Hawking's black hole paradox explained - Fabio Pacucci

תרגום: Shlomo Adam עריכה: Ido Dekkers

Scientists work on the boundaries of the unknown,

מדענים פועלים על גבול הבלתי-נודע,

where every new piece of knowledge forms a path into a void of uncertainty.

כשכל ידע חדש פותח שער לחלל של אי-ודאות.

And nothing is more uncertain–

ואין דבר עם יותר חוסר-ודאות--

or potentially enlightening– than a paradox.

או פוטנציאל להאיר עיניים -- מאשר פרדוקס.

Throughout history,

לכל אורך ההיסטוריה,

paradoxes have threatened to undermine everything we know,

פרדוקסים איימו לחתור תחת כל מה שידוע לנו,

and just as often, they’ve reshaped our understanding of the world.

ולעתים קרובות מאד הם עיצבו מחדש את הבנת העולם שלנו.

Today, one of the biggest paradoxes in the universe

כיום, אחד הפרדוקסים הגדולים ביותר ביקום

threatens to unravel the fields of general relativity and quantum mechanics:

מאיים לערער את היחסות הכללית ואת מכניקת הקוונטים:

the black hole information paradox.

פרדוקס המידע של חורים שחורים.

To understand this paradox,

כדי להבין פרדוקס זה,

we first need to define what we mean by "information."

עלינו להגדיר תחילה מהו "מידע".

Typically, the information we talk about is visible to the naked eye.

בד"כ, המידע שאנו מכירים גלוי לעין העירומה.

For example,

למשל,

this kind of information tells us that an apple is red, round, and shiny.

מידע כזה אומר לנו שהתפוח הוא אדום, עגול ומבריק.

But physicists are more concerned with quantum information.

אבל הפיזיקאים מתעניינים יותר במידע הקוונטי.

This refers to the quantum properties of all the particles that make up that apple,

מדובר בתכונות הקוונטיות של כל חלקיקי התפוח,

such as their position, velocity and spin.

כמו המיקום, המהירות והסחרור שלהם.

Every object in the universe is composed

כל עצם ביקום מורכב מחלקיקים בעלי תכונות קוונטיות ייחודיות.

of particles with unique quantum properties.

This idea is evoked most significantly in a vital law of physics:

רעיון זה מומחש באופן הכי משמעותי בחוק פיזיקה מרכזי:

the total amount of quantum information in the Universe must be conserved.

חוק שימור סך כל המידע הקוונטי שביקום.

Even if you destroy an object beyond recognition,

אפילו אם משמידים עצם כלשהו עד כלות,

its quantum information is never permanently deleted.

המידע הקוונטי שלו איננו נמחק לנצח.

And theoretically, knowledge of that information

ולהלכה, ידיעת המידע הזה

would allow us to recreate the object from its particle components.

תאפשר לנו לשחזר את העצם מהחלקיקים המרכיבים אותו.

Conservation of information isn’t just an arbitrary rule,

עקרון שימור המידע איננו סתם חוק שרירותי,

but a mathematical necessity, upon which much of modern science is built.

אלא כורח מתמטי שעליו מבוסס הרבה מהמדע המודרני.

But around black holes, those foundations get shaken.

אבל בסביבת חורים שחורים היסודות האלה מתערערים.

When an apple enters a black hole,

כשתפוח נכנס לחור שחור

it seems as though it leaves the universe,

נראה כאילו הוא עוזב את היקום,

and all its quantum information becomes irretrievably lost.

וכל המידע הקוונטי שלו אובד ללא יכולת שחזור.

However, this doesn’t immediately break the laws of physics.

אולם זה לא מפר מיד את חוקי הפיזיקה.

The information is out of sight,

המידע אובד מן העין,

but it might still exist within the black hole’s mysterious void.

אבל ייתכן שהוא עודנו קיים בריק המסתורי של החור השחור.

Alternatively, some theories suggest

לחילופין, יש תיאוריות שטוענות

that information doesn’t even make it inside the black hole at all.

שהמידע אפילו לא נכנס אל החור השחור.

Seen from outside, it’s as if the apple’s quantum information

מבחוץ נראה כאילו המידע הקוונטי של התפוח

is encoded on the surface layer of the black hole, called the event horizon.

מתקודד בשכבה החיצונית של החור השחור, "אופק האירועים".

As the black hole’s mass increases,

כשמסתו של החור השחור גדלה,

the surface of the event horizon increases as well.

גדלים גם פני השטח של אופק האירועים.

So it’s possible that as a black hole swallows an object,

לכן, ייתכן שכאשר חור שחור בולע עצם כלשהו,

it also grows large enough to conserve the object’s quantum information.

הוא גם גדל במידה שמאפשרת לשמר את המידע הקוונטי של אותו עצם.

