Mikään ei pakene mustaa aukkoa… vai eikö niin? 1970-luvulla fyysikko Stephen Hawking kuvasi hienovaraisen prosessin, jonka avulla mustat aukot voivat "haihtua", jolloin jotkut hiukkaset välttelevät gravitaatiota. Tämä ilmiö, jota nyt kutsutaan Hawkingin säteilyksi, näyttää olevan ristiriidassa yleisen suhteellisuusteorian kanssa, ja se herättää vielä oudomman kysymyksen: Jos hiukkaset voivat paeta, säilyttävätkö ne mitään tietoa hävinneestä aineesta?

Leonard Susskind, Stanfordin yliopiston fyysikko, huomasi olevansa ristiriidassa Hawkingin kanssa vastauksesta. Tässä jaksossa apujuontaja Jana Levin puhuu Susskindin kanssa syntyneestä "mustan aukon sodasta" ja yhdestä tunnetuimmista fysiikan paradokseista saaduista tehokkaista tieteellisistä opetuksista.

Kuuntele Apple Podcastit, Spotify,  Kääntää tai suosikki podcasting-sovelluksesi, tai voit suoratoista se osoitteesta Quanta.

Jäljennös

[Teematoistot]

JANNA LEVIN: Mustat aukot, jotka on historiallisesti kuvattu väistämättömiksi tyhjiöiksi, ovat terrorisoineet suosittua mielikuvitusta. Kaikki ja kaikki, mikä putoaa mustaan ​​aukkoon, menetetään ikuisesti. Tai niin tarina menee Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan. Tämä mustien aukkojen määrittävä luonne tuli tarkastelun kohteeksi 1970-luvulla nuoren ja loistavan mutta sairaan brittiläisen fyysikon asettaman yllättävän haasteen johdosta. Stephen Hawking.

Hawking tajusi, että merkittävän ja hienovaraisen kvanttiprosessin kautta mustat aukot voivat haihtua ja lopulta räjähtää kokonaan säteilypurkauksen seurauksena. Edes tässä räjähdyksessä mikään ei pääse pakoon. Musta aukko näytti ottavan unohduksiin kaiken, mitä se oli kuluttanut mukanaan, mukaan lukien kaikki kvanttitiedot. Mutta mihin se kaikki meni?

Olen Janna Levin ja tämä on "The Joy of Why", podcast Quanta-lehti missä isäntätoverini, Steve Strogatz, ja tutkin vuorotellen joitain tämän hetken suurimmista matematiikan ja luonnontieteiden vastattamattomista kysymyksistä.

[Teema päättyy]

LEVIN: Harvat ymmärsivät Hawkingin tulosten merkityksen alun perin, mutta yksi tiedemies tunnisti heti kriisin, joka tuli tunnetuksi tiedon menettämisen paradoksina. Hän on täällä kanssamme tänään, kuuluisa fyysikko Leonard Susskind – Lenny kaikille, jotka tuntevat hänet. Tämän päivän jaksossa Lenny johdattaa meidät mustan aukon sodan läpi kysyessämme: Onko olemassa kvanttipakoluukkua mustista aukoista? Ja tiedämmekö koskaan varmasti?

Lenny on professori Stanfordin yliopistossa ja Stanford Institute for Theoretical Physicsin perustajajohtaja. Häntä pidetään laajalti jousiteorian isänä, hän on kirjoittanut useita ilmiömäisiä kirjoja, mukaan lukien Mustan aukon sota: Taisteluni Stephen Hawkingin kanssa tehdäkseni maailman turvalliseksi kvanttimekaniikalle, ja hänet tunnetaan kvanttikenttäteorian, kvanttitilastollisen mekaniikan ja kvanttikosmologian tutkimuksestaan.

Lenny, kiitos liittymisestä "The Joy of Why".

LENNY SUSSKIND: Hei Janna. Pitkästä aikaa.

LEVIN: Pitkästä aikaa, niin ilo saada sinut tänne.

SUSSKIND: Mukava nähdä sinua taas.

LEVIN: Joten aloitetaan tästä alusta.

SUSSKIND: Alku, alku. Okei, alku.

LEVIN: No, alku meille tulee olemaan 20-luku, jolloin mustat aukot alun perin löydettiin. Ja olisin iloinen, jos voisit viedä meidät mustien aukkojen yleisen relativistisen ymmärryksen läpi ilman kvanttimekaniikan komplikaatioita.

