Σε έναν υπέροχο άνθρωπο που μας έμαθε πως να σκεφτόμαστε ...
τον Stephen Hawking

Τα βιβλία του είναι πηγή έμπνευσης για μένα.
Σε αυτά οφείλω την αγάπη μου για την Αστροφυσική.
Παραθέτω μερικές σκέψεις δικές μου, με αφορμή τα βιβλία αυτά

The information paradox
Ειναι γνωστό οτι ο Stephen Hawking είχε βάλει στοίχημα με τον Kip Thorne σχετικά με την καταστροφή της πληροφορίας όταν ύλη & ενέργεια καταρρέουν σε μία μαύρη τρύπα. Ο Hawking είχε καταλήξει οτι η πληροφορία χάνεται για πάντα, φέρνοντας τα πάνω κάτω στην κβαντική μηχανική, όπου ενας βασικός κανόνας είναι οτι η πληροφορία που συνοδεύει όλα τα σωματίδια του σύμπαντος, διατηρείται για πάντα, δεν καταστρέφεται. Θεωρητικά γνωρίζοντας τις ακριβείς τιμές των σωματιδίων σε μία δεδομένη στιγμή του χρόνου θα μπορούσε κάποιος να ανατρέξει πίσω στον χρόνο και να αναπαράγει όλα τα γεγονότα (events) και τις προηγούμες καταστάσεις της ύλης και της ενέργειας. Ο Kip Thorn επέμενε οτι αυτό είναι λάθος, η πληροφορία πρέπει να διατηρείται.
Επειτα από πολλές "αντιπαραθέσεις" οι δύο επιστήμονες έβαλαν στοίχημα. Πέρασαν 30 χρόνια προβληματισμού. Ο Hawking έχασε το στοίχημα όταν ο Leonard Susskind ανέδειξε με επιτυχία την αρχή του ολογραφήματος ( Holographic Principle ), όπου εξελισσοντας προτάσεις προηγούμενων επιστημόνων έδειξε οτι η πληροφορία υλης & ενέργειας που καταρέουν στην μαύρη τρύπα αποθηκεύεται σαν bits (0 η 1) στον ορίζοντα της μαύρης τρύπας. Εδειξε ότι η επιφάνεια του ορίζοντα έχει πεπερασμένη χωρητικότητα για πληροφορία, με την ίδια έννοια που μία βιβλιοθήκη αποθηκεύει τα βιβλιά σε ράφια. Βλέπουμε τις ράχες των βιβλίων και αν έχουμε την "κατάλληλη τεχνολογία", μπορούμε να τραβήξουμε ένα βιβλίο και να επαναφέρουμε την πληροφορία που έχει. Μετά από ένα όριο η "βιβλιοθήκη" πρέπει να μεγαλώσει για να χωρέσει νέα πληροφορία και πράγματι με την προσθήκη νέας ύλης & ενέργειας ο ορίζοντας μεγαλώνει για να την χωρέσει. Το όριο χωρητικότητας είναι ένα μήκος Plank για κάθε bit πληροφορίας  (ένα τετράεδρο με πλευρές μήκους Plank είναι τόσο μικρό όσο ένα άτομο σε σχέση με το ανθρώπινο σώμα) από το μέγεθος του ανθρώπου μέχρι το άτομο "κατεβαίνουμε" σε κλίμακα 10^-36 ( σε μείον 36 δύναμη του 10 !! ). Το μήκος Plank απέχει απο το μέγεθος ατόμου σχεδόν άλλο τόσο!!, είνα το ελάχιστο κβαντικό μέγεθος του χώρου (σε μικρότερο μήκος δεν υφίσταται χώρος & χρόνος)

H δική μου αναζήτηση:
The information from nowhere paradox (or virtual information :) )
Tο παράδοξο της πληροφορίας από το πουθενά :) 

