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I buchi neri non possono distruggere le informazioni su ciò che stanno ingoiando, e questo è un problema

I buchi neri non possono distruggere le informazioni su ciò che stanno ingoiando, e questo è un problema

Aaron Horowitz/Getty Images

Tre numeri.

Solo tre numeri: è tutto ciò che serve per descrivere in modo completo e inequivocabile un buco nero al 100 percento nella relatività generale. Se ti dico la massa, la carica elettrica e lo spin (cioè il momento angolare) di un buco nero, abbiamo finito. Questo è tutto ciò che sapremo al riguardo e tutto ciò di cui avremo bisogno per descriverne le proprietà.

Con questi tre numeri, possiamo calcolare tutto su come un buco nero interagisce con ciò che lo circonda, come gli oggetti che lo circondano reagiscono ad esso e come il buco nero si evolverà in futuro.

Nonostante tutte le loro selvagge capacità gravitazionali e la loro natura esotica, i buchi neri sono sorprendentemente semplici. Se ti dessi due buchi neri esattamente con la stessa massa, carica e rotazione, non saresti in grado di distinguerli. Se cambiassi posto senza che tu mi guardassi, non sapresti che l’ho fatto.

Significa anche che quando vedi un buco nero completamente formato, non hai idea di cosa lo abbia creato. Qualsiasi combinazione di massa compressa in un volume sufficientemente piccolo avrebbe potuto fare il lavoro. Potrebbe essere stato il nucleo ultradenso di una stella morente. Avrebbe potuto essere una cucciolata estremamente densa di adorabili gattini schiacciati nell’oblio.

Finché massa, carica e rotazione sono uguali, la storia è irrilevante. Nessuna informazione è sopravvissuta sul materiale originale che ha creato il buco nero. O è?

atto costitutivo

“Informazioni” è un termine alquanto carico; può assumere definizioni diverse a seconda di chi chiedi e dell’umore in cui ti trovi. In fisica, il concetto di informazione è strettamente correlato alla nostra comprensione di come si evolvono i sistemi fisici e di come costruiamo le nostre teorie fisiche.

Ci piace pensare che la fisica sia un paradigma relativamente utile per comprendere l’universo in cui viviamo. Una delle cose utili della fisica è il suo potere predittivo. Se ti fornisco un elenco di tutte le informazioni su un sistema, dovrei essere in grado di applicare le mie leggi e teorie della fisica per dirti come si evolverà quel sistema. È vero anche il contrario. Ora, se ti dico lo stato di un sistema, puoi eseguire tutta la matematica all’indietro per capire come il sistema è arrivato al suo stato attuale.

Questi due concetti sono conosciuti come determinismo (Posso predire il futuro) e reversibilità (Riesco a leggere il passato) e sono praticamente il nucleo di base della fisica. Se le nostre teorie fisiche non avessero queste proprietà, non potremmo fare molto lavoro.

Questi due concetti si applicano anche alla meccanica quantistica. Sì, la meccanica quantistica pone limiti rigorosi a ciò che possiamo misurare sull’universo, ma ciò non significa che tutte le scommesse siano sbagliate. Invece, possiamo semplicemente sostituire uno stato classico ben definito con uno stato quantistico più sfocato e andare avanti con le nostre vite; Lo stato quantistico si evolve secondo l’equazione di Schrödinger, che mantiene sia il determinismo che la reversibilità, quindi stiamo tutti bene.

Le informazioni non vengono perse quando bruci un libro; è solo crittografato.

In termini fisici, questo doppio smacco di determinismo e reversibilità significa che le informazioni devono essere preservate durante ogni processo. Non può essere né creato né distrutto: se aggiungessimo o rimuovessimo informazioni a caso, non saremmo in grado di prevedere il futuro o leggere il passato. Qualsiasi perdita o guadagno significa che mancano informazioni o ci sono informazioni aggiuntive, quindi tutta la fisica crollerebbe in polvere.

Ci sono molti processi che apparire Distruggendo le informazioni, ma è solo perché non le tracciamo con sufficiente attenzione. Prendi un libro bruciato, per esempio. Se ti do un mucchio di cenere, sembra irreversibile: non c’è modo che tu possa rimettere insieme il libro. Ma se avessi a disposizione un microscopio abbastanza potente (e molta pazienza) e potessi guardarmi bruciare il libro, potresti, almeno in linea di principio, il che è abbastanza buono, osservare e tracciare il movimento di ogni singola molecola nel processo. Potresti quindi invertire tutti quei movimenti e tutte quelle interazioni per ricostruire il libro. Le informazioni non vengono perse quando bruci un libro; è solo crittografato.

Nella visione tradizionale e classica dei buchi neri, l’intero business dell’informazione non è affatto un problema. Le informazioni che sono state utilizzate nella costruzione del buco nero sono semplicemente sigillate dietro l’orizzonte degli eventi, il confine unidirezionale sulla superficie del buco nero che lo rende così unico. Una volta lì, le informazioni non saranno mai più viste in questo universo. Se il buco nero è stato formato da stelle morenti o gattini schiacciati, non lo è in pratica Importa. Le informazioni potrebbero non essere distrutte, ma sono permanentemente nascoste ai nostri occhi indiscreti.

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