SUSSKIND: Hyvä on, musta aukko on niin houkutteleva painovoimaisesti, että se vain vetää kaiken sisäänsä. Alkuperäinen idea mustasta aukosta syntyi [Pierre-Simon, Marquis de] Laplace?

LEVIN: Voi [John] Michell, Mielestäni.

SUSSKIND: Michell ja Laplace.

LEVIN: Okei, ohitamme 20-luvun.

SUSSKIND: 18-luku, XNUMX-luku.

LEVIN: Juurikin niin.

SUSSKIND: Joka tapauksessa näillä muinaisilla, ranskalaisilla ja luultavasti englantilaisilla, oli ajatus, että jos tähti olisi tarpeeksi painava, se olisi niin houkutteleva - ei siinä mielessä, että olen viehättävä tai sinä, vaan siinä mielessä, että painovoiman vetovoima - että se vetäisi kaiken sisään ja edes valo ei päässyt ulos. He itse asiassa tekivät laskelman siitä, kuinka painava sen tulisi olla tietylle koolle. He keksivät sen, mitä nykyään kutsutaan Schwarzschildin säteeksi. Ja he kutsuivat sitä pimeäksi tähdeksi.

LEVIN: Ja niin tämä esittelee tämän ajatuksen tapahtumahorisontista.

SUSSKIND: Heillä ei ollut sitä ideaa. Ajatus lähti Einsteinista ja yleisestä suhteellisuusteoriasta, että jos sinulla olisi niin painava esine, sen ympärillä olisi pinta, jossa kaikki sisällä oleva putoaa singulaarisuuteen. Tämä viimeisen pakopaikan pinta, jossa jos olet sen sisällä, olet tuomittu; jos olet sen ulkopuolella, sinulla on mahdollisuus. Ja sitä kutsutaan mustan aukon horisonttiksi.

LEVIN: Onko horisontissa mitään?

SUSSKIND: Siinä koko kysymys. Joku tarkkailee mustaa aukkoa ulkopuolelta, tekee mittauksia, tekee teleskooppisia havaintoja ja saa myös laskea luotain alas mustaan ​​aukkoon - sanotaan vaikka siimalla; Olin ennen kalastaja. Lasket matosi mustan aukon pinnalle. Mitä tapahtuisi, näkisit mustan aukon pinnan, tapahtumahorisontin on erittäin, erittäin kuuma. Köyhä mato paistettiin hyvin nopeasti. Joten joku ulkopuolinen luulisi, että kyllä, horisontissa on jotain ja mikä tahansa se onkin, on erittäin kuumaa – niin kuumaa, että sanotaanpa näin, ettet halua olla siellä.

LEVIN: Tämä on se, mitä sanoisit Hawkingin tulokseksi, että se olisi kuuma.

SUSSKIND: Kyllä, se on oikein, Hawking ja jossain määrin Hawkingin edeltäjä [Jacob] Bekenstein. Hawkingin tulokset olivat selkeämpiä, ne olivat tarkempia. Ja Hawking olisi ollut täysin samaa mieltä kanssani siitä, että tuo mato paistetaan horisontissa kauan ennen kuin pääset singulaarisuuteen. Toisaalta, jos vain katkaisisit siiman narun ja annat madon pudota horisontin läpi, tarinan mukaan horisontti olisi matolle ei-tapahtuma. Mato vain lensi läpi, havainnoimatta mitään erityistä horisontissa. Kyllä, Hawking olisi samaa mieltä.

Ongelma siinä on, että se rikkoo fysiikan periaatetta. Fysiikan periaate on "mikään ei koskaan katoa kokonaan". Sanot, että se on hullua. Jos otan palan hiiltä ja poltan hiilen, kun olet ehkä kirjoittanut viestin hiilelle, olet hukannut viestin. Mutta se ei ole totta. Kaikki mitä kirjoitit tuolle hiilenpalalle, on koodattu savuun ja palamistuotteisiin.

Toisaalta Hawking sanoi: "Odota hetki, se tieto putoaa mustan aukon horisontin läpi. Ja kaikesta, mitä tiedämme yleisestä suhteellisuusteoriasta mustien aukkojen rakenteesta, se ei yksinkertaisesti pääse ulos." Ja niin tulos oli, Hawkingin mukaan, tiedot katoavat pysyvästi mustan aukon horisontissa. Mustasta aukosta tulee tavaraa. Sitä kutsutaan Hawking-säteilyksi. Mutta tuo Hawking-säteily ei voi kuljettaa mitään tietoa, koska se tieto tuli horisontin takaa, eikä mikään pääse ulos.