Σύμφωνα με τον Hawking οι μαύρες τρύπες δεν είναι αιώνιες. Ο χώρος 3 διαστάσεων δεν είναι κενός με την μαθηματική έννοια (void). Είναι πεδίο που υφίσταται παραμορφώσεις (γενική θεωρία της σχετικότητας) και διακυμάνσεις  (fluctuations). Οι διακυμάνσεις είναι κάτι που αναφέρονται παντού (θεωρία χορδών, θεωρία παράλληλων συμπάντων, Inflation theory κλπ). Στατιστικά μέσα στο αχανές κάποιες διακυμάνσεις είναι μεγαλύτερες από ένα όριο και παράγουν ένα ζεύγος σωματιδίων - virtual particles (particle & antiparticle), με απειροελάχιστο χρόνο ζωής εφ' όσον  επιστρέφουν γρήγορα στο πλέγμα του χωροχρόνου (παρομοίωση: ένα κύμα στην θάλασσα μετά από ένα μέγεθος παράγει αφρό και τα σταγονίδια αναδύονται στον αέρα αλλά σύντομα επιστρέφουν στο νερό).
Οταν τα virtual particles δημιουργούνται στο όριο του ορίζοντα της μαύρης τρύπας, στατιστικά κάποιο ζεύγος διασπάται και το αντι-σωματίδιο "βυθίζεται" στην μαύρη τρύπα, ενώ το σωματίδιο διαφεύγει για πάντα στον χωροχρόνο (το γιατί καταρέουν μόνο τα αντι-σωματίδια είναι πέρα από το άρθρο αυτό, χρειάζεται λεπτομερής αναφορά στην θεωρία του Hawking). Η μαύρη τρύπα μόνο μαύρη δεν είναι τελικά, τα σωματίδια αυτά εμφανίζονται σαν ακτινοβολία που εκπέμπει η μαύρη τρύπα στο διάστημα (Hawking radiation) και επομένως χάνει ενέργεια & ύλη με την πάροδο του χρόνου (ενέργεια E=mc^2). Μετά από ένα χρονικό διάστημα μερικών τρις - εκατομυρίων γήινων ετών ( !! ) η μαύρη τρύπα αποκτά οριακό μέγεθος όπου το φώς μπορεί πλέον να διαφύγει. Το μεγαλύτερο μυστήριο της αστροφυσικής διασπάται τότε με μία θεαματική supernova, όπως θεαματικά δημιουργήθηκε.

Ομως ...
Η διάσπαση του ζεύγους είναι πληροφορία (ή όχι; ). Πληροφορία είναι και η πτώση του αντι-σωματιδίου στην μαύρη τρύπα, όπως συμβαίνει και με όλα τα άλλα σωματίδια που καταρρέουν εκεί. Με την έννοια αυτή σταδιακά και μόνο από αυτό το γεγονός των virtual particles, ο ορίζοντας θα πρέπει να αυξάνεται για να χωρέσει την πληροφορία αυτή. Αύξηση του ορίζοντα σημαίνει μεγάλωμα της μαύρης τρύπας και όχι συρρίκνωση όπως προηγούμενα είχαμε δεχτεί. Προσωπικά αυτό το θεωρώ ένα νέο παράδοξο. Δεν βρήκα πουθενά βιβλιογραφία που να απαντάει σε αυτό το θέμα (μπορεί όμως να μην έχω ψάξει αρκετά).

Επομένως:

• Είτε η θεωρία της ολογραφίας, Holographic Principle, δεν είναι σωστή.
  
  
• Είτε η θεωρία Hawking radiation έχει αντιφάσεις.
  
  
• Είτε δεν δημιουργείται καθόλου πληροφορία, οπότε αντίο στην αρχή διατήρησης της πληροφορίας, και άρα ο Hawking
   είχε δίκιο αρχικά.
  
  
• Είτε ο χωροχρόνος αλλάζει, εφ' όσον τα σωματίδια μετά την διάσπαση του ζεύγους αποκτούν πραγματική οντότητα (δηλαδή τα σωματίδια έχουν διαφύγει από το πλέγμα του χωροχρόνου και αποκτούν παραμέτρους των τεσσάρων διαστάσεων ενώ παράλληλα η ενέργεια κενού ελλατώνεται). Ο  χωροχρόνος τότε αλλοιώνεται σταδιακά (βλ. kasimir effect ) και επομένως αυτή είναι η νέα πληροφορία. Με μαθηματική βεβαιότητα, κάποτε δεν θα είναι όπως τον ξέρουμε και πιθανόν αυτό να οδηγεί στη συρρίκνωσή του. Προς το παρόν το σύμπαν επιταχύνει την διαστολή του  και όλα δείχνουν οτι σε αυτή την διαστολή ο χωροχρόνος αυξάνεται (βλ. Supernova Cosmology Project & High-Z Supernova Search Team  ).
  
