχε το σάββατο δεν ήταν φυσιολογικός και κάτι τέτοια.

ΈΛΕΟΣ ΡΕ... ΈΛΕΟΣ...

Ρε τι μαλακίες βγαίνουνε και λένε στα ραδιόφωνα... Ρε τι σκατά μας σερβίρουνε γαμώ το κέρατό μου και περπατάνε ακόμα ελεύθεροι στο δρόμο...

Δεν ξέρω αν τον πιάνεται τον συνειρμό. Δεν είναι ότι απλά ψεκάζουν για να έχει καλό καιρό. Όχι... το πράγμα πάει πιο μακρυά. Ο κόσμος είναι ψεκασμένος και έχει γίνει άβουλο όργανο των εξουσιαστών και ψεκάζουν και για να έχει καλό καιρό ώστε να πάει να ψηφίσει στις εκλογές αυτό που θέλουν οι εξουσιαστές. Όπως και να έχει πάντως, η ουσία είναι ότι μας ψεκάζουν και το λένε και τα τελευταία δεδομένα(???).

Ρε δεν πάμε καθόλου καλά, ρεεεε...

Όπως είπα και στην αρχή, η Ελλάδα είναι επικίνδυνη. Από την μία έχεις ένα σωρό κόσμο να πιστεύει ότι βλακεία κυκλοφορεί, από new-age μέχρι ψευδοεπιστήμη και θεωρίες συνωμοσίας του κώλου και από την άλλη ένας τέτοιος είναι και ο πρωθυπουργός της χώρας, από τον οποίο περιμένεις να βρει και λύσεις στα προβλήματα...

Βοήθεια ρεεεεε... Let Me Out...



------------------------------------------------
Update(9/11/2010): Τελικά το θέμα με το βραχιολάκι φαίνεται να είναι αρκετά μεγάλο. Απάτη μεγάλης κλίμακας δηλαδή. Με το θέμα ασχολήθηκε το blog Starts with a bang (που παρέθεσε η Darkchilde), όπου παρουσιάζεται ένα test που έγινε στο βραχιόλι με αφορμή τον τεράστιο ντόρο που έχει γίνει στους αθλητικούς κύκλους.
Ακόμα, με το θέμα ασχολείται και ο Bad Astronomer, όπου αναφέρει ότι την συγκεκριμένη απάτη την στηρίζει και ένας οργανισμός που έχει σχέση με το παν/μιο του Κολοράντο (University of Colorado) με τέτοιο τρόπο που μοιάζει σαν να το στηρίζει το ίδιο το παν/μιο.

Still, unsurprisingly, some local skeptics have taken exception to this, and have contacted the University about it. What did surprise me was how dismissively they were rebuffed. You can read about it at Stuart Robbins’ Exposing Pseudoastronomy site (Part 1, Part 2) and by Rachael Acks (Part 1 and Part 2).

Μιλάμε τα λεφτά είναι πάρα πολλά (over $75 million, μάλλον μόνο στην Αμερική) και είναι για αέρα κοπανιστό.

Ο Plait κλίνει με ένα βίντεο που παρουσιάζει την απάτη της επίδειξης ισορροπίας. Η πλάκα είναι ότι η όλη ιστορία παίζει σε έκθεση στην Αυστραλία με αδερφάκι του αμερικάνικου βραχιολιού, με δύο ολογράμματα για 2x ισορροπία.

Μάγκες. Πεδίο δόξης λαμπρό. Πρέπει να βγει το Ελληνικό αντίστοιχο προϊόν. Κατά προτίμηση χωρίς ολογράμματα, γιατί εμείς είμαστε πιο μάγκες και έχουμε ομοιοπαθητικά βραχιόλια. Απλά ακουμπάς το βραχιόλι στο ολόγραμμα στο εργοστάσιο, το κουνάς, και αυτό φορτίζει...