LEVIN: Joten tällä hetkellä Hawking asettui selkeästi puhtaan yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan puuttumisen puolesta väittäen, ettei mitään voi saada irti? Joten tieto, joka putosi, vaikka musta aukko haihtuisikin, on kuin vetäisit verhoa, mutta tavarat ovat poissa, etkä voi tehdä asialle mitään. Ja hän lankesi puolelle "tieto katosi". Mutta sinä sanoit: "Odota, ei ole mitään keinoa." Miksi sinulle oli niin tärkeää sanoa, että tietoa ei voi hukata? Mitä pahaa siinä on?

SUSSKIND: Tiedon säilyttäminen on joidenkin kauaskantoisimpien fysiikan periaatteiden, erityisesti termodynamiikan periaatteiden perusta. Termodynamiikan toinen pääsääntö, termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö, energian säilyminen, tilastomekaniikan periaatteet, säteilyn ominaisuudet – kaikki tämä on 100 %:sti riippuvainen joukosta periaatteita, jotka sisältävät fysiikan nollaperiaatteen, tuon tiedon on säilynyt. Sitä kutsutaan kvanttimekaniikassa unititeetiksi. Ja siinä sanotaan, että jos alussa on pieniä eroja, ne pienet erot säilyvät myöhemminkin. Hawking sanoi, että se, mikä tulee ulos mustasta aukosta, on täysin riippumatonta siitä, mikä putosi sisään.

Jos noudatat tuota ajattelutapaa ja kysyt, mitä se tarkoittaa, se merkitsee kaaosta. Mikään ei ole enää järkevää. Minusta vain tuntui, että se ei voi olla oikein.

LEVIN: Joten tässä, olet tässä konfliktissa. Mutta et itse asiassa tiedä kuinka ratkaista paradoksi. Ja niin yksi ensimmäisistä ajatuksista, jonka keksit hyvin varhain, oli tämä täydentävyyden käsite, joka on käsite fysiikassa, mutta sinä laajensi sen mustiin aukkoihin. Voitko kertoa meille siitä?

SUSSKIND: Se ei sanonut mitään enemmän tai vähemmän kuin, informaatio tulee ulos erittäin hienovaraisesti koodattuina Hawkingin säteilyyn, aivan liian vaikeaa rekonstruoida. Klassisessa fysiikassa se oli mahdotonta.

Siitä tuli kysymys, mitä kutsutaan monimutkaiseksi. Monimutkaisuus on aito käsite fysiikassa ja matematiikassa, ja se on vain mitta siitä, kuinka vaikeaa tehtävän suorittaminen on. Jos kysyt, kuinka vaikeaa on suorittaa tehtävää rekonstruoida se, mitä mustasta aukosta tulee, huomaat, että se on eksponentiaalisesti monimutkainen. Pienten operaatioiden määrä, jotka sinun täytyisi rekonstruoida mustaan ​​aukkoon pudonnut, oli niin poikkeuksellisen suuri, että Stephen oli käytännössä oikeassa, tiedot katosivat. Mutta kvanttimekaniikassa sen tekeminen tulee vain hyvin, hyvin monimutkaista. Joten täydentävyyden periaate oli oikeastaan ​​vain sanominen Stephenille: "Olet väärässä."

LEVIN: Kuinka kiistanalainen, kuinka kuuma tästä keskustelusta tuli?

SUSSKIND: Henkilökohtaisessa mielessä ei ollenkaan. Stephen ja minä olimme hyviä ystäviä. Pysyimme hyvinä ystävinä koko sodan, tai mitä kutsun mustan aukon sodaksi, ajan. Oli aikoja, jolloin vaimoni ja minä ja kenen kanssa hän oli silloin, söimme yhdessä illallista. Hän haastaisi minut. Ei ole koskaan ollut ajanjaksoa, jolloin se olisi ollut ollenkaan henkilökohtaista. Hän oli 1,000 % varma siitä, mitä sanoi. Tietysti olin myös 1,000 % varma siitä, mitä sanoin.

LEVIN: Jos sinua ei haittaa, että lainaan sinua, uskon, että se oli mukana Mustan aukon sotaSanoit, että Stephen oli myös erittäin ylimielinen mies. Ja sitten sanoit: "Niin minäkin."

