'Млечный Путь, Xxi век', No 3 (40), 2022 - Леонид Александрович Ашкинази

Важность излучения Хокинга

Черные дыры, строго говоря, не полностью черные. В чистой общей теории относительности, без каких-либо других модификаций или соображений другой физики, они остаются черными навечно. Однажды сформировавшись, черная дыра станет черной навсегда. Но в 1970-х Хокинг использовал язык квантовой механики, чтобы исследовать, что происходит вблизи границы черной дыры, известной как горизонт событий. Он неожиданно обнаружил, что странное взаимодействие между квантовыми полями нашей Вселенной и односторонним барьером горизонта событий открывает путь для выхода энергии из черной дыры. Эта энергия принимает форму медленного, но постоянного потока излучения и частиц, которые стали известны как излучение Хокинга. С каждой частицей энергии, которая ускользает, черная дыра теряет массу и, таким образом, сжимается, в конечном итоге полностью исчезая.

Появление излучения Хокинга создало так называемый информационный парадокс черной дыры. Вся информация, описывающая вещество, падающее в черную дыру, пересекает горизонт событий и никогда больше не появляется.

Но само излучение Хокинга не несет никакой информации, и, тем не менее, черная дыра в конце концов исчезает. Так куда девается вся попавшая в черную дыру информация?

Выйти за пределы Эйнштейна

Информационный парадокс черной дыры - это гигантский мигающий неоновый знак для физиков о том, что мы чего-то не понимаем. Возможно, мы не понимаем природу квантовой информации, природу гравитации или природу горизонтов событий - или все вместе. "Самый простой" подход к решению информационного парадокса черной дыры - разработать новую теорию гравитации, выходящую за рамки общей теории относительности Эйнштейна.

В конце концов, мы уже знаем, что общая теория относительности не работает в центрах черных дыр, которые представляют собой крошечные проколы в пространстве-времени, известные как сингулярности, где плотность стремится к бесконечности. Единственный способ правильно описать сингулярность - использовать квантовую теорию гравитации, которая правильно предсказывает, как сильная гравитация ведет себя в чрезвычайно малых масштабах. К сожалению, в настоящее время у нас такой теории нет.

Было бы неплохо смотреть на сингулярности напрямую, но, насколько мы понимаем, согласно общей теории относительности, все сингулярности заперты за горизонтом событий, что делает их недоступными для нас. Но, изучая процесс излучения Хокинга, мы, возможно, сможем найти кратчайший путь к тому, чтобы приблизиться к сингулярности и понять сумасшедшую физику, которая там происходит.

По мере того, как черные дыры испаряются, они становятся все меньше, а их горизонты событий неудобно приближаются к центральным сингулярностям. В последние моменты жизни черных дыр гравитация становится слишком сильной, а черные дыры становятся слишком маленькими, чтобы мы могли правильно описать их с помощью наших нынешних знаний. Итак, если мы сможем разработать лучшую теорию гравитации, то сможем использовать последние моменты излучения Хокинга, чтобы проверить, как ведет себя теория.

Есть много кандидатов на квантовую теорию гравитации, из которых наиболее развита теория струн. Несмотря на то, что нет однозначных решений теории струн, можно взять то, что мы знаем об общих чертах теории, и использовать для создания модифицированных версий общей теории относительности.

Голые сингулярности

Эти модифицированные теории не являются "полной" правильной заменой общей теории относительности, но они позволяют нам исследовать, как может вести себя гравитация по мере того, как она все ближе и ближе приближается к квантовому пределу. Недавно группа теоретиков использовала одну из таких теорий, известную как гравитация Эйнштейна-Дилатона-Гаусса-Бонне, для исследования конечных состояний испаряющихся черных дыр. Они подробно описали свою работу в документе, размещенном в базе данных препринтов arXiv.

Детали результатов команды немного размыты. Это связано с тем, что модифицированная общая теория относительности не так хорошо понята, как обычная общая теория относительности, и сложная математика требует множества приближений и множества догадок. Тем не менее исследователи смогли нарисовать общую картину происходящего.

***

Аллен Деллер

Может ли мозг жить вечно?

В исследовании, опубликованном в журнале eNeuro, исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе описали, как они удалили воспоминания одной морской улитки и ввели их другой морской улитке в виде РНК. Nectome, стартап из Силиконовой долины, полагает, что однажды они разработают технологию, необходимую для полного копирования физической структуры человеческого мозга, и смогут воссоздать его вместе с сознанием человека, которому мозг принадлежал.

А еще есть Neuralink, одно из предприятий Илона Маска. Конечной целью Neuralink не является "копирование" или "воспроизведение" человеческого разума. Они хотят сосредоточиться на истинных интерфейсах между биологическим человеческим мозгом и машинами, которые улучшат нас. Несмотря на то, как много мы знаем об анатомии мозга и о том, как он взаимодействует с нашими телами и управляет ими, на самом деле мы очень мало знаем, что на самом деле составляет наше "я". Сознание, его природа и происхождение - открытый вопрос, имеющий одинаковое значение как в точных науках, так и в философии.

Мы даже толком не понимаем, что составляет основные строительные блоки самости. Теоретическая идея инграммы как биохимического или биофизического процесса, посредством которого кодируется память, восходит к немецкому биологу-эволюционисту и исследователю памяти Ричарду Семону, работавшему на рубеже ХХ века. Спустя более ста лет мы до сих пор не знаем, что такое инграмма.

Что значит быть сознательным?

Сознание само по себе является огромной тайной. В статье 2005 года группа ученых утверждала, что у нас должно быть согласованное определение того, что такое сознание. Они придумали 17 свойств, которые, по их мнению, означают сознание:

1: Мозговая активность, измеренная ЭЭГ у человека в сознании, нерегулярна: от 20 до 70 электрических колебаний в секунду.

2: Необходима петля связи между таламусом и неокортексом головного мозга. Если таламус достаточно поврежден, человек теряет сознание.

3. Нейронная активность, связанная со сложными задачами, затрагивает широко распространенные участки мозга.

4: Сознание, по-видимому, требует разнообразного сенсорного ввода для своего развития.

5: Информация должна быть довольно новой и сложной, иначе она быстро исчезнет из сознания.

6: Сознание сосредоточено на настоящей и активной, продолжающейся сенсорной стимуляции.

7: Сознание внутренне непротиворечиво.

8: Сознание ограничено в своих возможностях, точно так же, как внимание или память человека.

9: Действие и восприятие объединены и согласованы в сознательном человеке.

10: Самосознание, по крайней мере состоящее из своего места в мире среди всего остального и своей индивидуальности.

11: Сознательный человек должен быть в состоянии указать субъективный опыт.

12: Сознание - это частный опыт, ограниченный одним человеком.

13: Сознание имеет структуру центрального фокуса, окруженного периферийным ощущением смутной неопределенности.

14: Сознание, кажется, улучшает обучение.

15: Однажды возникнув, сознание может продолжать существовать независимо от сенсорного ввода.

16: Сознательный человек способен взаимодействовать с другими