Ֆիզիկական սյուռեալիզմ. Ինչպես են գիտնականները փորձում փրկել ինֆորմացիան սև խոռոչի երախից
Սև խոռոչի ներսում բախվում են 20-րդ դարի տեսական ֆիզիկայի երկու հենասյուները։ Երիտասարդ ֆիզիկոսների խումբը կարծում է, որ լուծել է Հարաբերականության ընդհանուր տեսության ու քվանտային մեխանիկայի միջև կոնֆլիկտը` դիմելով նոր դարի ֆիզիկայի գլխավոր հենասյունին` քվանտային ինֆորմացիային։
PAN-ը պատմում է սև խոռոչի ինֆորմացիոն պարադոքսի լուծման լրիվ նոր ու խիստ տարօրինակ մոտեցման մասին` հիմնվելով Quanta Magazine պարբերականի հոդվածի վրա։
2013-ի օգոստոսին տասնյակ հայտնի տեսաբան ֆիզիկոսներ հավաքվել էին Կալիֆորնիայի Սանտա Բարբարա քաղաքում` ճգնաժամը քննարկելու համար։ Սև խոռոչների մասին նրանց թույլ պատկերացումները զարգանում էին։ Եթե աստղադիտակով հեռվից նայեք սև խոռոչին, այն պետք է իրեն պահի մոլորակի, աստղի կամ տարրական մասնիկների ցանկացած այլ կոնգլոմերատի նման։ Սակայն եթե հավատաք Ալբերտ Էյնշթեյնի աշխատություններին, ինչպես ֆիզիկոսների ճնշող մեծամասնությունը, ապա կառաջանան առաջին հայացքից անհնար թվացող հետևանքներ, երբ փորձեք սև խոռոչին նայել դրա ներսում գտնվող դիտորդի տեսանկյունից։
Նախորդ տարի անցկացված մտավոր էքսպերիմենտը ավելի է սրել տեսակետների բախումը երկու խմբերի միջև, որոնցից մեկը ավելի ֆունդամենտալ է համարում արտաքին տեսանկյունը, իսկ մյուսը կարևորում է հայացքը ներսից։ Ֆիզիկոսների այս երկու խմբի միջև շուրջ երկու տասնամյակ տևած հրադադարը կտրուկ խախտվել է։ Սրբազան ֆիզիկական հավատալիքների բոլոր տեսակները հանկարծ դարձել են քննարկման առարկա։ Իսկ նրանք, ովքեր հորինել էին չարաբաստիկ մտավոր էքսպերիմենտը, հուսալքվել էին այնքան, որ ենթադրում էին` միգուցե սև խոռոչի ներսի հատված ընդհանրապես գոյություն չունի, իսկ տարածություն-ժամանակն ավարտվում է սև խոռոչի անմիջապես եզրին։
Զարգացնելով այս տարօրինակ միտքը` կոնֆերանսի մասնակիցներից մեկն անգամ ենթադրել էր, հիմնականում` կատակով, որ պարադոքսը, ամենայն հավանականությամբ, ենթադրում է, որ ֆիզիկայի հայտնի օրենքները կարող են միշտ ու ամենուր խախտվել։
«Կոնֆերանսի ընթացքում խելահեղ գաղափարներով ռիսկի դիմելու մարդկանց պատրաստակամությունը շոկային էր», - ասում է Սթենֆորդի համալսարանի ֆիզիկոս ու համակարգչային մասնագետ Պատրիկ Հեյդենը։
Բանավեճերի ու հաշվարկների հերթական տասնամյակից հետո Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի ֆիզիկոս Դենիել Հարլոուն կարծում է, որ ինքն ու խոստումնալից ֆիզիկոսների իր խումբը վերջապես գտել են խնդրի լուծման եղանակը, համենայն դեպս, սև խոռոչի ներքին ու արտաքին հայացքը քառակուսու բարձրացնելու միջոցով։ Դրանով նրանք յուրահատուկ, առայժմ թույլ կամուրջ են գցել ՀԸՏ-ի ու քվանտային մեխանիկայի հակամարտող աշխարհների միջև։ Նրանց լուծումը, միավորելով քվանտային ինֆորմացիայի տեսության լայն գաղափարներն ու 2019-ի իրականացված հաշվարկները, իրենից ներկայացնում է սև խոռոչի արտաքին հայացքը ստանալու ու ներքին հայացքի մեծ մասը պահպանելու փորձ։
«Նրանց հաջողվել է ցույց տալ, որ, համենայն դեպս սկզբունքորեն, այդ հակասությունը հնարավոր է լուծել», - ասում է Կոռնելի համալսարանի ֆիզիկոս Թոմ Հարթմանը, ով հայտնաբերել է տեսության գլխավոր առանձնահատկությունը գրավիտացիոն մեկ այլ մոդելում։
Չնայած առաջարկված մեթոդն առայժմ աշխատում է միայն սև խոռոչի պարզ մոդելի դեպքում, այն որսում է կոլապսի ենթարկված աստղերի շատ սպեցիֆիկ առանձնահատկություններ։ Եթե մոտեցումը ճիշտ լինի իրական սև խոռոչների համար, ապա այն վերջնական կպատասխանի սև խոռոչների հետ կապված մի շարք դասական հարցերի` սկսած նրանից, թե ինչ կտեսնի սև խոռոչն ընկնող աստրոնավտը, մինչև վերջինիս մոլեկուլներում առկա ինֆորմացիայի վերջնական ճակատագիրը։
«Որոշ առումով, դա ոչ թե հեղափոխության սկիզբն է, այլ ավարտը», - կարծում է նոր աշխատության մասնակից, Բերքլիում Կալիֆորնիական համալսարանի ֆիզիկոս Ջեֆ Պենինգտոնը։
«Աշխատանքը բավականին տպավորիչ է։ Այն կարող է ճիշտ չլինել, բայց կարծում եմ, մոտեցման էությունը ճիշտ է», - ասում է Բոուլդերում Կոլորադոյի համալսարանի ֆիզիկոս Օլիվեր ԴեՎուլֆը, ով այն քիչ հետազոտողներից է, ով նախորդ տարի իր աշխատանքներում հիմնվել էր Հարլոույի ու մյուսների առաջարկի վրա։
Խումբը ձգտում է փրկել սև խոռոչի ներքին հատվածը` որոշակի զոհողության դիմելով։ Հարլոուն ու իր թիմը ենթադրում են, որ ֆիզիկայի մեզ ծանոթ օրենքներն իրոք խախտվում են սև խոռոչի ներսում, հնարավոր է անգամ, որ դրանք խախտվում են ամենուր ու միշտ։ Սակայն խախտումը տեղի է ունենում նախկինում անհայտ եղանակով, այն այնքան նուրբ է, որ գրեթե անհնար է նկատել։ Հիմքում ընկած է ոչ թե նյութի կամ տարածության-ժամանակի հետ կապված սահմանափակում։ Ավելի ճիշտ, դրանք բխում են արգումենտներից, որոնք կապված են բարդության, այսինքն` քվանտային ինֆորմացիայի ահռելի ծավալներում առկա գրեթե անվերջ հնարավորությունների հետ։