SUSSKIND: Kaikilla fyysikoilla, jotka ovat kunnianhimoisia ja todella haluavat päästä johonkin aiheeseen, on varmasti oltava tietty ylimielisyys. Sinun ei tarvitse uskoa vain siihen, että ihmisaivot ovat tarpeeksi älykkäitä purkamaan nämä uskomattoman hienostuneet ideat. Sinun täytyy uskoa, että ihmisaivasi ovat tarpeeksi älykkäitä tehdäkseen sen, pystyäkseen selvittämään kvanttimekaniikan, riittävän älykkäitä voidakseen selvittää, kuinka maailmankaikkeus toimii. Toisaalta sinun on myös oltava hyvin selkeä siitä, mitä et tiedä ja mistä olet hyvin, hyvin kaukana. Joten luulen, että siinä mielessä se vaatii jonkin verran nöyryyttä. Nöyryyttä tietää, mitä et tiedä ja mitä et ehkä koskaan tiedä. Kyllä, Stephen oli ylimielinen. Kyllä, olin ylimielinen.

LEVIN: Joten vielä ei ollut todisteita tai laskelmia, ja silti sinulla oli näitä hyvin alkuperäisiä luovia ideoita, jotka johtivat laskelmiin, kuten holografiaan.

SUSSKIND: Joo. Muuten, siellä oli toinen henkilö, joka oli myös hyvin, hyvin mukana. Se oli Gerard 't Hooft, Nobel-palkinnon voittaja, yksi 20-luvun suurista fyysikoista. Holografinen periaate, se oli asia, jonka minä ja Hooft esitimme. Se tuli Bekensteinin laskelmasta mustan aukon entropiasta. Entropia on piilotettua tietoa, joka on koodattu mikroskooppisiin yksityiskohtiin, joihin sinulla ei ole pääsyä.

Bekensteinin entropia sanoi, että informaation määrä mustassa aukossa on verrannollinen horisontin pinta-alaan. Se oli radikaalia. Normaalisti rakenteeseen koodatun tiedon määrä on verrannollinen rakenteen tilavuuteen. Tämä sai minut ja 't Hooftin ajatukseen, että se mikä putoaa mustaan ​​aukkoon, ei koskaan putoa sisään, vaan se on koodattu horisontin pintaan. eräänlainen hologrammi. Hologrammi on kaksiulotteinen kuva jostakin todella kolmiulotteisesta. Joten ajatuksena oli, että mikä putoaa mustaan ​​aukkoon, se ei koskaan putoa sisään ja se on koodattu pintaan kvanttihologrammin muodossa.

Ajatus holografisesta periaatteesta oli yleisempi. Jokainen avaruuden alue, ei vain mustan aukon horisontti, on koodattu. Tässä huoneessa, minun huoneessani on seinät, se on rajattu, ja holografisen periaatteen väite on, että kaikki sen sisällä tapahtuu - kuten minä esimerkiksi tai kuten kuva takanani - kaikki tämä on koodattu holografiseen kuvaukseen huoneen rajalla, huoneen seinillä.

Se tuntui hullulta monista ihmisistä. Olin varma, että se oli oikein, mutta enimmäkseen yhteisö sanoi: "Ne kaverit ovat menettäneet marmorinsa. He olivat ennen hyviä fyysikoita, mikä tämä holografinen idea on?"

LEVIN: Nyt, kun jotkut ystäväsi sanovat, että olet hullu, häiritseekö se sinua? Painatko vain eteenpäin?

SUSSKIND: Se ei minua henkilökohtaisesti haittaa. Se on turhauttavaa. Miksi he eivät näe sitä, mitä minä näen? Toisaalta se kertoo minulle, että jos se on oikein, sitä kannattaa jatkaa, koska jos kaikki ajattelevat sen olevan väärin ja se osoittautuu oikeaksi, se on iso juttu.

Joten tämä ajatus, se jotenkin horjui jonkin aikaa. Mitään ei tapahtunut ennen nuorta fyysikkoa Juan Maldacena löysi erittäin tarkan version holografisesta periaatteesta. Se liittyi a eräänlainen tila kutsutaan anti-de Sitter -tilaksi. Se on karkeasti sanottuna Einsteinin yhtälöiden ratkaisu. Ja mitä Maldacena havaitsi, on se, että sitä ohjasi täsmälleen tämä holografinen periaate, että huoneen sisällä olevat asiat, joita kutsumme bulkkiksi, kuvattiin tarkasti kvanttikenttäteorialla järjestelmän rajalla. Se oli juuri se holografinen periaate. Joten, se oli todella Maldacenan rakenne ja Maldacenan erittäin tarkka versio holografisesta periaatteesta, jotka johtivat sen hyväksymiseen.

