Hawking's black hole paradox explained - Fabio Pacucci

Tłumaczenie: Agnieszka Fijałkowska Korekta: Marta Konieczna

Scientists work on the boundaries of the unknown,

Naukowcy pracują na granicy nieznanego,

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

gdzie każde odkrycie otwiera ścieżkę do pustki niepewności.

And nothing is more uncertain–

Nic nie jest bardziej niepewne

or potentially enlightening– than a paradox.

lub potencjalnie oświecające niż paradoks.

Throughout history,

W historii paradoksy podważały wszystko, co wiemy,

paradoxes have threatened to undermine everything we know,

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

i równie często zmieniały nasze rozumienie świata.

Today, one of the biggest paradoxes in the universe

Dziś jeden z największych paradoksów we wszechświecie

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

grozi odkryciem nowych obszarów

ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej:

the black hole information paradox.

paradoks informacyjny czarnej dziury.

To understand this paradox,

Aby zrozumieć ten paradoks,

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

musimy najpierw zdefiniować, co rozumiemy przez "informację".

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

Zazwyczaj informacje, o których mówimy, są widoczne gołym okiem.

For example,

Przykładowo taka informacja mówi nam,

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

że jabłko jest czerwone, okrągłe i błyszczące.

But physicists are more concerned with quantum information.

Ale fizycy bardziej interesują się informacją kwantową.

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

Odnosi się do właściwości kwantowych wszystkich cząstek tworzących jabłko,

such as their position, velocity and spin.

takich jak ich pozycja, prędkość i spin.

Every object in the universe is composed

Każdy obiekt we wszechświecie

of particles with unique quantum properties.

składa się z cząstek o unikalnych właściwościach kwantowych.

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

Idea ta jest najbardziej widoczna w podstawowym prawie fizyki:

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

całkowita ilość informacji kwantowej we wszechświecie musi być zachowana.

Even if you destroy an object beyond recognition,

Nawet jeśli zniszczymy obiekt nie do poznania,

its quantum information is never permanently deleted.

jego informacja kwantowa nigdy nie zostaje trwale usunięta.

And theoretically, knowledge of that information

Teoretycznie znajomość tych informacji

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

pozwala nam odtworzyć obiekt z jego cząstek.

Conservation of information isn’t just an arbitrary rule,

Zachowanie informacji to nie tylko arbitralna reguła,

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

ale matematyczna konieczność, na której zbudowano dużą część

współczesnej nauki.

But around black holes, those foundations get shaken.

W przypadku czarnych dziur te podstawy nie są takie pewne.

When an apple enters a black hole,

Kiedy jabłko wpadnie do czarnej dziury,

it seems as though it leaves the universe,

wydaje się, że opuszcza wszechświat,

and all its quantum information becomes irretrievably lost.

a cała jego informacja kwantowa zostaje bezpowrotnie utracona.

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

Jednak nie od razu łamie to prawa fizyki.

The information is out of sight,

Informacje są niewidoczne,

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

ale mogą nadal istnieć w tajemniczej pustce czarnej dziury.

Alternatively, some theories suggest

Alternatywnie, niektóre teorie sugerują,

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

że informacje nawet nie trafiają do czarnej dziury.

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

Patrząc z zewnątrz, to tak, jakby informacja kwantowa jabłka

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

była zakodowana na powierzchni czarnej dziury, zwanej horyzontem zdarzeń.

As the black hole’s mass increases,

Wraz ze wzrostem masy czarnej dziury,

the surface of the event horizon increases as well.

wzrasta też powierzchnia horyzontu zdarzeń.

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

Możliwe więc, że czarna dziura połyka obiekt,

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

oraz rośnie tak, że zachowuje jego informacje kwantowe.

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

Ale niezależnie od tego, czy informacje są zachowane wewnątrz czarnej dziury,

czy na jej powierzchni,

the laws of physics remain intact–

prawa fizyki pozostają nienaruszone;

until you account for Hawking Radiation.

dopóki nie uwzględni się promieniowania Hawkinga.

Discovered by Stephen Hawking in 1974,

Stephen Hawking odkrył to zjawisko w 1974 roku

this phenomenon shows that black holes are gradually evaporating.

pokazuje, że czarne dziury stopniowo "parują".

Over incredibly long periods of time

W niewiarygodnie długim czasie

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

czarne dziury tracą masę, gdy zrzucają cząsteczki z horyzontu zdarzeń.

Critically, it seems as though the evaporating particles

Ostatecznie wydaje się, że parujące cząstki

are unrelated to the information the black hole encodes–

nie są powiązane z informacją, którą koduje czarna dziura.

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

To sugeruje, że czarna dziura

i wszystkie zawarte w niej informacje kwantowe

could be completely erased.

mogą zostać całkowicie usunięte.

Does that quantum information truly disappear?

Czy informacja kwantowa naprawdę znika?

If not, where does it go?

Jeśli nie, to gdzie trafia?

While the evaporation process would take an incredibly long time,

Choć proces "parowania" trwałby niewiarygodnie długo,

the questions it raises for physics are far more urgent.

pytania, które stawia fizykom, są o wiele pilniejsze.

The destruction of information

Zniszczenie informacji zmusiłoby nas do napisania od nowa

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

niektórych z najbardziej podstawowych paradygmatów naukowych.

But fortunately, in science,

Ale na szczęście w nauce

every paradox is an opportunity for new discoveries.

każdy paradoks to szansa na nowe odkrycia.

Researchers are investigating a broad range of possible solutions

Naukowcy badają szeroki zakres możliwych rozwiązań

to the Information Paradox.

paradoksu informacyjnego.

Some have theorized

Niektórzy twierdzą,

that information actually is encoded in the escaping radiation,

że informacje są zakodowane w promieniowaniu uciekającym,

in some way we can’t yet understand.

w sposób, którego jeszcze nie rozumiemy.

Others have suggested the paradox is just a misunderstanding

Inni sugerują, że paradoks to tylko nieporozumienie

of how general relativity and quantum field theory interact.

dotyczące interakcji ogólnej teorii względności i kwantowej teorii pola.

Respectively,

Odpowiednio

these two theories describe the largest and smallest physical phenomena,

te dwie teorie opisują największe i najmniejsze zjawiska fizyczne,

and they’re notoriously difficult to combine.

a ich połączenie jest niezwykle trudne.

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

Niektórzy badacze twierdzą, że rozwiązaniem tego i innych paradoksów

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

będzie „ujednolicona teoria wszystkiego”.

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

Najbardziej zadziwiającą teorią,

jaką można wyciągnąć z badania tego paradoksu,

is the holographic principle.

jest zasada holograficzna.

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

Zasada ta, pogłębiając pogląd, że powierzchnia 2D horyzontu zdarzeń

can store quantum information,

może przechowywać informacje kwantowe,

this principle suggests that the very boundary of the observable universe

sugeruje, że sama granica obserwowalnego wszechświata

is also a 2D surface encoded with information

jest też powierzchnią 2D zakodowaną informacjami

about real, 3D objects.

o prawdziwych obiektach 3D.

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

Jeśli to prawda, możliwe jest, że rzeczywistość, jaką znamy,

is just a holographic projection of that information.

jest po prostu holograficzną projekcją tej informacji.

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

Jeśli zostanie to udowodnione, każda z teorii zrodzi nowe pytania,

while still preserving our current models of the universe.

jednocześnie zachowując nasze obecne modele wszechświata.

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

Ale możliwe też, że wcale nie mamy racji!

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

Tak czy inaczej, ten paradoks pomógł nam zrobić kolejny krok

into the unknown.

w nieznane.