ՀՈՔԻՆԳԻ ՃԱՌԱԳԱՅԹՈՒՄԻՑ ՄԻՆՉԵՎ ՖԱՅՐՎՈԼՆԵՐ
Սանտա Բարբարայի կոնֆերանսի բաժիններից մեկը վարում էր սև խոռոչների հեղափոխության գլխավոր ճարտարապետը։ Սքայպի միջոցով Քեմբրիջի իր աշխատասենյակից կապվելով միջոցառման մասնակիցների հետ` Սթիվեն Հոքինգը պաշտպանում էր գաղափարը, որ տարածությունն ու ժամանակը գոյություն ունեն սև խոռոչի ներսում։ «Որոշ ժամանակ առաջ գրված իմ հոդվածն առաջացրել է բանավեճ, որը շարունակվում է մինչ օրս», - սկսել էր նա։
Հակասությունը կենտրոնացած է այն հանգամանքի վրա, որ, թվում է, սև խոռոչները Տիեզերքում անհետացման ակտերի գլխավոր թատերաբեմն են։
1974-ին Հոքինգը հաշվարկել էր, որ սև խոռոչի իրադարձությունների հորիզոնի շուրջ (սահմանի, որից այն կողմ վերադարձն անհնար է) քվանտային ֆլուկտուացիաները ստեղծում են մասնիկների զույգեր։ Մասնիկներից մեկն ընկնում է սև խոռոչի մեջ, մյուսը հեռանում է։ Ընթացքում մասնիկները կուտակվում են ինչպես սև խոռոչի ներսում, այնպես էլ դրսում` որտեղից հեռանում են Հոքինգի ճառագայթման տեսքով։
Խնդիրը սկսվեց նրանից, որ, համաձայն քվանտային մեխանիկայի, յուրաքանչյուր զույգ կապված է խճճման միջոցով, ինչը նշանակում է, որ երկու մասնիկները միասին ինֆորմացիայի մեկ միավորի կրող են։ Զույգում յուրաքանչյուր մասնիկ նման է մետաղադրամի որևիցե կողմի, որը կարելի է օգտագործել հարցին «այո» կամ «ոչ» պատասխանելու համար։ «Այո» կամ «ոչ» պատասխանը տալու կարողությունը ինֆորմատիկայի լեզվում կոչվում է բիտ, կամ կուբիտ, եթե օբյեկտը կարող է գոյություն ունենալ քվանտային սուպերպոզիցիայում։ Ի տարբերություն մետաղադրամի երկու կողմերի, խճճված մասնիկները կարող են հեռանալ միմյանցից։ Այդուհանդերձ, եթե դիտարկումներից մեկը գտնում է սև խոռոչի դրսում գտնվող մասնիկը «ղուշ» վիճակում, ապա մյուս դիտարկումը պարտադիր պիտի գտնի մյուս մասնիկը «գիր» վիճակում։
Կարծես, դա հակասում է Հոքինգի հաշվարկների երկրորդ եզրակացությանը։ Քանի որ սև խոռոչը ճառագայթում է մասնիկներ, արդյունքում այն ամբողջությամբ անհետանալու է։ Ահռելի երկար ժամանակ անց սև խոռոչից մնալու է միայն ռադիացիոն ամպ։ Բայց քանի որ յուրաքանչյուր զույգից արտաքին մասնիկը իր մեկ բիտը կիսում է իր հետ խճճված ներքին մասնիկի հետ, Հոքինգի ճառագայթումը չունի նույն իմաստը, ինչ միակողմանի մետաղադրամների խումբը։ Սև խոռոչի ներսում ինֆորմացիայի կուբիտները, որոնք բնութագրում են սև խոռոչի ու այնտեղ ընկած ցանկացած օբյեկտի ամբողջ կյանքը, կարծես, անհետանում են, ինչը անհեթեթություն է։
«Ամեն ինչ լավ է, քանի դեռ այդ նյութը սև խոռոչի ներսում է։ Սակայն եթե սև խոռոչն անհետանա, դրսում մնացածը ընդհանրապես ոչ մի կոնկրետ վիճակներ չի ունենա», - ասում է Օհայո նահանգի համալսարանի ֆիզիկոս Սամիր Մատուրը։
Սև խոռոչների խորհրդավոր անհետացումը ստիպել է ֆիզիկոսներին ընդունել միմյանց հակասող երկու պատկերացումներից մեկը` կապված նրանից, թե նրանք ավելի լոյալ էին ՀԸՏ-ի նկատմամբ, թե՞ քվանտային մեխանիկայի։
Սև խոռոչների խորհրդավոր անհետացումը ստիպել էր ֆիզիկոսներին դառնալ միմյանց հակասող երկու պատկերացումներից մեկի կողմնակից` կախված նրանից, թե տվյալ ֆիզիկոսն ավելի լոյալ էր ՀԸՏ-ի, թե՞ քվանտային մեխանիկայի մեխանիկայի նկատմամբ։ Հոքինգը երկար տարիներ ավելի լոյալ էր Էյնշթեյնին։ Նա կարծում էր, որ եթե սև խոռոչի կողմից մասնիկները որսալն ու դրանց կոիբիտները ջնջելը խախտում է միակողմանի մետաղադրամների քվանտային մեխանիկական արգելքը, ուրեմն ավելի վատ քվանտային մեխանիկայի համար։
Մյուսները նախընտրեցին իրենց մտավոր հայացքը պահել սև խոռոչի սահմաններից այն կողմ։ Նրանք կանգնեցին քվանտային մեխանիկայի կողքին, որը խիստ կերպով երաշխավորում է ռոմանտիկ պատկերացումներն այն մասին, որ ինֆորմացիան չի անհետանում։ Օրինակ, օրագիրն այրելուց հետո կարելի է պատկերացնել, թե ինչպես է հնարավոր որսալ ծխի, մոխրի ու ջերմության բեկորներն ու դրանցից վերականգնել կորսված գրառումները։ Սև խոռոչը կարող է ավելի ուժեղ խառնել օրագրի մասնիկները, քան խարույկը, սակայն այստեղ կիրառելի է նույն տրամաբանությունը։ Եթե Հոքինգի ճառագայթումն այն ամենն է, ինչ մնում է, ապա տեքստի ինֆորմացիան ինչ-որ կերպ պետք է թափանցի ճառագայթման մեջ, դեռ չասած այն մասին, որ Էյնշթեյնի տարածա-ժամանակային տեսությունը պահանջում է, որպեսզի ինֆորմացիան մնա ներսում։
Պարադոքսի վերջին մասն այն էր, որ Հոքինգի վերլուծության համաձայն, ճառագայթումը պետք է լրիվ պատահական լինի` զուրկ վերծանելի ինֆորմացիայից։ Իր հոդվածում Հոքինգը երկու միմյանց հակասող եզրակացության է գալիս. սև խոռոչները անհետանում են (նկատի ունենալով, որ ճառագայթումը վերջնական արդյունքում պետք է իր հետ տանի ինֆորմացիան), ու որ ճառագայթումը ոչ մի ինֆորմացիա չի կրում։ Երկու ենթադրությունները միասին չէին կարող ճիշտ լինել, այդ իսկ պատճառով ֆիզիկոսների մեծ մասը ենթադրեց, որ Հոքինգն ինչ-որ կերպ սխալվում է։