LEVIN: Yrittääkseni sanoa sen yksinkertaisesti, se on eräänlainen universumi laatikossa. Ja saatat puhua laatikossa olevasta maailmankaikkeudesta, jossa on painovoimaa ja mustia aukkoja ja tämä tiedon menetyskriisi, mutta se vastaa täsmälleen koko maailmankaikkeutta, joka on kuvattu vain rajalla, jolla ei ole vain vähemmän ulottuvuuksia, mutta jossa ei ole painovoimaa, ei mustia aukkoja, joten tietoja ei menetetä.

SUSSKIND: Sillä ei teoriassa ole painovoimaa pinnalla.

LEVIN: Pinnalla kyllä. Ei siis tiedon menetystä.

SUSSKIND: Joo. Puhumme massasta ja rajasta. Painovoima on massalla, mutta ei painovoimaa rajalla.

LEVIN: Joten sinun on pääteltävä, että jos rajalla ei ole painovoimaa, ei voi tapahtua tiedon menetystä.

SUSSKIND: Aivan.

LEVIN: Ongelma poistuu. Mutta et vieläkään tiedä, kuinka tarkalleen laskea tuleva tieto. Onko se totta?

SUSSKIND: Joo, se on totta. Mutta se ei ole kauhean yllättävää. Ulkopuolelta katsottuna musta aukko on erittäin kuuma. Se tekee sen, mitä tämä hiilenpala tekisi. Se on erittäin kuuma. Se haihtuu. Eikä ole mitään mahdollisuutta, että voisimme rekonstruoida savua tai palamistuotteita, että voisimme rekonstruoida, mitä pieni kirjoitus oli hiilenpalassa. Tieto lämpenee. Se sekoitetaan. Niin pahasti sekoitettu, että sen rekonstruoiminen on monimutkaista mielikuvituksen ulkopuolella, mutta periaatteessa mahdollista.

LEVIN: Palaamme takaisin.

[Tauko mainoksen lisäämistä varten]

LEVIN: Tervetuloa takaisin "The Joy of Why".

Joten periaatteessa, jos joku putoaa mustaan ​​aukkoon, höyrystyy kokonaan, voit rekonstruoida hänet mustan aukon ulkopuolelle.

SUSSKIND: Hawkingin säteilystä.

LEVIN: Hawkingin säteilystä.

SUSSKIND: Oikein. Mutta voit kysyä, kuinka kauan se kestää? Kuinka monta kvanttioperaatiota se vaatisi? Ja vastaus on eksponentiaalisesti suuri mustan aukon entropiassa. Nyt tavallisen mustan aukon entropia on sinänsä erittäin suuri, en tiedä, 10⁷⁰. Puhumme siis rekonstruointiajoista, jotka ovat 10-10⁷⁰ vuotta. Näin kvanttimekaniikka sanoisi. Oikea lausunto, joka Hawkingin olisi pitänyt tehdä, ei ole se, että se on mahdotonta, vaan se se on poikkeuksellisen monimutkaista kun putoat horisontin läpi.

LEVIN: Jos olen astronautti, joka hyppää sisään ja olet kaukana, näet minut koodattuina, en koskaan pääse mustaan ​​aukkoon. Kaikki kvanttitietoni on tahriintunut tähän hologrammiin. Mikä on minun kokemukseni?

SUSSKIND: Kokemuksesi on vain se, että putoat läpi.

LEVIN: Purjehdin suoraan läpi. Nämä ovat siis kaksi ristiriitaista todellisuutta.

SUSSKIND: Ovatko ne ristiriitaisia? Siinä oli kysymys. Sanoin, että ei, ne eivät todellakaan ole ristiriidassa. Sisällä oleva henkilö, joka putoaa, ei yksinkertaisesti voi välittää sitä ulospäin.

LEVIN: No, sinä tavallaan kiistät Jumalan olemassaolon.

SUSSKIND: Ei.

