คลื่นโน้มถ่วงกระแทกเผยแพร่ข้อมูลระหว่างการตายของหลุมดำ

ความลึกลับที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งของหลุมดำคือความขัดแย้งทางข้อมูลซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากความขัดแย้ง

การทำนายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและกลศาสตร์ควอนตัม นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนิวบรันสวิกแห่งแคนาดาได้แสดงให้เห็นว่าความขัดแย้งนี้สามารถแก้ไขได้โดยคำนึงถึงผลกระทบของแรงโน้มถ่วงควอนตัม นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เชื่อว่าเมื่อหลุมดำตาย ข้อมูลที่มันดูดซับในช่วงชีวิตของมันจะถูกปล่อยออกมาเป็นคลื่นกระแทกโน้มถ่วง

ตามทฤษฎีคลาสสิกทั่วไปทฤษฎีสัมพัทธภาพ สสารทั้งหมดที่เกิดจากหลุมดำจะสิ้นสุดที่จุดศูนย์กลาง (ที่จุดภาวะเอกฐาน) และคงอยู่ที่นั่นตลอดไป ในทางตรงกันข้าม Stephen Hawking แสดงให้เห็นในงานสำคัญชิ้นหนึ่งของเขาว่าหลุมดำแผ่พลังงานและค่อยๆ หายไป

อย่างไรก็ตาม ในฐานะผู้เขียนบันทึกการศึกษางานนี้ชี้ให้เห็นว่าการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำไม่มีข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับสสารที่ก่อตัวขึ้น ปรากฎว่าข้อมูลบางส่วนสูญหายไปอย่างแก้ไขไม่ได้ ซึ่งขัดกับหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม

“เราศึกษาปัญหาโดยใช้ฝุ่นธรรมดาๆเรื่องที่ไม่กดดันเพราะเป็นเรื่องที่ง่ายที่สุด การเคลื่อนไหวของมันถูกอธิบายโดยสมการควบคุมที่สามารถแก้ไขได้บนแล็ปท็อป Vikar Hussein ผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าวในการให้สัมภาษณ์กับ Phys.org "สมการนี้เป็นรุ่นที่แก้ไขของสมการไอน์สไตน์คลาสสิกซึ่งรวมถึงความไม่ต่อเนื่องพื้นฐานของพื้นที่ในระดับจุลภาค"

นักวิจัยติดตามวิวัฒนาการของคลาวด์สลายอนุภาคฝุ่นจนเกิดเป็นหลุมดำ วิธีการเชิงตัวเลขของ Godunov ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาการเคลื่อนที่ของสสารไปยังจุดหนึ่งได้ แม้กระทั่งภายในบริเวณหลุมดำ ซึ่งในสารละลายแบบคลาสสิกจะมีความเป็นเอกพจน์

สมการแก้ไขแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่ได้มาจาก Hussein และเพื่อนร่วมงานของเขาในการแก้ปัญหาภาวะเอกฐานแบบไดนามิกมากกว่าแบบจำลองคลาสสิก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สันนิษฐานว่าสสารตกสู่ใจกลางของหลุมดำ มีความหนาแน่นสูงแต่จำกัด แล้วกระเด้งกลับ ก่อตัวเป็นคลื่นกระแทก

ผลกระทบของแรงโน้มถ่วงควอนตัมมีความสำคัญต่อการกระแทกคลื่นและปล่อยให้มันเคลื่อนออกไปด้านนอกในหลุมดำ ซึ่งเป็นไปไม่ได้โดยใช้สมการแบบคลาสสิก ในเวลาเดียวกัน ความโค้งของกาลอวกาศ-เวลาจะมีขนาดใหญ่แต่ไม่เคยแตกต่าง (ดังที่เกิดขึ้นในทฤษฎีคลาสสิก)

ผู้เขียนศึกษา

โดยใช้วิธีการ Godunov นักวิจัยยังสามารถคำนวณอายุขัยของหลุมดำจากการก่อตัวจนถึงการหายตัวไปของหลุมดำ เมื่อคลื่นกระแทกโผล่ออกมาจากขอบฟ้าเหตุการณ์และมันเริ่มหายไป อายุการใช้งานของหลุมดำที่คำนวณไว้ในกระดาษนั้นสั้นกว่าเวลาที่ฮอว์คิงคาดการณ์ไว้มาก

ตามที่นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าแบบจำลองของพวกเขาสามารถช่วยแก้ปัญหาการสูญหายของข้อมูลได้ แต่จะต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อยืนยัน

อ่านเพิ่มเติม:

มันถูกตามล่ามาหลายศตวรรษ: เรารู้อะไรเกี่ยวกับดาววัลแคนข้างดวงอาทิตย์?

นักฟิสิกส์ได้ทดลองยืนยันกฎพื้นฐานใหม่สำหรับของเหลว

นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบที่มาของการระเบิดวิทยุลึกลับที่มาจากอวกาศ