과학자들: “양자 머리카락”이 호킹의 블랙홀 역설을 해결할 수 있음

스티븐 호킹의 블랙홀 정보 역설은 반세기 동안 과학자들을 당혹스럽게 만들었으며 일부는 물리학의 기본 법칙에 의문을 제기했습니다. 과학자들은 이제 블랙홀이 ‘양자 털(quantum hair)’로 알려진 특성을 가지고 있음을 보여줌으로써 악명 높은 문제를 해결했을 수 있다고 말합니다.

이것이 사실이라면 이론 물리학의 엄청난 발전이 될 것입니다.

연구를 주도한 서식스 대학의 자비에 칼멧 교수는 10년 동안 문제 이면의 수학을 연구한 후 그의 팀이 지난 1년 동안 급속한 발전을 이루어 마침내 문제를 해결했다는 자신감을 얻었다고 말했습니다. .

Calmette는 “과학계에서는 일반적으로 이 역설을 해결하려면 물리학의 대규모 패러다임 전환이 필요하며 양자 역학이나 일반 상대성 이론의 가능한 재구성이 필요하다고 가정했습니다.”라고 말했습니다. “우리가 발견한 것, 특히 흥미롭게 생각하는 것은 이것이 필요하지 않다는 것입니다.”

호킹의 역설은 다음과 같이 요약됩니다. 양자 물리학의 규칙은 정보가 보존된다는 것입니다. 블랙홀 물체는 일단 블랙홀에 들어가면 그 안에 인코딩된 모든 정보와 함께 영원히 사라지기 때문에 이 법칙에 대한 도전을 제기합니다. 호킹은 이 역설을 확인했고 수십 년 동안 학자들을 계속 혼란스럽게 했습니다.

블랙홀에 들어가기 전에 정보가 연소되어야 한다는 “방화벽 이론”, 블랙홀이 경계가 흐릿하다고 생각되는 “퍼즈 볼 이론”, 끈의 다양한 가지를 포함하여 수많은 제안된 솔루션이 있었습니다. 이론. 그러나 이러한 제안의 대부분은 양자 역학의 법칙이나 현대 물리학의 두 가지 주류인 아인슈타인의 중력 이론을 다시 작성해야 했습니다.

스티븐 호킹의 역설은 수십 년 동안 과학자들을 어리둥절하게 했습니다. 사진: Triton / Kobal / Shutterstock / 스카이 다큐멘터리

이에 반해 양자시 이론은 새로운 수학 공식을 사용하여 일반 상대성 이론과 양자 역학 사이의 간극을 메워 역설을 해결한다고 주장합니다.

이름은 블랙홀이 질량과 회전 속도로만 정의되는 놀랍도록 단순한 물체로 간주될 수 있다는 고전 물리학에 근거한 의견에 대한 고개입니다. 특징이 없는 대머리 블랙홀의 예측은 1970년대부터 “털이 없는 이론”으로 불려왔다.

Calmette와 그의 동료들은 블랙홀이 더 복잡하거나 털이 많다고 믿습니다. 그들은 물질이 블랙홀로 붕괴될 때 중력장에 희미한 흔적을 남길 것이라고 제안합니다. 이 지문은 “양자 털”이라고 불리며 저자들은 이것이 블랙홀 붕괴 동안 정보가 보존되는 메커니즘을 제공할 것이라고 말합니다. 이 이론에 따르면 질량과 반지름은 같지만 내부 구성이 다른 두 개의 블랙홀은 중력장에서 매우 미묘한 차이를 보입니다.

“우리의 솔루션은 투기적인 아이디어를 필요로 하지 않습니다. 대신 우리의 연구는 두 이론이 블랙홀의 일관된 계산을 수행하고 급진적인 새로운 물리학 없이 정보를 저장하는 방법을 설명하는 데 사용할 수 있음을 보여줍니다.”

천문학적 관측으로 이론을 테스트할 확실한 방법은 없습니다. 중력 변동은 측정하기에는 너무 작을 것입니다. 그러나 이 이론은 이론 커뮤니티에서 강력한 조사를 받을 가능성이 있습니다.

임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 이론 물리학자인 토비 와이즈먼(Toby Wiseman) 교수는 이 논문을 “잘했다”고 평가했지만, 이 논문이 수십 년 동안 이어져온 역설을 해결했는지는 확신하지 못했다.

결정적으로, 그는 그 논문이 블랙홀 내부에 무엇이 있는지에 대한 추가 정보를 수집하는 것이 가능할 수 있다고 제안했지만 이 현상이 겉으로 보기에 누락된 모든 정보를 설명할 수 있다는 것을 보여주지는 못했다고 말했습니다. 그는 “그들은 나타나지 않았고 그것이 모순의 핵심”이라고 말했다.

“이 역설을 진정으로 해결하려면 양자 역학과 중력이 어떻게 결합하는지 완전히 이해해야 한다고 생각합니다.”라고 그는 말했습니다. “그들은 작은 수정 사항을 보고 있지만 둘의 전체가 혼합된 것은 아닙니다.”

Calmette는 “큰 주장이 있으면 이를 뒷받침해야 합니다. 사람들이 이것을 완전히 받아들이는 데 시간이 걸릴 것입니다. 아이러니는 오래 전부터 있어 왔으며 전 세계적으로 매우 유명한 사람들이 작업하고 있습니다. 이것은 몇 년 동안.”

이 작업은 Physical Review Letters에 게재되었습니다.

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