Перегляд вихідного коду сторінки Фаєрвол (фізика)

'''Фаєрвол чорної діри''' — гіпотетичне явище, коли спостерігач, що потрапляє в [[Чорна діра|чорну діру]], стикається з [[квант]]ами високої енергії на [[Горизонт подій|горизонті подій]] (або поблизу нього). Феномен «фаєрволу»{{термін?}} запропонували 2012 року фізики Ахмед Алмхейрі, Дональд Марольф, [[Джозеф Полчинскі]] та Джеймс Саллі<ref>{{cite journal|last=Almheiri|first=Ahmed|author2=Marolf, Donald |author3=Polchinski, Joseph |author4= Sully, James |title=Black holes: complementarity or firewalls?|journal=Journal of High Energy Physics|date=11 лютого 2013|volume=2013|issue=2|pages=62|doi=10.1007/JHEP02(2013)062|arxiv=1207.3123|bibcode = 2013JHEP...02..062A }}</ref> як можливе рішення очевидної неузгодженості у комплементарності чорних дір. Пропозицію іноді називають фаєрволом AMPS,<ref>Borun D. Chowdhury, Andrea Puhm, "Decoherence and the fate of an infalling wave packet: Is Alice burning or fuzzing?", [https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.88.063509 Phys. Rev. D 88, 063509 (2013)]</ref> як акронім авторів публікації 2012 року. Застосування фаєрволу для усунення цієї невідповідності залишається суперечливим, оскільки фізики, що вивчають високі енергії, розділились усвоєму ставленні до фаєрволу як розв'язку парадоксу.<ref name="nature/Fire in the hole">[http://www.nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726 Astrophysics: Fire in the hole!]</ref> Спостереження [[Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія|LIGO]] 2016 року надали дуже попередні докази існування фаєрволу або іншого явища, яке ''в крайніх випадках'', здається, порушує теорію відносності.<ref name="LIGO">{{cite journal|last1=Mera;o|first1=Zeeya|title=LIGO black hole echoes hint at general-relativity breakdown|journal=Nature|date=2016|volume=540|doi=10.1038/nature.2016.21135}}</ref>

== Мотивуючий парадокс ==
Згідно з [[Квантова теорія поля у викривленому просторі-часі|квантовою теорією поля у викривленому просторі-часу]], кожен випадок [[випромінювання Гокінга]] являє собою дві взаємно [[Сплутані квантові стани|сплутані]] частинки. Одна частинка полишає чорну діру як квант випромінювання Гокінга; другу частинку поглинає чорна діра. Припустимо, чорна діра утворилась у скінчений час у минулому і повністю випарується у певний скінчений час у майбутньому. Тоді вона випустить лише скінчену кількість інформації, закодовану в межах випромінювання Гокінга. Припустимо, що за час <math>t</math> більше половини інформації вже було випущено. Згідно з дослідженнями фізиків, таких як Дон Пейдж<ref>{{cite journal|last1=Page|first1=Don N.|title=Information in black hole radiation|journal=Phys. Rev. Lett.|date=1993|volume=71|issue=23|pages=3743–3746|doi=10.1103/PhysRevLett.71.3743|pmid=10055062|arxiv = hep-th/9306083 |bibcode = 1993PhRvL..71.3743P }}</ref><ref>{{cite journal|last1=Page|first1=Don N.|title=Average entropy of a subsystem|journal=Phys. Rev. Lett.|date=1993|volume=71|issue=9|pages=1291–1294|doi=10.1103/PhysRevLett.71.1291|pmid=10055503|arxiv = gr-qc/9305007 |bibcode = 1993PhRvL..71.1291P }}</ref> і [[Леонард Сасскінд]], вихідна частинка, що виділяється у час <math>t</math> має бути сплутана з усім випромінюванням Гокінга, що було випромінено чорною дірою раніше. Це створює [[парадокс]]: принцип, який називається «моногамією заплутаності», вимагає, що, як і будь-яка квантова система, вихідна частка не може бути повністю сплутана одночасно з двома незалежними системами; однак тут, як видається, вихідна частинка є сплутаною як з частинкою, що опускається у чорну діру, так і незалежно з колишнім випромінюванням Гокінга.<ref name="nature/Fire in the hole"/>

Для розв'язку парадоксу, фізики можуть зрештою бути змушені відмовитися від однієї з трьох перевірених часом теорій: [[Принцип еквівалентності|принципу еквівалентності]] Ейнштейна, [[Унітарність (фізика)|унітарності]] або існуючої [[Квантова теорія поля|квантової теорії поля]].<ref name="sciam/Confound">{{cite news|last=Ouellette|first=Jennifer|title=Black Hole Firewalls Confound Theoretical Physicists|url=http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=black-hole-firewalls-confound-theoretical-physicists|accessdate=29 жовтня 2013|newspaper=Scientific American|date=21 грудня 2012}} [http://www.simonsfoundation.org/quanta/20121221-alice-and-bob-meet-the-wall-of-fire/ Originally published] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140603204112/http://www.simonsfoundation.org/quanta/20121221-alice-and-bob-meet-the-wall-of-fire/ |date=2014-06-03 }} in Quanta, December 21, 2012.</ref>

=== Розв'язок парадоксу за допомогою «фаєрволу» ===
Деякі вчені припускають, що сплутаність між часткою, що тікає, і часткою, що падає на чорну діру, має якось негайно розриватися. Розрив цієї сплутаності вивільнює величезну кількість енергії, створюючи тим розпечений «фаєрвол чорної діри» на горизонті подій. Це рішення вимагає порушення принципу еквівалентності Ейнштейна, який стверджує, що вільне падіння не відрізняється від плавання в порожньому просторі. Припущення про таке порушення було охарактеризовано науковою спільнотою як «обурливе»; один теоретик скаржився, що «фаєрвол просто не може з'явитися в порожньому просторі, так само, як цегляна стіна не може раптово з'явитися в порожньому полі, і вдарити вас по обличчю».<ref name="nature/Fire in the hole"/>