Սակայն Հոքինգի սխալն ակնհայտ չէր։ Հոքինգը հայտնաբերել էր ճառագայթումը ու դրա պատահական լինելը` վերլուծելով քվանտային դաշտերի վարքագիծը սահուն կորացած տարածություն-ժամանակում. այս խիստ գիտական հիմքը հայտնի է որպես քվազիդասական ֆիզիկա։ Հոքինգի քվազիդասական մոտեցումը հիմնվում էր քվանտային մեխանիկայի ու ՀԸՏ-ի միայն այն ասպեկտների վրա, որոնք անթերի էին թվում։ Այս մոտեցումն ընկած է ժամանակակից տեսությունների մեծամասնության, այդ թվում` Տարրական մասնիկների ստանդարտ մոդելի հիմքում։
Ֆիզիկոսները սպասում են, որ քվազիդասական ֆիզիկան կխալխլվի շատ ուժեղ գրավիտացիայի դեպքում, ինչպես դա տեղի է ունենում սև խոռոչի ներսում` նրա իրադարձությունների հորիզոնից այն կողմ։ Սակայն մեծ սև խոռոչների համար ինքը` իրադարձությունների հորիզոնը պետք է հիմնականում անվնաս լինի։ Հետաքրքրասեր ու լավ ապահովված տիեզերագնացը կարող է հայտնվել այնտեղ ու երկար ժամանակ գոյատևել` մինչև կհանդիպի իր անխուսափելիորեն վախճանին կենտրոնից ոչ շատ հեռու։
Իրականում, M87 գալակտիկայի կենտրոնում գտնվող սև խոռոչի հորիզոնին (առաջին սև խոռոչի, որի ուղիղ պատկերը ստացվել է) գրավիտացիան ոչ ավելի ուժեղ է, քան Երկրի վրա։ Եթե Հոքինգի եզրակացությունները սխալ էին, ապա Երկրի մասին մյուս բոլոր եզրակացությունները նույնպես պետք է սխալ լինեն։ «Եթե [քվազիդասական ֆիզիկայի նկարագրած] ֆիզիկայի օրենքներն աշխատում են այստեղ` Երկրի վրա, ապա ինչո՞ւ դրանք պիտի չաշխատեն իրադարձությունների հորիզոնին», - հարցնում է Մակգիլի համալսարանի ֆիզիկոս Ալեքս Մելոնին։
Հոքինգի ենթադրյալ սխալի մասին տասնամյակներ տևած բանավեճերից հետո որոշ ֆիզիկոսներ փորձեցին հասնել հակամարտող կողմերի միջև հրադադարի։ 1993-ին Սթենֆորդի համալսարանի ֆիզիկոս Լեոնարդ Սասքինդը սկսեց պաշտպանել սխալի բացակայության մասին կարծիքը։ Կոպիտ ասած, կոնֆլիկտն առաջացել էր սև խոռոչի ներքին, և արտաքին հատվածները միաժամանակ մտքում պահելու անիրական ձգտումից։
Դրա փոխարեն, ինչպես պնդում էին Սասքինդն ու իր աշխատակիցները, այն, ինչ կպատմեր դրսում գտնվող աստրոնավտը, տարբերվելու էր նրանից, ինչ կպատմեր ընկնող աստրոնավտը։ Հեռվում գտնվող աստրոնավտը կտեսնի, թե ինչպես է իր գործընկերը բախվում սև խոռոչի իրադարձությունների հորիզոնին, որը ծածանվելու է` կլանելով անկոչ հյուրին։ Դրսում գտնվող աստրոնավտը կտեսնի, թե ինչպես է իր զոհված գործընկերոջ մասին ինֆորմացիան տարածվում սև խոռոչի մակերևույթով ու ի վերջո հեռանում Հոքինգի ճառագայթման տեսքով` երբեք չանհետանալով ներսում։ Սակայն ընկնող աստրոնավտի տեսանկյունից, ինքը բարեհաջող անցնում է իրադարձությունների հորիզոնը, որտեղ թե ինքը, ու թե իր կրած ինֆորմացիան հայտնվում են ծուղակում։ Ընկնող աստրոնավտի պատմությունը տարբերվում է հեռվում գտնվող աստրոնավտի պատմությունից, բայց, հաշվի առնելով, որ նա չի կարող իր դիտարկումների մասին զեկույց ուղարկել դուրս, արդյո՞ք կա որևիցե խնդիր։ Երկու նարատիվները կարող են որոշ իմաստով փոխլրացվող լինել։
«Դա ինձ միշտ շփոթեցնում էր։ Սակայն մարդիկ երկու տասնամյակ հիմնվում էին դրա վրա», - ասում է Օսթինում Տեխասյան համալսարանի մասնագետ Սքոթ Աարոնսոնը։
2012-ին եկան չորս ֆիզիկոսներ ու հիմքից այրեցին լրացուցչության արգումենտը. Ահմեդ Ալմհեյրին, Դոնալդ Մարոլֆը, Ջոզեֆ Պոլչինսկին ու Ջեյմս Սալին (թիմը, անդամների ինիցիալներով, ստացել է AMPS անվանումը) մանրամասն նկարագրեցին երկփուլ մտավոր էքսպերիմենտ, որը թույլ է տալիս միևնույն դիտորդին տեսնել, թե ինչպես է սև խոռոչը ինֆորմացիան պահում միաժամանակ երկու վայրում։
Առաջինը, աստրոնավտը հավաքում է սև խոռոչի ճառագայթած յուրաքանչյուր մասնիկը` դրա 10^67-ամյա գոյության մեծ մասի ընթացքում։ Եթե ենթադրենք, որ ինֆորմացիան հայտնվում է ճառագայթման մեջ, ապա որոշ արտաքին զույգեր պետք է խճճվեին միմյանց հետ` որոշակի վիճակի բերելով իրար։ Աստրոնավտը վերլուծում է այդ մասնիկներն ու հաստատում, որ դրանք խճճվել են։
Ապա աստրոնավտը ընկնում է սև խոռոչն ու հաստատում, որ զույգերի որոշ մասնիկներ, որոնք նա ուսումնասիրում էր դրսում, խճճված են նաև ներսի մասնիկների հետ։ Հոքինգի քվազիդասական հաշվարկը ցույց է տալիս, որ աստրոնավտը կտեսնի, որ այն, ինչ սև խոռոչի դրսում նման է ազնիվ երկկողմ մետաղադրամի, ներսում կվերածվի անօրինական եռակողմի։
