Информация в черной дыре

Информация (И) понятие настолько объемное и обширное, поэтому дать конкретное определение является очень сложной задачей. У каждого человека свое определение И., так как каждый индивидуум исходя из своего интеллектуального уровня по разному ее понимает. Несмотря на то, что термином И. мы стали пользоваться не так давно, она стала самым широко употребляемом словом для всех нас. Поэтому кроме физиологических потребностей, И. стала первой необходимостью для человека. Слово «информация» происходит от лат. Informatio, что в переводе обозначает сведение, разъяснение, ознакомление. Появление речевой И. у древних людей означало великий качественный этап развития мозга. Люди осваивая новые орудия труда усовершенствовали информационную насыщенность мозга называемой опытом. Само понятие И. рассматривалось еще античными философами. Впервые слово «информация» использовал Ральф Хартли в 1928 году в статье «Передача информации». Классическая информатика возникла около 50 лет назад из работ одного гениального человека — Клода Э. Шеннона, который создал теорию И., как измеримая величина, где ее количество есть функция вероятности. Он назвал общий потенциал И. в системе сообщений как ее «энтропию». В дальнейшем данная тема получила самое бурное и надо сказать весьма полезное развитие для развития и науки, и производства. Например, акад. В. А. Котельников, А. Н. Колмогоров внесли огромный вклад в теорию И. С тех пор появились много полезных статей и рекомендаций по И., но как замечает автор Леввер, «можно констатировать, что общая теория И. так и не возникла». Видимо, как эта теория, так и теория всего ждут своего времени. Итак, что такое И., где она содержится и как функционирует? – еще до конца не раскрыта. Таким образом, теории И. в основе своей является теорией математической. Имеет ли она физическую составляющую? Обратимся к мнениям ученых по данному вопросу. Для этих исследователей общим был подход, связанный с отвлечением от смысла содержания И., так как чистая математика оперирует с количественными соотношениями, не вдаваясь в физическую природу тех объектов, за которыми стоят соотношения [1]. Для того, чтобы математические расчеты, проведенные исследователем, имели смысл необходимо принять определенный принцип, сформулированный им. Он гласит, что «И. является физической, И. регистрируется физическими системами, и все физические системы могут регистрировать И.» [2]. В этом смысле И. неотделима от материи, являясь совокупностью ее свойств. Впрочем, почему она не может быть закодирована в самих элементарных частицах, в их импульсах, координатах и связях? [3]. А также, о том, что И. есть физическая величина и хранятся в той же системе писали Рольф Ландауер и Сет Ллойд. В то же время в литературе с огорчением констатируют, что в самой теории И. понятие И. так и отсутствует. Универсальным примером в живой природе является ДНК и нервная система человека и у других живых существ. Оказалось, что самым усовершенствованным биологическим анализатором И. является нервная система. Причем этой способностью обладает не только мозг человеческий, но в том числе и у насекомых, то есть нервная клетка, которая способна на восприятие, сохранение, анализ и синтез полученного импульса, следовательно, И. Однако вопрос где она заложена, как функционирует и как сохраняется? – стала очень актуальной.

Логика может привести Вас от пункта А к пункту Б, а воображение — куда угодно.
Альберт Эйнштейн

Особую остроту она приобрела в связи с попаданием И. в черную дыру (ЧД) и отсюда возник парадокс Хокинга, отсутствие или наличие волос у черных дыр. Тут мнения ученых разошлись, одни считают, что И. в ЧД исчезают навсегда, другие утверждают, что И. не может исчезнуть. Потому что, по мнению ученых И. и не создается, и не уничтожается. Сам С. Хокинг пишет «Так что единственном ответом будет, по-видимому, утверждение, что И., содержащаяся в части волновой функции ЧД, пропадет. Это означает, что любая И. о материале, который попал в ЧД, навсегда исчезла [4]. При этом предлагаются различные методы сохранения И. По мнению физика, которое он высказал на конференции в Стокгольме, в действительности ЧД не проглатывают и не уничтожают И. Стивен Хокинг предположил, что И. вообще не попадает в ЧД. Вместо этого И. постоянно записывается в виде двумерной голограммы на горизонте событий ЧД, точке невозврата [4]. Другие ученые считают, что «И. о свойствах частиц не исчезла – она навсегда закодировалась в ткань пространства-времени». Некоторые ученые полагают, что если все во Вселенной – это данные данными, то сама Вселенная, по сути, — гигантский компьютер с определенной программой. Мелвин М. Вопсон, исследователь из Портсмутского университета предположил, что И. – это так называемое пятое состояние материи и, возможно, даже та самая таинственная темная материя. Он же предположил, что И. имеет массу. Это значит, что все элементарные частицы, мельчайшие известные строительные блоки Вселенной, хранят И. о себе подобно тому, как у людей сеть ДНК. Как видно, предположений с разными вариантами хранения И. множество. Видимо это зависит от того, что мы пока не знаем конкретно о способах хранения И. в природе. Квантовая теория И. рассматривает общие закономерности передачи, хранения преобразования И. в системах, изменяющихся по законам квантовой механики. В данном аспекте представляет интерес, что ученые из Кремниевой долины изобрели матрицу, которая преобразует свет в И. и поможет за короткий срок создать базу данных о расположении и движении сотен миллиардов небесных тел. В настоящее время учеными проводятся исследования о возможности использования квантовой запутанности для сверхсветовой передачи И. Кальметт и его сотрудники считают, что ЧД более сложна. Они предполагают, что, когда материя коллапсирует в ЧД, она оставляет слабый отпечаток в ее гравитационном поле. Это отпечаток называется «квантовым волосом». Решение проблемы предложили профессор Университета Сассекса (Великобритания) Ксавье Кальмет и его коллега из Мичиганского государственного университета Стивен Хоу. Оно заключается в том, что И. в составе ЧД хранит ее гравитация. Ученые полагают, что в гравитационном поле вокруг нее должны быть некие колебания и в них на квантовом уровне закодированы все ее тайны. Вот с последним утверждением мы согласны с некоторыми уточнениями.