=== Розв'язки парадоксу без фаєрволу ===
Деякі вчені припускають, що між випромінюваною часткою і попереднім випромінюванням Хокінга насправді немає сплутаності. Такий розв'язок вимагав би втрати інформації у чорній дірі, суперечливого порушення [[Унітарність (фізика)|унітарності]].<ref name="nature/Fire in the hole"/>

Інші вчені, такі як Стів Гіддінгс, пропонують модифікувати квантову теорію поля таким чином, щоб сплутаність поступово втрачалася по мірі розділення частинок, що втікають і падають на чорну діру, що призводило до більш поступового вивільнення енергії всередині чорної діри, і, отже, не створювало фаєрвол.<ref name="nature/Fire in the hole"/>

Хуан Мальдасена і [[Леонард Сасскінд]] запропонували в {{li|1=ER = EPR|Q=Q19597107}}, що частинки, які втікають та падають, так чи інакше пов'язані з червоточинами, а тому не є незалежними системами; однак, з 2013 року ця гіпотеза все ще залишається «роботою, що триває».<ref name="nytimes/Mystery Wrapped">{{Cite news|last=Overbye|first=Dennis|authorlink1=Dennis Overbye|title=A Black Hole Mystery Wrapped in a Firewall Paradox|url=https://www.nytimes.com/2013/08/13/science/space/a-black-hole-mystery-wrapped-in-a-firewall-paradox.html|accessdate=29 жовтня 2013|work=New York Times|date=12 серпня 2013}}</ref><ref>{{Cite news|title=The Firewall Paradox|url=https://www.nytimes.com/interactive/2013/08/13/science/0813-sci-blackhole.html|accessdate=29 жовтня 2013|work=New York Times|date=12 серпня 2013}}</ref>

Уявлення про волохатої кульки (fuzzball) вирішує дилему, замінюючи вакуум «[[Чорні діри не мають волосся|без волосся]]» стрункою квантовим станом, таким чином явно зв'язуючи будь-яке випромінююче випромінювання Хокінга з історією утворення чорної діри.<ref>S. Mathur (2009). "The information paradox: A pedagogical introduction", [https://dx.doi.org/10.1088/0264-9381/26/22/224001 Class. Quantum Grav., Vol. 26 No. 22 (2009)]</ref><ref>Steven G. Avery, Borun D. Chowdhury, Andrea Puhm, "Unitarity and fuzzball complementarity: 'Alice fuzzes but may not even know it!'", [https://dx.doi.org/10.1007/JHEP09(2013)012 JHEP 09 (2013) 012]</ref>

У січні 2014 року [[Стівен Гокінг]] отримав широкомасштабне висвітлення у ЗМІ з неофіційною пропозицією<ref>{{Cite arXiv|last=Hawking|first=Stephen|title=Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes|date=22 січня 2014}}</ref> замінити [[горизонт подій]] чорної діри «видимим горизонтом», де речовина, яка падає, спочатку зупиняється, а потім звільняється; однак, деякі вчені висловили нерозуміння щодо того, що саме пропонується і як ця пропозиція розв'яже парадокс.<ref>{{Cite news|title=Why some physicists aren't buying Hawking's new black hole theory|url=http://www.csmonitor.com/Science/2014/0129/Why-some-physicists-aren-t-buying-Hawking-s-new-black-hole-theory|accessdate=15 березня 2014|work=[[Christian Science Monitor]]|date=29 січня 2014}}</ref>

[[Теорія Ейнштейна — Картана]] виключає такі сингулярності, як великий вибух і чорні діри.

== Характеристики та виявлення ==
Фаєрвол буде існувати на горизонті подій чорної діри і буде невидимим для спостерігачів за межами горизонту подій. Матерія, що проходить через горизонт подій у чорну діру, негайно буде «повністю спалена» завдяки довільно гарячому «киплячому вирі частинок» у фаєрволі.<ref name="nature/Fire in the hole" />

При злитті двох чорних дір, характеристики фаєрволі (якщо такі є) можуть залишати відбиток на вихідному [[Гравітаційна хвиля|гравітаційному випромінюванні]] як «відлуння», коли хвилі відскакують в околі нечіткого горизонту подій. Очікувана кількість таких відлунь теоретично неясна, оскільки зараз фізики ще не мають хорошої фізичної моделі фаєрволів. У 2016 році космолог Ніяеш Афшорді та інші виявили попередні ознаки існування такого відлуння в даних першого злиття чорних дір, виявлених LIGO; Ашфорді підрахував, що, якщо патерни є наслідком випадкового шуму, то шанс побачити такі відлуння лише близько 1 на 270. Протягом наступних двох років гіпотеза [[Нульова гіпотеза|нульового]] «випадкового шуму» має бути більш твердо підтверджена або відхилена, по мірі того, як додаткові дані накопичуються [[Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія|LIGO]]. Якщо це буде підтверджено, це відлуння були б вагомим доказом на користь існування фаєрволу, волохатої кульки або іншої нової версії порушення класичної загальної теорії відносності на горизонті подій.<ref name="LIGO" />

== Див. також ==
* [[Парадокс інформації чорної діри]]
* [[Термодинаміка чорних дір]]
* [[Магнітосферний об'єкт, що вічно колапсує]]

== Примітки ==
{{reflist}}
[[Категорія:Квантова гравітація]]
[[Категорія:Квантова теорія поля]]
[[Категорія:Чорні діри]]
[[Категорія:Гіпотези теорії відносності]]
[[Категорія:Квантова механічна ентропія]]