AMPS-ն ապացուցեց, որ Հոքինգի պարադոքսից անհնար է խուսափել։ Նրանք դժկամությամբ կանգնեցին սև խոռոչից դուրս քվանտային մեխանիկայի կողքին ու, որպես հետևանք, զոհաբերեցին ներքին տարածությունը. հնարավոր է, սև խոռոչը ճառագայթում է ընկնող նյութը հորիզոնին գտնվող «բրանդմաուերով» ու թույլ չի տալիս աստրոնավտին ավարտին հասցնել գիտափորձը։ «Սև խոռոչն ընդհանրապես չունի ներքին հատված։ Երբ դուք փորձում եք թռչել սև խոռոչի մեջ, դուք բախվում եք տարածություն-ժամանակի վերջին», - նկարագրում է իր եզրակացությունը Աարոնսոնը։
Այս գաղափարը ոչ ոքի դուր չէր գալիս, քանի որ քվազիդասական ֆիզիկան չի ենթադրում, թե սև խոռոչի հորիզոնը հատելը պետք է որևիցե կերպ տարբերվի Կոտայքի ու Գեղարքունիքի մարզերի միջև սահմանը հատելուց։ Ֆիզիկական հանրությունը կազմակերպեց սեմինարների շարք` ստեղծված խառնաշփոթից ելք գտնելու համար, ու դրանց կուլմինացիան Սանտա Բարբարայի կոնֆերանսն էր։
«Մենք մի քանի ամիս փորձում էինք սպանել այդ արգումենտը, բայց անօգուտ», - պատմում է Հարլոուն։
Քաոսի ընթացքում Հարլոուն սկսեց համագործակցությունը Հեյդենի հետ` ուսումնասիրելով, թե ինչ պետք կլինի աստրոնավտին` AMPS էքսպերիմենտը իրոք անցկացնելու համար։ Նրանք դիտարկում էին սև խոռոչը որպես քվանտային գաղտնագրող սարք. մի բան, ինչն ընդունում է վերծանելի ինֆորմացիան (սովորական նյութը) ու տալիս այն, ինչը թվում է գաղտնագրված ինֆորմացիա (ճառագայթում)։ Այս կոնտեքստում AMPS էքսպերիմենտը կարելի է պատկերացնել ինֆորմացիայի գաղտնազերծման սարքի` քվանտային համակարգչի կիրառմամբ։ Քվանտային հաշվարկների սահմանների մասին Աարոնսոնի դոկտորական թեզի առանցքային արդյունքներում հայտնաբերվեց հետաքրքիր մի բան։
Սև խոռոչն այնքան մանրակրկիտ է մանրացնում ընկնող ինֆորմացիան, որ եթե աստրոնավտն իրոք հանձնարարեր քվանտային համակարգչին գաղտնազերծել ճառագայթումը, խնդրի լուծումը կտևեր այնքան երկար, որ սև խոռոչը կանհետանար ավելի շուտ, քան համակարգիչը կվերծաներ ինֆորմացիայի անգամ մեկ տոկոսը։ Ու այդ ժամանակ աստրոնավտը արդեն չէր կարողանա ընկնել սև խոռոչի մեջ, որովհետև մեջի հատվածն այլևս չէր լինի։
«Սա եզրակացություն էր, որի հետ մենք չգիտեինք, ինչպես վարվել։ Հիմա, 10 տարի անց, մենք գիտենք ինչ անել դրա հետ», - նշում է Հարլոուն։
ԻՆՉՊԵՍ ՍՏԵՂԾԵԼ ՏԱՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ-ԺԱՄԱՆԱԿ ՔՎԱՆՏԱՅԻՆ ՀԱՄԱԿԱՐԳՉՈՎ
2013-ի աշխատանքից հետո Հարլոուն մի կողմ դրեց սև խոռոչները` ավելի պարզ խնդրի` դատարկ տարածության վրա կենտրոնանալու համար։ Նա սկսեց ուսումնասիրել գլխիվայր շրջված անիրական տարածության հատուկ տեսակը` հայտնի որպես հակա-դե Սիտտերի տարածություն, որը, ինչպես սև խոռոչները, թույլ է տալիս երկու խիստ տարբեր նկարագրություն։
«Եթե ես բավարար լավ եմ հասկանում հակա-դե Սիտտերի տարածությունը, դա ցույց կտա նաև սև խոռոչների հարցում առաջ շարժվելու ուղիները», - ասում է Հարլոուն։
Ֆիզիկոսներին հիացնում է հակա-դե Սիտտերի տարածությունը, որովհետև այն կորացած է այնպիսի էկզոտիկ ձևով, որ տարածության անվերջ մեծ ծավալը հնարավոր է տեղավորել վերջավոր սահմաններում։ Ավելի հետաքրքիր է, որ կարելի է վերաձևակերպել հակա-դե Սիտտերի տարածության մեջ տեղի ունեցող ցանկացած իրադարձություն` այդ տարածության սահմանին ապրող մասնիկների տեսանկյունից, որոնք գործում են լրիվ այլ ֆիզիկական կանոններով։ Օրինակ, հակա-դե Սիտտերի տարածության կենտրոնում գտնվող Արեգակնային համակարգը կարելի է նկարագրել որպես այդ տարածության սահմանին ցրված մասնիկներ, որոնք ենթարկվում են միայն քվանտային տեսությանն ու ընդհանրապես չունեն գրավիտացիայի կամ տարածության-ժամանակի զգացում։
Հարլոույի համար գլխավոր հարցը այն էր, թե ինչպես են սահմանին ապրող մասնիկները, որոնք պատկերացում չունեն տարածության-ժամանակի մասին, կարողանում վերարտադրել կենտրոնական հատվածում գտնվող մոլորակի բնակչի փորձը, ում համար տարածության-ժամանակն, անկասկած, կարևոր է։ Եթե նաիվ մտածենք, կարող ենք բախվել խնդրի հետ, երբ սահմանային իրադարձություններն ակնթարթորեն ազդում են կենտրոնի վրա, քանի որ էֆեկտի տարածման համար ժամանակ է անհրաժեշտ։ Այդ խնդրի պատճառով կապը սահմանային մասնիկների ու կենտրոնական տարածության-ժամանակի միջև պիտի թույլ լինի, որպեսզի սահմանին փոփոխությունները ոչ միանգամից ազդեն կենտրոնի վրա, սակայն ոչ այնքան թույլ, որպեսզի սահմանն ամբողջությամբ չկորցնի կապը կենտրոնի հետ։
«Այսինքն, դուք պետք է անկախ լինեք համակարգի բոլոր մասերից, բայց ոչ ամբողջ համակարգից», - նշում է Հարլոուն։
Ի վերջո, Հարլոուն հասկացավ, որ հետազոտողների խումբն արդեն լուծել է խնդիրը։ Նրանք ընդհանրապես չէին մտածում տարածության-ժամանակի ստրուկտուրայի մասին։ Նրանք մշակում էին սխալները քվանտային համակարգչով վերացնելու միջոցներ։