LEVIN: Sanot, ettei ole kaikkitietävää olentoa. Kukaan ei voi samanaikaisesti tietää, että on olemassa

SUSSKIND: Ei ole kaikkitietävää olentoa, joka näkisi sekä sen, mikä on sisällä että sen ulkopuolella. Fysiikka on toiminnallinen aine, joka liittyy siihen, mitä voidaan nähdä, mitä voidaan mitata. Joten niin kauan kuin uskot, ettei ole olemassa olentoja, jotka näkevät sen, mikä on sisällä ja mikä on ulkopuolella, konfliktia ei ole.

LEVIN: Aivan, ei ole ristiriitaa.

SUSSKIND: Ja siitä lähtien kävi selväksi, että Hawking oli väärässä, että kaikki tieto oli tallennettu järjestelmän rajalle, eikä se koskaan katoaisi.

LEVIN: Hämmästyttävä.

SUSSKIND: Kyllä, se on hämmästyttävää.

LEVIN: Joten hän antautuu, eikö?

SUSSKIND: Hän teki.

LEVIN: Eikö hän antanut kuuluisasti John Preskill amerikkalaisen baseballin tietosanakirja, koska hän myönsi vedon?

SUSSKIND: Ilmeisesti kyllä.

LEVIN: Miksei hän antanut sinulle mitään?

SUSSKIND: Olisin pitänyt tietosanakirjasta.

[LEVIN nauraa]

SUSSKIND: Minä en tiedä. Hän antoi minulle illallisen ja viiniä, mutta olisin mieluummin käyttänyt baseball-tietosanakirjaa.

LEVIN: Luulin, että hän oli brittiläinen antaa amerikkalaisen lahjan.

SUSSKIND: Sinun täytyy ymmärtää, Stephen oli sekä ystävällinen että erittäin nokkela ihminen. Hän oli hauska. Ainoa ongelma hauskanpidossa on, että hän ei voinut ilmaista sitä helposti. Mutta, tiedäthän, silloin tällöin hänen koneestaan ​​tuli sana, ja kaikki repeytyivät. Hän oli uskomattoman nokkela, uskomattoman ystävällinen – ja itsepäinen!

LEVIN: Kuka on tässä vaiheessa epävarma? Missä olemme nyt?

SUSSKIND: En puhu niille ihmisille, joten en tiedä. No, ainakin viime aikoihin asti, vanhempi sukupolvi relativistit, mutta jopa he ovat tavallaan luovuttaneet, luulen. Sanotaanpa se näin, luulen, että arvioit ihmisten ajattelua sen perusteella, mitä he sanovat ajattelevansa, vaan sen perusteella, mitä he tekevät. Kuinka moni todella työskentelee tiedon menettämisen teorian parissa? Kuinka monta nuorta? Nyt on olemassa erittäin loistava nuori teoreetikkojen sukupolvi. Mikään niistä. Ja jos ovat, ne jätetään huomiotta.

LEVIN: Kuvaat, että kaikki tieto, jonka musta aukko voi mahdollisesti sisältää, leviää horisontissa. Se ei vaadi koko äänenvoimakkuutta. Mitä sitten tapahtuisi millä tahansa avaruuden alueella, jos yrittäisit pakata talteen paljon enemmän tietoa?

SUSSKIND: Et voi koskaan pakata enempää kuin mitä pinnalla on. Joten jos luulet, että esimerkiksi huoneesi seinät on laatoitettu pienillä laatoilla, jotka riittävät koodaamaan kaiken huoneen sisustukseen, jos yrität luoda lisää tietoa kyseiseen huoneeseen, arvaa mitä tapahtuisi? Se muodostaisi mustan aukon, joka oli suurempi kuin huone. Joten on mahdotonta laittaa lisää tietoa. Ja niin täytyy olla, että itse huone on kuvailtavissa suhteessa huoneen pinta-alaan, ei tilavuuteen.

LEVIN: Se on hämmästyttävää. Se sanoo, etteivät vain nämä eksoottiset esineet, mustat aukot ole hologrammeja, vaan koko maailma on hologrammi.

SUSSKIND: Tarkalleen. Kuten sanoin, oli enemmän kuin yksi henkilö, joka piti meitä hieman hulluina, mutta se päättyi.

[LEVIN nauraa]

LEVIN: Miksi emme näe mustien aukkojen haihtuvan, jos mustista aukoista tulee niin paljon energiaa?

