Jako dzieciak fascynowałem się opowieściami o nieistniejących światach, kosmitach, podróżach międzygalaktycznych i czasowych paradoksach (jeżeli zabiłem własnego prapradziadka, to kto go właściwie zabił? I tak dalej...). O super-ludziach, nadnaturalnych mocy bohaterach. O nanoinżynierii, bionice, zbuntowanych robotach. I o mnóstwie innych, mniej lub bardziej porywających pomysłów.
Tymczasem okazuje się, że wcale nie potrzeba literatury SF, żeby znaleźć paradoks. I nie mówię tutaj o paradoksach naśmiewających się z polskiej biurokracji, czy łapówkarstwa. Mówię o jak najbardziej, realnie istniejącym paradoksie. Mianowicie: co dzieje się z obserwatorem, który przekracza sferę Schwarzschilda?
Przypomnę niezrzeszonym, że sfera Schwarzschilda (nazywana też - co za ulga - horyzontem zdarzeń, w skrócie HZ) to granica przebiegająca sferycznie wokół czarnej dziury, spoza której nic nie może się wydostać, ponieważ nawet fotony (najszybsze cząstki w naszym Kosmosie) nie są w stanie przezwyciężyć grawitacji czarej dziury i wydostać się poza HZ.
Stephen Hawking twierdzi, że coś jednak może się wydostać z czarnej dziury: jest to tzw. Promieniowanie Hawkinga, które powstaje na skutek efektów kwantowych na HZ. Bez wdawania się w zbędne szczegóły, chodzi o to, że kwanty informacji mogą zostać "wyrzucone" poza HZ. Według niektórych naukowców, zjawisku temu towarzyszy wysoka temperatura, której efektem jest rodzaj cieniutkiej "ściany ogniowej" (nomenklatura mająca niewiele wspólnego z rzeczywistością, ale potrzebujemy jakiejś nazwy).
No dobra. Co z tym paradoksem? - pyta zapewne znużony Czytelnik.
Wyobraźmy sobie kosmonautę (dajmy mu Antek na imię, żeby było bardziej swojsko) zawieszonego w pewnej (dość znacznej) odległości od czarnej dziury. Daleko od horyzontu zdarzeń. Lata sobie dookoła po stabilnej orbicie, albo po prostu wisi sobie nieruchomo (w Kosmosie nic nie jest "nieruchome", ale przyjmijmy na chwilę, że Antek jednak jest). I obserwuje, jak jego kolega, Barnaba, leci w kierunku czarnej dziury. Może w samym skafandrze, może w małym stateczku kosmicznym, to akurat jest bez znaczenia.
Zobaczmy teraz, jak ten proces wygląda z punktu widzenia Antka: Barnaba, zbliżając się do horyzontu zdarzeń, coraz bardziej zwalnia, jak w filmowym efekcie slow-motion. Przy samym HZ Barnaba jest w zasadzie "zamrożony". Do horyzontu zdarzeń nigdy nie dotrze. Prawdopodobnie zostanie spalony na popiół przez promieniowanie Hawkinga.
A jak to wygląda z punktu widzenia Barnaby?
No cóż. Horyzont zdarzeń z jego perspektywy nie jest jakimś szczególnym, konkretnym miejscem. Nie widać go. Nie wiadomo, kiedy się go przekroczyło. To całkiem tak, jakby - płynąc łódką po rzece w kierunku wodospdu - minąć punkt, spoza którego nie da się już zawrócić, bo prąd rzeki jest silniejszy, niż nasze wiosłowanie, i jesteśmy skazani na wpadnięcie w wodospad. Nie zauważymy tego momentu, chyba, że spróbujemy się wycofać - dopiero wtedy uświadomimy sobie, że jest za późno.