Որպեսզի հասկանանք, ինչպես է սխալների ուղղումը արտահայտում այսպես կոչված Ոսկեծամիկի սկզբունքը, որը որոնում էր Հարլոուն, դիտարկենք դասական մեկ բիտանոց հաղորդագրությունը եռաբիտ փոխանցման կոդավորելու պարզ սխեման։ 1 նշելու համար փոխանցեք 111: 0 նշելու համար փոխանցեք 000: Եթե անգամ սխալ լինի, ստացողը միևնույն է կստանա բիտերի մեծ մասը։ Նա նախկինի նման կհասկանա, որ 001-ը նշանակում է 0, իսկ 011-ը նշանակում է 1: Միակ սխալը չի փչացնի հաղորդագրությունը, որովհետև ինֆորմացիան տեղակայված է երեք թվերում։ Հաղորդագրությունը կախված չէ յուրաքանչյուր առանձին մասից, բայց անկախ չէ ամբողջ փոխանցվածից, այսինքն դա այն էր, ինչ փնտրում էր Հարլոուն։ Կուբիտներում (ի տարբերություն դասական բիտերի) քվանտային սխալների ուղղումը պահանջում է ավելի բարդ սխեմաներ։ 2014-ին Հարլոուն համագործակցում էր AMPS-ից Ալմհեյրիի ու Սանտա Բարբարայի Կալիֆորնիական համալսարանից Սի Դոնգի հետ` բացատրելու համար, թե ինչպես են սխալների ուղղման քվանտային կոդերը հակա-դե Սիտտերի տարածություն-ժամանակի մասին ինֆորմացիան տարածում սահմանային կուբիտների շրջանում։
Գաղափարի էությունը հետևյալն է։ Պատկերացրեք հակա-դե Սիտտերի տարածության կենտրոնական կետը որպես մեկ բիտանոց հաղորդագրություն։ Սահմանային մասնիկները դրանք փոխանցման թվերն են։ Բաժանեք սահմանը երեք աղեղի։ Ցանկացած աղեղի մասնիկները գիտեն իրենց հարևան հատվածի հակա-դե Սիտտերի տարածության կետերի մասին։ Սակայն նրանք չգիտեն այդ հատվածից այն կողմ կետերի մասին։ Ոչ մի աղեղ չգիտի կենտրոնական կետի մասին, իրավիճակը նման է նրան, երբ հաղորդագրության վերականգնման համար մեկ թիվ ուղարկելը բավարար չէ։
սահմանների երկայնքով տեղակայված մասնիկները գիտեն միայն հարևան տարածքի կետերի մասին
Սակայն կենտրոնական կետը իրոք գտնվում է ցանկացած երկու աղեղի պատկանող միացյայ հատվածի սահմաններում, ինչն արտացոլում է այն, թե ինչպես է երկու թիվը բավարար հաղորդագրության վերծանման համար։ Այսպիսով, սխալների ուղղումը այն լեզուն է, որը թույլ է տալիս հասկանալ դատարկ հակա-դե Սիտտերի տարածությունը երկու տեսանկյունից. կամ որպես սովորական տարածություն-ժամանակ, կամ որպես ոչ տարածական սահմանային կուբիտների ամբողջություն։
«Դա բավականին զարմանալի է։ Քվանտային ինֆորմացիան պետք է ոչ միայն քվանտային համակարգիչներ ստեղծելու համար։ Պարզվում է, դրանք բավականին կարևոր գաղափարներ են, որոնք, թվում է, օգտագործում է քվանտային գրավիտացիան», - ասում է ԴեՎուլֆը։
Հարլոույին հաջողվեց կապել միմյանց տարածության-ժամանակի այս երկու պատկերացումները։ Միակ խնդիրը նրանում էր, որ մոտեցումը չէր համապատասխանում իր ուղիղ խնդրին։ Երբ տարածություն-ժամանակը պարունակում է սև խոռոչ, սխալների քվանտային ուղղումը չի աշխատում։
Դեռ 2012-ին ֆիզիկոսներն առաջ էին քաշել սխալների ուղղման կոդերի միջոցով սև խոռոչի ներքին հատվածն ուսումնասիրելու գաղափարը։ Սակայն Հոքինգի հաշվարկների հակասական տեսակետները նրանց գցեցին ծուղակի մեջ։ Իրադարձությունների հորիզոնի ներսում աստրոնավտը կտեսնի, թե ինչպես են ընկնող ճառագայթման պատերնները ընկնում անորոշ ժամանակի ընթացքում։ Սև խոռոչի ինֆորմացիոն ծավալը, եթե պատկերացնենք այն որպես տիեզերագիտական HDD, աճում ու աճում է նրա ամբողջ կյանքի ընթացքում։
Դրա հետ մեկտեղ, սև խոռոչից հեռու գտնվող աստրոնավտը կտեսներ, որ այն բառացիորեն փոքրանում է Հոքինգի ճառագայթման արդյունքում։ Սխալների ուղղման երկու հեռանկարները համատեղելու համար Հարլոուին, թվում էր, անհրաժեշտ էր սև խոռոչի կրճատվող սահմաններում դրա ներքին տարածության աճի կոդավորման միջոց, խնդիր, որը նման է նրան, եթե խնդրենք նավաստուն տեղավորել SOS հաղորդագրությունը միանիշ փոխանցման մեջ։
«Այս պատմության մեջ սև խոռոչների ներքին մասը գոյություն չուներ։ Դա ինձ տարօրինակ թվաց, այդ իսկ պատճառով ես երկար ժամանակ ծախսեցի` մտածելով այն մասին, թե ինչպես կարելի է խնդիրը հաղթահարել», - նշում է Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական համալսարանի հետազոտող Քրիստոֆեր Էյքերսը, ով 2016-ին ոգեշնչվել էր սխալների ուղղման մասին Հարլոույի հոդվածից։
Նրան պետք եղավ չորս տարի` լուծումը գտնելու համար, ու ևս մեկ տարի` համոզելու համար Հարլոուին, որ այդ լուծումն ընդհանրապես իմաստ ունի։
ԻՆՖՈՐՄԱՑԻՈՆ ՓԱԽՈՒՍՏԻ ԲԱՂԱԴՐԱՏՈՄՍԸ
Քանի դեռ Հարլոուն ու Էյքերսը միմյանցից անկախ գլուխ էին կոտրում սև խոռոչի ներքին հատվածի խնդրի լուծման համար, հետազոտողների մեկ այլ խումբ մոտ էր արտաքին մասի բացահայտմանը։ Խոստումնալից բրիտանացի ֆիզիկոս Պենինգտոնը գլխավոր խաղացողներից էր։ Նա բաց էր թողել Սանտա Բարբարայում բրանդմաուերի հետ կապված դրաման, քանի որ 2013-ին դեռ 21 տարեկան էր ու սովորում էր Քեմբրիջի համալսարանում։