SUSSKIND: Lähellä tätä horisonttia ainoat hiukkaset, jotka voivat paeta, ovat ne, jotka liikkuvat säteittäisesti ulospäin melkein täsmälleen säteen suunnassa. Joten on kuin musta aukko olisi erittäin kuuma laatikko, mutta jossa on pieni neulareikä, joka päästää säteilyn ulos. Vain tämä pieni, pieni fotonien osajoukko pääsee ulos. Joten jos kysyt, kuinka kauan kestää yhden fotonin päästä ulos mustasta aukosta? Oletetaan, että vastaus aurinkomassan mustalle aukolle on noin 10^-3 sekuntia. Mutta se on yksi fotoni. Kuinka monta fotonia täytyy saada ulos? 10⁷⁰. Joten se on hyvin, hyvin, hyvin hidas prosessi, yksi fotoni kerrallaan.

Kun musta aukko kutistuu, prosessi nopeutuu. Aika, joka kuluu yhdeltä fotonilta päästä ulos, on verrannollinen niin sanottuun kulkuaikaan mustan aukon läpi. Se on aika, jonka valonsäde ylittää mustan aukon horisontin. Kun musta aukko kutistuu, se aika lyhenee ja lyhenee. Mutta vasta aivan viime hetkellä se kiihtyy tarpeeksi luodakseen sen, mitä kutsuit aiemmin räjähdykseksi.

LEVIN: Joten universumin lopussa, kun kaikki mikä voi on pudonnut mustiin aukkoihin, ne kaikki räjähtävät. Ja sitten mitä?

SUSSKIND: No, meidän ei tarvitse odottaa, että mustat aukot haihtuvat. Sikäli kuin voimme sanoa, maailmankaikkeutta kuvaa eksponentiaalisesti laajeneva de Sitter -avaruus. Tämä tarkoittaa vain sitä, että kaikki lentää pois kaikesta muusta. Noin biljoonan vuoden kuluttua ainoa asia, joka on havaittavissamme, on oma galaksimme. Kaikki muut galaksit väistyvät. Miksi meidän omamme ei väisty? No, koska olemme keskellä sitä, eikä ole mitään järkeä sanoa, että se vetäytyy. Mutta kaikki muut vain katoavat kosmisen horisontin läpi. Me kuolemme yksin.

Oletetaan, että kaikki tähtitieteellinen tieto, joka meillä on maailmasta, on kadonnut. Ja nyt odotamme tätä biljoonaa vuotta, uusi kokoelma loistavia tähtitieteilijöitä ja fyysikoita syntyy. He katsovat maailmaa ja sanovat: "Olemme todella yksin." Tyhjyys oman galaksin tuolla puolen. Kuinka he voisivat koskaan rekonstruoida tositarinaa, että kaikki nämä galaksit vain lensivät erilleen, ja ne ovat siellä, mutta meillä ei vain ole pääsyä niihin. Joten jos odotat muutaman biljoonan vuoden, niin tapahtuu. Jos odotat suuruusluokkaa pidempään, kaikki muodostaa mustia aukkoja ja mustat aukot haihtuvat, eikä mitään ole. Vähän pelottavaa.

LEVIN: Joten toinen kysymys, joka minulla on, on, jos voin kuvailla universumin painovoimalla alemman ulottuvuuden universumin rajalla ilman painovoimaa, tarkoittaako se, että gravitaatio ei ole jotenkin todellinen? Eikö painovoima ole perustavanlaatuista?

SUSSKIND: Se on hyvä kysymys. Mutta fyysikot haluavat käyttää sanaa "syntyvä", että painovoima syntyy joistakin säännöistä, joita ei täysin ymmärretä. Kvanttimekaaninen kuvaus on huoneen pinta, jossa ei ole painovoimaa. Kvanttiyhtälöistä paljastuu suurimmaksi osaksi gravitaatio. Tarkoittaako se nyt, että painovoima ei ole todellista? En olisi ilmaissut asiaa noin.

LEVIN: Todellisuus on yliarvioitu.

SUSSKIND: No, tee vain asiasi.

LEVIN: Puhu siitä, miten sinun pitää puhua siitä.

SUSSKIND: Puhu siitä tavalla, jolla sinun on puhuttava siitä, jotta saat siitä tarkan kuvauksen. Kun olin nuori fyysikko, asenne oli "ole hiljaa ja laske".