  
• Είτε όλα αυτά έχουν έρθει ή θα έρθουν σε κατάσταση άπειρης εντροπίας, που σημαίνει και το τέλος του σύμπαντος όπως το εννούμε, όπου καμμία καινούργια πληροφορία δεν παράγεται.  Ισως η εντροπία είναι ο κυρίαρχος του παιχνιδιού και κάπου, αραιά και πού, θα συμβαίνει μία "εξαιρετική ζαριά", σαν τις συγκρουόμενες μπάλες του μπιλιάρδου που μέσα από χαοτικές κινήσεις καταλήγουν όλες στο τρίγωνο της αρχής. Τότε ένα ασήμαντο γεγονός συμβαίνει, η δημιουργία ενός σύμπαντος σαν το δικό μας με διάρκεια ζωής όσο μία σαπουνόφουσκα.
  Για το θέμα αυτό ειχε ασχοληθεί με εξαιρετική σαφήνεια ο φυσικός και φιλόσοφος Ludwig Boltzmann , ένας μέγας διανοητής για μένα, όπου κατέληξε σε ένα "υπέροχο" παράδοξο, το the Boltzmann brain, καταλήγοντας οτι είναι απείρως πιθανότερο να υπάρχει ένας μόνο εγκέφαλος που να έχει συνείδηση και να προκαλεί τέτοια ερωτήματα σαν τα δικά μας, παρά μερικά δισεκατομμύρια που ήμαστε εμείς.
  
  
• Είτε η μόνη αποδεκτή πληροφορία που δημιουργείται οφείλεται στο σωματίδιο, που έχει "δραπετεύσει" στον χωροχρόνο, δηλώνοντας σαν bit υπολογιστή, "ΝΑΙ, τα έβαλα με μιά μαύρη τρύπα και γλύτωσα", ή αν δε προέρχεται από ζεύγος virtual particles να δηλώνει "ΟΧΙ δεν έχω σχέση με την ... πως την είπατε??".
  Αλλά ακόμα και σε αυτή την περίπτωση όταν η μαύρη τρύπα διαλυθεί, η πληροφορία του σωματιδίου θα πρέπει να αλλάξει σε "ΝΑΙ ήταν μιά φορά και ένα καιρό μιά μαύρη τρύπα" (μην ξεχνάμε οτι είναι ο μονος φορέας αυτής της πληροφορίας σε όλο το σύμπαν).
  Το τελευταίο έχει να κάνει με το γεγονός οτι  τα σωματίδια  στο ζεύγος είναι συνδεμένα στο διηνεκές (quantum entanglement).  Κατά την σύνδεση αυτή οποιαδήποτε αλλαγή στην κβαντική κατάσταση του ενός εκ των δύο σημαίνει αλλαγή κβαντικής κατάστασης και στο άλλο και μάλιστα ακαριαία, ξεπερνώντας την ταχύτητα του φωτός - το φαινόμενο έχει παρατηρηθεί και έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά). Αυτό βέβαια είναι κάτι που  προκαλεί πονοκέφαλο στους αστροφυσικούς και στους επιστήμονες της κβαντικής μηχανικής, δηλαδή κατά πόσο η σύζευξη αυτή διατηρείται όταν το ένα σωματίδιο είναι μέσα στην μαύρη τρύπα και το άλλο εκτός. Προκαλούνται παράδοξα που έχουν να κάνουν με τον διαμοιρασμό του χωροχρόνου.

Προσωπικά σαν εκ φύσεως απαισιόδοξο άτομο καταλήγω στην θεωρία της καθολικής και άπειρης εντροπίας.

Θα μπορούσα να αναφερθώ και σε άλλες υποθέσεις, όμως είναι καλύτερα να το αφήσω έτσι, σαν απορίες ενός ερασιτέχνη που αγαπάει την φυσική και την αστροφυσική, με την πιθανότητα όλα αυτά να οφείλονται σε μία άγνοια παραμέτρων στις προαναφερόμενες θωρίες. Επειδή όμως το θέμα είναι περισσότερο φιλοσοφικό και σίγουρα θέτει ερωτήματα που  άπτονται της σαφήνειας της επιστημονικής ορολογίας, θα ήθελα ένα μέλλον με περισσότερο βάθος στις φιλοσοφικές τοποθετήσεις των αστροφυσικών. Μέχρι τώρα οι τοποθετήσεις τους για το κενό, την "μη ύπαρξη", την απουσία χωροχρόνου και άλλα παρόμοια, δεν είναι σημαντικά μπροστά απο αυτά που έχει περιγράψει  ο Βουδισμός.

όταν το  τίποτα  ούτε καταρρίπτεται αλλά ούτε  καταλήγει σε θεωρία που να υποδεικνύει τον τρόπο επαλήθευσης, καταντάει πίστη. 
Προς άπαντες τους ρεμβάζοντες...

noisyjohn 

Θέλω να ξέρω οτι το Φεγγάρι υπάρχει είτε το παρατηρώ είτε όχι (Albert Einstein,  με αφορμή την θεωρία  του Niels Bohr για τις κβαντικές καταστάσεις - είναι  γνωστή η αντιδικία τους)