Այցելելով Սթենֆորդ 2015-ին որպես ապագա ասպիրանտ, Պենինգտոնը կիսվում էր իր դոկտորական թեզի համար քվանտային գրավիտացիայի ու քվանտային ինֆորմացիայի ուսումնասիրության միջև։ Ապա նա հանդիպեց Հայդենին։ Պենինգտոնը զարմանքով հայտնաբերեց, որ իր մայրը` Օքսֆորդի համալսարանի մաթեմատիկոս Ֆրենսիս Կիրվանը, Հայդենի գիտական ղեկավարներից մեկն է։ Ավելի շատ նա զարմացավ, իմանալով, որ Հայդենը կուբիտների միջոցով սև խոռոչը բացատրելու ջանքերի կենտրոնում էր` միավորելով Պենինգտոնի երկու հետաքրքրությունները։ Արդյունքում նրանք որոշեցին միասին աշխատել։
Հեյդենն ու Պենինգտոնը սկսեցին նրանից, ինչը նրանք համարում էին սխալների ուղղման անկատար կոդերի աբստրակտ խնդիր` 2017-ին հրապարակելով հոդված քվանտային ինֆորմացիայի մասին։ Հոդվածում չէին հիշատակվում ոչ սև խոռոչները, ոչ տարածություն-ժամանակը, սակայն հաջորդ տարի նրանք ներկայացրին հակա-դե Սիտտերի տարածության իրենց կոդերը։ Ի վերջո, հետևելով 2014-ին ֆիզիկոս Նետտա Էնգելհարդտի մշակած բանաձևին, Պենինգտոնը սկսեց կասկածել, որ հակա-դե Սիտտերի տարածության կոնկրետ հատվածը հետևում է էնթրոպիային` մեծության, որը կապված է սև խոռոչից դուրս պրծնող Հոքինգի խճճված ճառագայթման ինֆորմացիոն ծավալի հետ։ 2018-2019-ին նա միայնակ մշակեց դետալները` իր գաղափարը ստուգելու համար։
Մոտավորապես նույն այդ ժամանակ Էնգելհարդտը գրեթե նմանատիպ հաշվարկներ էր կատարում։ 2019-ին նա միավորեց ջանքերը Ալմհեյրիի ու Մարոլֆի հետ AMPS-ից ու Հենրի Մաքսֆիլդի հետ Սթենֆորդից` օգտագործելու համար 2014-ի բանաձևը, որը տալիս է էնթրոպիան գրավիտացիայի հետ կապված իրավիճակներում, ուսումնասիրելու համար սև խոռոչից դուրս խճճված ճառագայթման պարունակած ինֆորմացիան։
Երկու թիմերն էլ ստացան նույն պատասխանը, որը նրանք ներկայացրին 2019-ին հրապարակված ու համաձայնեցված հոդվածներում։ Հաշվարկների էությունը կապված էր արտաքին ճառագայթման մեջ «գլուխների» հաշվարկի հետ, ինչը պատմելու էր այն մասին, թե որքան խճճված «պոչ» է թաքնված սև խոռոչի ներսում։ Երիտասարդ դատարկ սև խոռոչների համար մետաղադրամի առանձնացված կողմերի քանակը աճում է իրադարձությունների հորիզոնի կողմից Հոքինգի զույգերի առանձնացման հետ մեկտեղ, ինչպես սպասում էր Հոքինգը։ Սակայն տարիքի հետ առանձնացված կողմերի թիվը սկսում է նվազել, ինչը նշանակում է, որ սև խոռոչը լցվել է ու ինչ-որ ձևով դուրս է հանում ինֆորմացիան արտաքին ճառագայթում, ինչը և պահանջում է քվանտային մեխանիկան։
Ի վերջո, Պենինգտոնը, Էնգելհարդտը ու իրենց աշխատակիցները որոշեցին, որ հասկացել են, թե ինչ է տեղի ունենում սև խոռոչի սահմաններից այն կողմ։ Ինֆորմացիան իրոք թափանցում է ճառագայթման մեջ, ինչպես ենթադրում էին շատ ֆիզիկոսներ։ Այս փաստն ուներ երեք կարևոր հետևանք։
Առաջինը, դա սահմանափակում է Հոքինգի սխալների հնարավորությունները։ Ճառագայթումը չէր կարող իրոք պատահական լինել. այդ դեպքում ինչո՞ւ է բոլոր մնացած հարցերում վստահելի քվազիդասական ֆիզիկան ենթադրում, որ այն պատահական է։
Երկրորդը, պրոցեսների նրանց ընկալումը տեղափոխվեց սև խոռոչի դրսի հատվածից դեպի ներս։ Ինչպե՞ս է սև խոռոչի իրադարձությունների հորիզոնի անմիջապես մյուս կողմում գտնվող աստրոնավտը ընկալում ճառագայթումը։
Ի վերջո, ենթադրվում էր, որ Հոքինգի քվազիդասական սխեման գրեթե ճիշտ է ու որ սև խոռոչի խորքերը առաջին լիարժեք քայլ կատարելու համար քվանտային գրավիտացիայի լիարժեք տեսության կարիք չկա։ Նրանց հաջողվեց վերլուծել սև խոռոչի արտաքին տեսքը` օգտագործելով տարածության-ժամանակի ծանոթ կոմպոնենտները։ Սակայն ընդամենը մի փոքր փոխելով բաղադրատոմսը (2014-ի էնթրոպիայի բանաձևը), նրանք պարզեցին, որ ինֆորմացիան դուրս է պրծնում սև խոռոչի ներսից։ Հաշվարկները նրանց համոզեցին, որ սև խոռոչի ներսի հատվածի քվազիդասական հայացքից պետք չի հրաժարվել։
«Եթե մենք հրաժարվենք ներքին հատվածի նկարագրությունից, մենք ջրի հետ դեն կնետենք նաև երեխային։ Կա քվազիդասական գրավիտացիան ճիշտ հաշվարկների համար օգտագործելու միջոց», - նշել է Էնգելհարդտը։
Գրավիտացիոն էնթրոպիայի մասնագետ Էնգելհարդտի մոտ կային խնդրի լուծման որոշ մասեր, որոշներն էլ գտել էր Հարլոուն։ Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտում Էնգելհարդտի գրասենյակը կիսում է պատը Հարլոույի գրասենյակի հետ, հետևաբար` նրանց համար լրիվ բնական էր ջանքերը միավորելը։ Մոտավորապես նույն այդ ժամանակ Աքերսը տեղափոխվեց Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտ ու նրանք երեքով սկսեցին զբաղվել խնդրի լուծմամբ։
ԻՆՉՊԵՍ ՔՎԱՆՏԱՅԻՆ ՀԱՄԱԿԱՐԳՉՈՎ ԲԱԺԱՆԵԼ ՏԱՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ-ԺԱՄԱՆԱԿԸ
Երբ 2020-ի սիզբին համավարակը ամբողջ աշխարհը ներս քշեց, երեք գիտնականները սև խոռոչների հետ իրենց մտավոր էքսպերիմենտները Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի գրատախտակներից տեղափոխեցին Zoom-ի թվային միջավայր։