No więc właśnie. Barnaba nie zauważy nawet, że jest już za horyzontem zdarzeń i będzie kontynuować swobodny spadek w kierunku centrum czarnej dziury, gdzie znajduje się Osobliwość (czasoprzestrzeń zawinięta w punkt tak ciasno, że nie istnieją tam już znane nam prawa fizyki). Może mu to zająć mniej lub więcej czasu - w zależności od masy czarnej dziury, mogą to być sekundy, lata lub tysiąclecia. Może umrzeć z głodu lub ze starości, zanim dotrze do środka. Mniejsza o to.
Paradoks polega na tym, że z punktu widzenia Antka, Barnaba jest martwy i nigdy nie dotarł do HZ, a z punktu widzenia Barnaby, wcale nie.
Co więc jest prawdą?
Okazuje się, że w pobliżu osobliwości, pojęcie "prawdy", rozumiane w naszym newtonowskim, prymitywnym móżdżku, nie istnieje. Rozmywa się. Znika.
Interesujące jest to, że obydwaj obserwatorzy mają rację. Widzą faktyczne zjawisko. Antek jest w stanie (odczekawszy odpowiednio długo) zebrać prochy po spalonym Barnabie i zawieźć je rodzinie na Ziemię. Barnaba będzie swobodnie spadał poza horyzontem zdarzeń i nie spłonie na jego krawędzi.
Jednak żadna z tych dwóch rzeczywistości nigdy nie będzie mogła zostać skonfrontowana z tą drugą, ponieważ obydwie leżą po przeciwnych stronach HZ i nie ma między nimi żadnego przepływu informacji. Żadnego.
Aczkolwiek...
Współczesnej nauce dobrze jest znane zjawisko splątania kwantowego. Dwie cząstki splątane kwantowo mogą znajdować się w dowolnie wielkiej odległości od siebie, a mimo to zmiana stanu jednej z nich powoduje natychmiastową zmianę stanu tej drugiej. Przy odpowiednio zaawansowanej technologii, można by w ten sposób przekazywać informację na dowolne odległości, w praktycznie zerowym czasie.
A co, jeżeli jedną z takich splątanych cząstek umieścimy w pojeździe Antka, a drugą niech ma Barnaba? Ponieważ cząstka może być kwantowo splątana z dokładnie jedną inną cząstką, cząstka Antka jest splątana albo z cząstką B1, która ma ten Barnaba, który przeżył (i przekroczył HZ i dalej spada), albo z cząstką B2, u Barnaby, który do HZ nigdy nie dotarł. Albo-albo.
Odczekawszy chwilę, niech Antek zdekoduje kwantowo splątanie swojej cząstki z cząstką Barnaby, i dowie się, czy jego cząstka jest splątana z B1 czy z B2. I dostanie odpowiedź - jednoznaczną - która z rzeczywistości jest prawdziwa, a która nie. Oczywiście jeżeli okaże się, że prawdziwa jest ta rzeczywistość, w której Barnaba przekroczył HZ i dalej spada, wówczas okaże się, że zostały złamane prawa fizyki na zewnątrz czarnej dziury. Ale to już jakby inna historia.
Pozostaje zatem ostatnie pytanie: czy takie zdekodowania splątania kwantowego jest w ogóle możliwe?
Zgodnie z obecnym stanem wiedzy (czysto teoretycznej...) - tak, jest to możliwe. Niestety, potrwałoby dłużej, niż czas, jakiego potrzebowałaby czarna dziura, żeby wyparować (one podobno "parują" kwantowo, właśnie za pomocą promieniowania Hawkinga). Tak więc wygląda na to, że się jednak nie dowiemy.
No chyba, że Antek zdecyduje się sam sprawdzić i poleci w ślady Barnaby 😉
Weny do dzisiejszego wpisu dostarczył mi ten oto artykuł: http://www.bbc.com/earth/story/20150525-a-black-hole-would-clone-you
Jeżeli czytasz po angielsku, polecam lekturę oryginału - tam jest to wszystko opisane o wiele solidniej i konkretniej.
Panie, tachiony są szybsze od tych Twoich fotonów.
Są szybsze, o ile w ogóle są 🙂