But whether information is conserved inside the black hole or on its surface,

אבל בין אם המידע נשמר בחור השחור או על פני השטח שלו,

the laws of physics remain intact–

חוקי הפיזיקה נותרים בעינם--

until you account for Hawking Radiation.

עד שמחשבים את קרינת הוקינג.

Discovered by Stephen Hawking in 1974,

לפי תופעה זו, שסטיבן הוקינג גילה ב-1974,

this phenomenon shows that black holes are gradually evaporating.

חורים שחורים מתנדפים בהדרגה.

Over incredibly long periods of time

במשך פרקי זמן ממושכים להפליא

black holes lose mass as they shed particles away from their event horizons.

חורים שחורים מאבדים ממסתם ומשירים חלקיקים מאופק האירועים שלהם.

Critically, it seems as though the evaporating particles

בעיקר, נראה כאילו החלקיקים המתנדפים

are unrelated to the information the black hole encodes–

אינם קשורים למידע שקודד החור השחור--

suggesting that a black hole and all the quantum information it contains

כלומר, החור השחור וכל המידע הקוונטי שהוא מכיל

could be completely erased.

מסוגלים להימחק כליל.

Does that quantum information truly disappear?

האם המידע הקוונטי אכן נעלם?

If not, where does it go?

ואם לא, לאן הוא הולך?

While the evaporation process would take an incredibly long time,

הגם שתהליך ההתנדפות עשוי לארוך זמן ממושך להפליא,

the questions it raises for physics are far more urgent.

השאלה שהוא מעורר מבחינה פיזיקלית דחופה הרבה יותר.

The destruction of information

הרס המידע

would force us to rewrite some of our most fundamental scientific paradigms.

יאלץ אותנו לשכתב כמה פרדיגמות מדעיות יסודיות ביותר.

But fortunately, in science,

אך למרבה המזל, במדע,

every paradox is an opportunity for new discoveries.

בכל פרדוקס טמונה הזדמנות לתגליות חדשות.

Researchers are investigating a broad range of possible solutions

חוקרים בודקים קשת רחבה של פתרונות אפשריים

to the Information Paradox.

לפרדוקס המידע.

Some have theorized

לפי כמה מהתיאוריות שלהם

that information actually is encoded in the escaping radiation,

המידע מקודד דווקא בקרינה הנפלטת

in some way we can’t yet understand.

באופן שעדיין איננו מבינים.

Others have suggested the paradox is just a misunderstanding

לפי תיאוריות אחרות, הפרדוקס הוא רק אי-הבנה

of how general relativity and quantum field theory interact.

של האינטראקציה בין היחסות הכללית לתורת השדה הקוונטי.

Respectively,

שתי התיאוריות הללו, בהתאמה,

these two theories describe the largest and smallest physical phenomena,

מתארות את התופעות הפיזיקליות הגדולות והקטנות ביותר,

and they’re notoriously difficult to combine.

והשילוב ביניהן קשה באופן ידוע לשמצה.

Some researchers argue that a solution to this and many other paradoxes

יש חוקרים שטוענים שפתרון לפרדוקס זה ורבים אחרים

will come naturally with a “unified theory of everything.”

יופיע מעצמו כשתנוסח "תיאוריה אחודה של הכל."

But perhaps the most mind-bending theory to come from exploring this paradox

אבל התיאוריה הכי מטריפה שעולה מחקירת הפרדוקס הזה

is the holographic principle.

היא העקרון ההולוגרפי.

Expanding on the idea that the 2D surface of an event horizon

על סמך הרעיון האומר שמשטח דו-מימדי של אופק אירועים

can store quantum information,

יכול לאחסן מידע קוונטי,

this principle suggests that the very boundary of the observable universe

קובע עקרון זה שגבול היקום הנצפה עצמו

is also a 2D surface encoded with information

גם הוא משטח דו-מימדי שעליו מקודד מידע

about real, 3D objects.

על עצמים ממשיים ותלת-מימדיים.

If this is true, it’s possible that reality as we know it

אם זה נכון, ייתכן שהמציאות המוכרת לנו

is just a holographic projection of that information.

היא רק הקרנה הולוגרפית של מידע זה.

If proven, any of these theories would open up new questions to explore,

כל אחת מתיאוריות אלה, במידה ותוכח, מעלה שאלות חדשות שיש לבחון,

while still preserving our current models of the universe.

מבלי לפגוע במודלים הקיימים של היקום.

But it’s also possible that those models are wrong!

אבל ייתכן גם שהמודלים הללו שגויים!

Either way, this paradox has already helped us take another step

כך או כך, הפרדוקס הזה כבר עזר לנו לצעוד צעד נוסף

into the unknown.

לעבר הבלתי-נודע.