Նրանց նպատակն էր միասին հավաքել բոլոր թելերն ու մշակել վերափոխման պրոցեսի նման ինչ-որ բան, որը քվազիդասական ներքին տեսանկյունը կարող է վերածել քվանտային մեխանիկական արտաքին տեսանկյունի։ Այդպիսի տեսությունը օգտակար կլիներ սև խոռոչի ներսում գտնվող աստրոնավտին։ Նա կարող էր նկարել իր շրջակայքը, անցկացնել այն վերափոխման պրոցեսով ու ստանալ պատկեր, որը կպատմեր, թե ինչ է տեսնում դրսում գտնվող իր գործընկերը։ Չնայած կարող է թվալ, որ երկու լուսանկարներում պատկերված են տարբեր իրադարձություններ, վերափոխումը պետք է ցույց տա դրանց գաղտնի համատեղելիությունը։ Դա կարող էր դառնալ փոխլրացման մասին Սասքինդի հայացքների յուրահատուկ վերածնունդ։
Էյքերսը արդեն համոզել էր ինքն իրեն, որ վերափոխման ծրագիրը պետք է գրվի սխալների քվանտային ուղղման լեզվով, այնպիսի, ինչպիսին Հարլոուն մշակել էր դատարկ տարածության համար։ Քվազիդասական ներքին հատվածը կլիներ հաղորդագրությունը, իսկ քվանտային արտաքին մասը` այդ հաղորդագրության փոխանցումը։ Հաշվի առնելով, որ ներքին տարածությունը, թվում է, աճում էր սեղմվող հորիզոնի ներսում, նրանք պետք է հորինեին սխալների ուղղման կոդ, որը կկարողանա SOS ազդանշանը խցկել միակ S տառի մեջ։
Էյքերսը բախվեց իր գործընկներների սկեպտիցիզմին։ Միջոցը, որով կոդավորումը պետք է ջնջեր սև խոռոչի ներսի ինֆորմացիան, խախտում էր ինֆորմացիայի կորուստի քվանտային մեխանիկական արգելքը։ Եթե ներքին աստրոնավտը վառեր իր առաքելության մասին գրառումները, նա, հնարավոր է, չէր կարողանա վերականգնել այն մոխրից։
«Եթե դուք փորձեք մոդիֆիկացնել քվանտային մեխանիկան, մարդիկ կմտածեն, որ դուք խելագարվել եք ու սովորաբար ճիշտ կլինեն», - նշում է Հարլոուն։
Նույն տարում թիմին միացավ Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի ասպիրանտ Շրեյա Վարդհանը։ Նա էնթրոպիայի մի քանի կոնկրետ հաշվարկ կատարեց, որոնք վերջնականապես համոզեցին բոլորին նրանում, որ քվանտային մեխանիկայի թեթև խախտումը ներսում միակ միջոցն է այն դրսում լիարժեք պահպանելու։
«Շրեյան ու Քրիսը այդ գաղափարը տարբեր կերպ էին առաջ տանում։ Շրեյան կոտրեց ինձ համար վերջին արգելքը, ու ես հասկացա, որ դա իրոք իմաստ ունի», - հավելում է Հարլոուն։
Էյքերսը աշխատում էր Պենինգտոնի հետ, այնպես որ նա նույնպես միջամտեց։ Աշխատանքը տևեց մի քանի տարի։ Ու հենց նրանք սկսեցին գրի առնել արդյունքները, թիմի հինգ անդամներից երեքը միաժամանակ վարակվեցին Կովիդով։ Միայն նախորդ տարվա հուլիսին նրանք վերջապես հրապարակեցին պրեփրինթը, որում մանրամասն նկարագրվում էր նրանց տեսությունն այն մասին, թե ինչպես սև խոռոչի ներքին մասը կարող է կոդավորվել արտաքին հատվածում սխալների ուղղման ամենատարօրինակ կոդի միջոցով։
Ահա թե ինչպես է դա աշխատում։ Ինքնազոհ աստրոնավտը սև խոռոչի ներսում գրի է առնում իրեն ու սև խոռոչը շրջապատող բոլոր ֆոտոնների, էլեկտրոնների ու մյուս մասնիկների կոնֆիգուրացիան. ստացվում է քվանտային տվյալների ֆայլ` բաղկացած աստրոնավտի քվազիդասական փորձը ֆիքսող կուբիտների խմբից։ Աստրոնավտի նպատակն է հասկանալ այս պահին սև խոռոչից դուրս գտնվող իր գործընկերոջ քվանտային տեսանկյունը։ Խումբը մշակել էր երկփուլ ալգորիթմ, որը կարելի է կիրառել քվանտային համակարգչում` այդ ներքին պատկերը վերափոխելու համար։
Նախ և առաջ, ծրագիրը սքրեմբլինգի է ենթարկում քվազիդասական կուբիտները գրեթե անճանաչելիության աստիճան` օգտագործելով ամենապատահական մաթեմատիկական վերափոխումներից մեկը։
Ապա գործի է անցնում գաղտնի սոուսը։ Երկրորդ քայլը ներառում է պոստսելեկցիան` տարօրինակ օպերացիա, որն ավելի շատ օգտագործում են ինֆորմացիայի տեսաբանները, քան ֆիզիկոսները։ Պոստսելեկցիան թույլ է տալիս գիտափորձն անցկացնողին այնպես կարգավորել պատահական պրոցեսը, որպեսզի ստացվի ցանկալի արդյունք։ Ենթադրենք, դուք ուզում եք մետաղադրամը նետելիս 10 անգամ իրար հետևից ստանալ «ղուշ» արդյունքը։ Դուք դա կարող եք անել, եթե այնքան համբերատար եք, որ ամեն անգամ «գիր» ընկնելիս կսկսեք էքսպերիմենտը նորից։ Ճիշտ նույն կերպ, կոդավորման ծրագիրը սկսում է չափել քվազիդասական կուբիտները, սակայն վերբեռնվում է ամեն անգամ 1 ստանալիս։ Վերջ ի վերջո, երբ ծրագիրը չափի սքրեմբլինգի ենթարկված կուբիտների մեծ մասն ու հաջողությամբ ստանա զրոներից բաղկացած տող, նա դեն կնետի այդ կուբիտները։ Մնացած մի քանի չչափված կուբիտներն իրենցից ներկայացնում են սև խոռոչի քվանտային պատկերի պիքսելները, եթե նայենք դրսից։ Այսպիսով, կոդը սեղմում է մեծ քվազիդասական RAW ֆայլը մինչև կոմպակտ քվանտային JPEG։
«Սա մեծաքանակ քվազիդասական ինֆորմացիան վերջավոր քվանտային տարածություն կորուստներով սեղմելու միջոց է», - նշում է Հարթմանը։
