Комплементарность чёрных дыр

Комплементарность чёрных дыр — гипотеза, позволяющая разрешить информационный парадокс чёрных дыр, предложенная американскими физиками-теоретиками Леонардом Сасскиндом, Ларусом Торласиусом и голландцем Герардом т’Хоофтом.

Суть проблемы

Применение квантовой теории к чёрной дыре состоит в том, что чёрная дыра постепенно испаряется благодаря излучению Хокинга. Если рассматривать свободное падение тела в чёрную дыру, масса её в результате этого увеличится на массу тела. Испарение чёрной дыры будет означать, что настанет такой момент, когда её масса уменьшится до первоначального значения (перед бросанием в неё тела). Таким образом, получается, что чёрная дыра превратила исходное тело в поток разнообразных излучений, при этом не изменившись (поскольку она вернулась к исходной массе). Испущенное излучение при этом совершенно не зависит от природы попавшего в неё тела. То есть чёрная дыра уничтожила попавшую в неё информацию. Но если рассмотреть то же самое для падения и последующего испарения квантовой системы, находящейся в каком-либо чистом состоянии, то — поскольку чёрная дыра сама не изменилась — получим преобразование исходного чистого состояния в «тепловое» (смешанное) состояние. Такое преобразование неунитарно, а вся квантовая механика строится на унитарных преобразованиях. Таким образом, возникает противоречие исходным постулатам квантовой механики, получившее название информационного парадокса.

Решение информационного парадокса

Согласно принципу дополнительности (комплементарности) квантовой механики, для полного описания квантовомеханических явлений необходимо применять два взаимоисключающих («дополнительных») набора классических понятий, совокупность которых даёт исчерпывающую информацию об этих явлениях как о целостных. Например, в квантовой механике дополнительными являются пространственно-временная и энергетически-импульсная картины.

Л.Сасскинд, следуя этому принципу, предложил радикальное решение информационного парадокса, предположив, что есть два процесса в чёрных дырах, дополняющих друг друга в квантовомеханическом смысле.

Согласно гипотезе Сасскинда, информация отражается на горизонте событий и проходит через горизонт событий, при этом один наблюдатель не может наблюдать оба этих процесса одновременно. Для внешнего наблюдателя бесконечное замедление времени на горизонте событий приводит к тому, что объекту требуется бесконечное количество времени, чтобы достичь горизонта. Сасскинд также ввёл понятие «растянутого горизонта», который является мембраной, расположенной на расстоянии порядка Планковской длины от горизонта событий. Для внешнего наблюдателя, падающая информация нагревает растянутый горизонт, который затем переизлучает её в качестве излучения Хокинга, при этом оставаясь цельным объектом. При этом со стороны падающего наблюдателя, на горизонте событий ничего особенного не происходит, и сам наблюдатель и информация попадают в сингулярность. Это не означает, что имеются две «копии» информации — одна в непосредственной близости от горизонта событий, а другая — внутри чёрной дыры. Наблюдатель может обнаружить информацию на самом горизонте событий или внутри чёрной дыры, но не обе одновременно.

См. также

• Мембранная парадигма
• Исчезновение информации в чёрной дыре

Отрывок, характеризующий Комплементарность чёрных дыр

– Да мне что за дело! – крикнул он вдруг и пошел быстрыми шагами вперед по ряду. В одной отпертой лавке слышались удары и ругательства, и в то время как офицер подходил к ней, из двери выскочил вытолкнутый человек в сером армяке и с бритой головой.
Человек этот, согнувшись, проскочил мимо купцов и офицера. Офицер напустился на солдат, бывших в лавке. Но в это время страшные крики огромной толпы послышались на Москворецком мосту, и офицер выбежал на площадь.
– Что такое? Что такое? – спрашивал он, но товарищ его уже скакал по направлению к крикам, мимо Василия Блаженного. Офицер сел верхом и поехал за ним. Когда он подъехал к мосту, он увидал снятые с передков две пушки, пехоту, идущую по мосту, несколько поваленных телег, несколько испуганных лиц и смеющиеся лица солдат. Подле пушек стояла одна повозка, запряженная парой. За повозкой сзади колес жались четыре борзые собаки в ошейниках. На повозке была гора вещей, и на самом верху, рядом с детским, кверху ножками перевернутым стульчиком сидела баба, пронзительно и отчаянно визжавшая. Товарищи рассказывали офицеру, что крик толпы и визги бабы произошли оттого, что наехавший на эту толпу генерал Ермолов, узнав, что солдаты разбредаются по лавкам, а толпы жителей запружают мост, приказал снять орудия с передков и сделать пример, что он будет стрелять по мосту. Толпа, валя повозки, давя друг друга, отчаянно кричала, теснясь, расчистила мост, и войска двинулись вперед.


В самом городе между тем было пусто. По улицам никого почти не было. Ворота и лавки все были заперты; кое где около кабаков слышались одинокие крики или пьяное пенье. Никто не ездил по улицам, и редко слышались шаги пешеходов. На Поварской было совершенно тихо и пустынно. На огромном дворе дома Ростовых валялись объедки сена, помет съехавшего обоза и не было видно ни одного человека. В оставшемся со всем своим добром доме Ростовых два человека были в большой гостиной. Это были дворник Игнат и казачок Мишка, внук Васильича, оставшийся в Москве с дедом. Мишка, открыв клавикорды, играл на них одним пальцем. Дворник, подбоченившись и радостно улыбаясь, стоял пред большим зеркалом.
– Вот ловко то! А? Дядюшка Игнат! – говорил мальчик, вдруг начиная хлопать обеими руками по клавишам.
– Ишь ты! – отвечал Игнат, дивуясь на то, как все более и более улыбалось его лицо в зеркале.
– Бессовестные! Право, бессовестные! – заговорил сзади их голос тихо вошедшей Мавры Кузминишны. – Эка, толсторожий, зубы то скалит. На это вас взять! Там все не прибрано, Васильич с ног сбился. Дай срок!
Игнат, поправляя поясок, перестав улыбаться и покорно опустив глаза, пошел вон из комнаты.
– Тетенька, я полегоньку, – сказал мальчик.
– Я те дам полегоньку. Постреленок! – крикнула Мавра Кузминишна, замахиваясь на него рукой. – Иди деду самовар ставь.
Мавра Кузминишна, смахнув пыль, закрыла клавикорды и, тяжело вздохнув, вышла из гостиной и заперла входную дверь.
Выйдя на двор, Мавра Кузминишна задумалась о том, куда ей идти теперь: пить ли чай к Васильичу во флигель или в кладовую прибрать то, что еще не было прибрано?
В тихой улице послышались быстрые шаги. Шаги остановились у калитки; щеколда стала стучать под рукой, старавшейся отпереть ее.
Мавра Кузминишна подошла к калитке.
– Кого надо?
– Графа, графа Илью Андреича Ростова.
– Да вы кто?
– Я офицер. Мне бы видеть нужно, – сказал русский приятный и барский голос.
Мавра Кузминишна отперла калитку. И на двор вошел лет восемнадцати круглолицый офицер, типом лица похожий на Ростовых.
– Уехали, батюшка. Вчерашнего числа в вечерни изволили уехать, – ласково сказала Мавра Кузмипишна.
Молодой офицер, стоя в калитке, как бы в нерешительности войти или не войти ему, пощелкал языком.
– Ах, какая досада!.. – проговорил он. – Мне бы вчера… Ах, как жалко!..
Мавра Кузминишна между тем внимательно и сочувственно разглядывала знакомые ей черты ростовской породы в лице молодого человека, и изорванную шинель, и стоптанные сапоги, которые были на нем.