En koskaan pitänyt siitä. Ajattelin, että sinun pitäisi olla hiljaa ja ymmärtää. Mutta on rajat. Emme voi visualisoida neliulotteista tilaa. En usko, että voimme visualisoida kvanttimekaniikan periaatteita. Tiedämme kuinka käsitellä niitä. Osaamme koodata ne matematiikassa. Mutta emme osaa sulkea silmiämme ja nähdä maailmaa kvantti tavalla.

Joten luulen, että ihmiset yleensä tarkoittavat "todellisella" sitä, minkä voit visualisoida, koska lajisi kehittyi pystymään tunnistamaan tietyt asiat. Onko neli- vai viisiulotteinen pallo todellinen? Ei ole sellaista. Suljen silmäni; kaikki mitä näen on kolmiulotteinen pallo. Voin visualisoida sen; sen täytyy olla todellista. Mutta mielestäni ajatus siitä, mikä on todellista ja mikä ei, fyysikon on luovuttava siitä.

LEVIN: Todellisuus on yliarvostettua.

SUSSKIND: Ei ei ei. Realismi on yliarvostettua.

LEVIN: Luuletko, että avain kvanttigravitaation ymmärtämiseen on täällä mustien aukkojen maastossa?

SUSSKIND: Kyllä, mielestäni se kuuluu horisonttien piiriin. On olemassa muitakin horisontteja kuin mustien aukkojen horisontteja. Jos siellä on musta aukko, sanotaanpa täällä, niin me ympäröimme mustan aukon, kosminen horisontti ympäröi meitä. Joten se on eräänlainen sisältäpäin horisontti, joka ympäröi meitä. Kun asiat liikkuvat ulospäin, pois meistä universumin laajenemisen vuoksi, ne putoavat lopulta tämän kosmisen horisontin läpi tai ne lopulta lähestyvät sitä ja katoavat näkemästämme. Näistä Sitter-horisonteista on siis edelleen arvoituksia, joita emme välttämättä ole vielä lähelläkään ratkaista, mikä on jännittävää. Sanoisin, että pahinta minun kaltaiselleni olisi, jos kaikki ongelmat ratkeaisi.

LEVIN: Kyllä.

SUSSKIND: Mitä sitten teet?

LEVIN: Se olisi erittäin tylsää.

SUSSKIND: Se olisi erittäin tylsää. Ennen tykkäsin kalastaa, ennen perhokalastusta.

LEVIN: Riputamme sen toimistosi ovelle, "mennyt kalaan".

[Teematoistot]

LEVIN: Olemme keskustelleet tunnetun teoreettisen fyysikon Lenny Susskindin kanssa. Lenny, ihanaa, että liityit joukkoomme. Tulen Stanfordiin seuraavan kerran.

SUSSKIND: Oi, erinomaista. Erinomainen. Oikein hyvä.

LEVIN: Hienoa jutella kanssasi. Sellaista iloa.

SUSSKIND: Oli mukava jutella kanssasi, Janna.

LEVIN: On ollut liian kauan.

SUSSKIND: Ollut liian kauan.

[Teematoistot]

LEVIN: "The Joy of Why" on podcastilta Quanta-lehti, toimituksellisesti riippumaton julkaisu, jota tukee Simonsin säätiö. Simons Foundationin rahoituspäätöksillä ei ole vaikutusta aiheiden valintaan, vieraisiin tai muihin toimituksellisiin päätöksiin tässä podcastissa tai Quanta-lehti.

"The Joy of Why" on tuottanut PRX Productions; tuotantotiimi ovat Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler ja Merritt Jacob. PRX Productionsin vastaava tuottaja on Jocelyn Gonzales. Morgan Church ja Edwin Ochoa tarjosivat lisäapua.

alkaen Quanta-lehti, John Rennie ja Thomas Lin tarjosivat toimituksellisia ohjeita Matt Carlstromin, Samuel Velascon, Nona Griffinin, Arleen Santanan ja Madison Goldbergin tukemana.

Teemamusiikkimme on APM Musicilta. Julian Lin keksi podcastin nimen. Jakson kuvataide on Peter Greenwood ja logomme ovat Jaki King ja Kristina Armitage. Erityiset kiitokset Columbia Journalism Schoolille ja Burt Odom-Reedille Cornell Broadcast Studiosissa

Olen isäntäsi, Janna Levin. Jos sinulla on meille kysymyksiä tai kommentteja, lähetä meille sähköpostia osoitteeseen [sähköposti suojattu]. Kiitos kuuntelemisesta.