Սակայն կա մի մեծ խնդիր։ Ինչպե՞ս կարող է այդպիսի ծրագիրը ջնջել այդքան քվազիդասական ինֆորմացիա` չջնջելով ոչ մի կարևոր դետալ։ Պրոցեդուրան ենթադրում է, որ քվազիդասական ֆիզիկան լի է անիմաստ ինֆորմացիայով, օրինակ` ներքին աստրոնավտը կարող է դիտարկել մասնիկների կոնֆիգուրացիաներ, որոնք իրական չեն։ Սակայն քվազիդասական ֆիզիկան մանրակրկիտ ստուգվել է Երկրի վրա մասնիկների արագացուցիչներով, ու գիտնականները նման միրաժների ոչ մի նշան չեն հայտնաբերել։
«Քա՞նի վիճակ է հուսալիորեն կոդավորված։ Ու որքանո՞վ է լավը քվազիդասական տեսությունը։ Հաշվի առնելով, որ այն կորուստներով է, ակնհայտ չէ, որ այն ընդհանրապես կարող է ինչ-որ բան անել», - ասում է Հարթմանը։
Բացատրելու համար, թե ինչպես է կարող սխալ տեսությունը այդքան լավ աշխատել, թիմը դիմեց 2013-ին Հայդենի ու Հարլոույի արած տարօրինակ դիտարկմանը, համաձայն որի AMPS-ի էքսպերիմենտի համար ճառագայթման վերծանման համար այնքան շատ քայլ կպահանջվի, որ դա պրակտիկ առումով անհնար կլինի։
Հնարավոր է, բարդությունը կարող է թաքցնել քվազիդասական ֆիզիկայի ճեղքերը։ Կոդավորումը հենց այնպես չի ջնջում կոնֆիգուրացիաները։ Այն ջնջում է մասնիկների միայն կոնկրետ կոմբինացիաներ, որոնք բարդ են այն իմաստով, որ դրանց առաջացման համար կպահանջվեր այնքան ժամանակ, որ ներսում գտնվող աստրոնավտը չէր կարող սպասել տեսնել նման կոմբինացիաները։
Աշխատանքի հիմնական մասը կայանում էր նրանում, որպեսզի կոդը պարզ վիճակներին ընդհանրապես ձեռք չտա։ Խումբը պնդում էր, որ իրենց երկփուլ պրոցեսի ցանկացած տարբերակի համար բարդ քվազիդասական կոնֆիգուրացիայի ստեղծումը, որը արտաքին տեսանկյունից անալոգներ չունի, ըստ էության մի ամբողջ հավերժություն կտևեր, մոտավորապես 10 000 անգամ շատ Տիեզերքի ներկայիս տարիքից ընդամենը 50 կուբիտանոց օբյեկտի համար։ Իսկ իրական սև խոռոչի համար, ինչպիսին M87-ն է իր 10^70 կուբիտներով, քվազիդասական ֆիզիկան խախտող էքսպերիմենտը կտևեր էքսպոնենցիալ ավելի քան ժամանակ։ Թիմն առաջարկում է, որպեսզի սև խոռոչները պատճառ դառնան ֆիզիկայի արդեն ավանդական ստրուկտուրայի նոր խոտանի առաջացման համար։ Ինչպես ժամանակին Էյնշթեյնն էր կանխատեսել, որ ֆիքսված հեռավորությունների նյուտոնյան հասկացությունը դադարում է աշխատել բավարար մեծ արագությունների պայմաններում, նրանք կանխատեսում են, որ քվազիդասական ֆիզիկան անհաջողության է բախվում խիստ բարդ էքսպերիմենտների ընթացքում, որոնք ներառում են քայլերի ահռելի քանակություն ու հսկայական ժամանակ։
Ըստ խմբի, բրանդմաուերները նման աներևակայելի բարդության դրսևորում են։ Իսկական սև խոռոչը գոյություն ունի ընդամենը միլիարդավոր տարիներ, ինչը բավարար չէ, որպեսզի քվազիդասական ներքին հատվածը ոչնչանա բրանդմաուերում։ Սակայն եթե հնարավոր լիներ անհավանական բարդ էքսպերիմենտներ անցկացնել կամ եթե սև խոռոչը շատ երկար ժամանակ գոյություն ունենար, բոլոր քվազիդասական մասերը կհեռացվեին։
«Գոյություն ունի բարդության սահման։ Երբ դուք էքսպոնենցիալ բաներ եք անում, ֆիզիկան իրոք սկսում է փոխվել», - ասում է Հարլոուն։
ԲԱՐԴՈՒԹՅԱՆ ԱՆԵԾՔՈՎ ՓՐԿՎԱԾՆԵՐԸ
Հենց ֆիզիկոսները համոզվեցին, որ կորուստներով կոդը չի առաջացնի նկատելի ճեղքեր սև խոռոչի ներսի քվազիդասական ֆիզիկայում, թիմը սկսեց հետևանքների ուսումնասիրությունը։ Նրանք հայտնաբերեցին, որ թվացյալ սխալը գլխավոր առանձնահատկությունն է։
«Թվում է` վատ է, որովհետև նման է նրան, որ դուք կորցնում եք ինֆորմացիան` շատ վիճակներ ջնջելու հետևանքով։ Սակայն, պարզվում է, դա այն ամենն է, ինչ դուք երբևիցե ուզել եք», - ասում է Էյքերսը։
Մասնավորապես, այն դուրս է գալիս 2019-ի աշխատանքի սահմաններից ու նվիրված է նրան, թե ինչպես է ինֆորմացիան դուրս գալիս սև խոռոչից։ Կամ, ավելի շուտ, դա ենթադրում է, որ կուբիտներն այնքան էլ ներսում չեն հենց սկզբից։
Գաղտնիքը կայանում է վերափոխման անսովոր երկրորդ քայլում` պոստսելեկցիայում։ Պոստսելեկցիան ներառում է նույն մաթեմատիկական բաղադրամասերը, մասնավորապես` խճճված զույգերի չափումը, ինչ դասագրքային քվանտային պրոցեսը, որը տելեպորտացիայի է ենթարկում ինֆորմացիան մի վայրից մյուսը։ Այսպիսով, չնայած վերափոխման պրոցեսը ֆիզիկական իրադարձություն չէ, որը ծավալվում է ժամանակի մեջ, այն բացատրում է, ինչպես թվում է, որ ինֆորմացիան անցում է կատարում ներքին տարածությունից արտաքին տարածություն։
Ըստ էության, եթե ներքին աստրոնավտը վերափոխի սև խոռոչի կյանքի վերջում արված պատկերը, նա կիմանա, որ ինֆորմացիան, որը, հավանաբար, գտնվում է իրեն շրջապատող մասնիկներում կամ անգամ իր սեփական մարմնում, արտաքին տեսանկյունից իրականում լողում է դրսում գտնվող Հոքինգի ճառագայթման մեջ։ Ժամանակի ընթացքում վերափոխման պրոցեսն ավելի ու ավելի է բացահայտելու, որ աստրոնավտին շրջապատող աշխարհն իրական չէ։
Սև խոռոչի անհետացումից ակնթարթ առաջ, չնայած աստրոնավտի հակառակ տպավորությանը, նրա ինֆորմացիան գրեթե ամբողջությամբ գոյություն է ունենալու դրսում` խառնված ճառագայթման հետ։