Согласно нашей «энерго — гравитационной» концепции отношение к И. носит другой концептуальный характер. Для этого определимся информационностью космологических объектов и физических факторов, где главными критериями которых являются информационная доступность. Как мы писали в предыдущей статьи, универсальным свойством барионной материи является ее информационная доступность. Следовательно, вся барионная материя является носителем И., где наиболее первичным и универсальным носителем и хранителем ее являются фотоны. Таким образом И. физична. Парадокс Хокинга об И. в ЧД возник из-за того, что он не мог определить где находится И. в физических объектах. Однако, вопрос о том, что происходит с И. в черных дырах остается открытым.

Схема изображения черной дыры.

1.1 горизонт событий,

1.2 зона спагетификации,

1.3 зона молекулярного слоя,

1.4 зона слоя атомов,

1.5 зона адронного слоя, протонов и нейтронов,

1.6 зона субатомных частиц,

1.7 зона фотонов,

1.8 энергетическое ядро.

Прежде чем ответит на этот вопрос, нам надо определиться, что может происходить с барионной материей в ЧД. Сжимаются ли они до бесконечных размеров, или они разрушаются, или они сохраняют какие-то другие свои свойства. В общей теории относительности ЧД – это просто скопление материи, сжатой в бесконечно крошечную точку, а горизонт событий «поверхность» ЧД, с которой невозможно сбежать, является естественным следствием этого плотного скопления материи (цит. пер. Paul M. Sutter). Ответ на этот вопрос мы снова построим исходя из нашей «энерго – гравитационной» концепции. Как считают астрофизики, любой объект попавший под горизонт событий, подвергается так называемой спагетификации, то есть начинает разрушаться под действием силы притяжения по кругу под определенным углом, точнее по спирали, до самого центра. Как мы полагаем, ЧД представляет собой многослойную сферу, где каждый слой выполняет свою функцию. Она заключается в последовательной деструкции всей попавшей туда материи от периферии к центру, выполняя, образно говоря, роль мельницы. В первых слоях ЧД материя разрушается до молекул, в следующем до атомов, итак последовательно до субатомных частиц, то есть протонов и нейтронов, затем до кварков и электронов, в конечной стадии до фотонных частиц и фотонов. Последней частицей являются фотоны, которые также распадаются на свои составные части – кванты импульсной (лучистой) энергии и кванты гравитационного поля. Кванты лучистой (импульсной) энергии формируют в центре черной дыры энергетическое ядро, которое имеет разное название сингулярное или гравитационное ядро. Данная ситуация с фотоном говорит нам о том, что такой неделимой частицы, которую так долго искали древние философы не существует. Потому что, вся материя состоит из двух видов энергий, и они в конечном счете снова распадаются на свои составные части. Но главный вопрос, куда же девается И., которая находилась до сих пор в фотонах? Как мы полагаем, основным носителем И. в фотоне является его волновая часть, то есть кванты гравитации. При расщеплении фотона в черных дырах И. остается в квантах гравитации, но уже в виде следа, то есть в пассивной форме. Еще один актуальный вопрос, сильно взволновавший Хокинга и других астрофизиков, это — об исчезновении И. при полном испарении ЧД. Даже при полном ее испарении, с выходом квантов в просторы пространства с И. ничего не произойдет, потому что кванты гравитации будут сохранять у себя следы этих И. Следовательно, даже в этом случае, можно сказать, сохраняется унитарность эволюции, которая описывается в математическом выражении. Надо сказать, видимо, наиболее устойчивой частицей, не подвергающейся к расщеплению в ЧД, является частицы нейтрино. Это под силу, возможно только сверхмассивным черным дырам. Поэтому обнаружение нейтрино в джетах ЧД является вполне реальным. Как видим, внутри ЧД вся материя подвергается полной деструкции, в том числе и частиц имеющие заряд. Кванты лучистой (сингулярной) энергии формируют ядро, а кванты гравитации всю остальную часть ее, тем самым полностью исчезает заряд в самой ЧД. Также считается, что наибольшее значение для астрофизиков имеет решение Керра, так как заряженные ЧД должны быстро терять заряд притягивая и поглощая противоположно заряженные ионы и пыль из космического пространства. Кроме того, надо заметить, что в реалистических ситуациях ЧД не должны быть сколь-либо значительно заряжены (ВикипедиЯ). Таким образом, полная деструкция материи в ЧД, позволяет огромные объекты космоса упаковать их на маленькие составные части внутри этого монстра. Такое же мнение высказали и другие авторы: «Она разваливается и превращается в чистую энергию, которая не имеет объема, но имеет массу, поэтому количество массы внутри ЧД с каждым разом только растет (5). Как известно, температура внутри ЧД ниже чем в космосе – 2,4К. Однако все ученые утверждают, что энтропия в ЧД резко возрастает. В связи с этим хотим высказать свое мнение о том, что с энтропией в ЧД скорее происходит ее инверсия. Под котором мы понимаем резкий рост энтропии в горизонте событий и пропорциональное уменьшение ее внутри ЧД. Тем более известно, что с момента открытия Беккенштейна: почему энтропия пропорциональна площади горизонта, а не внутреннему объему ЧД? Хокинг и Беккенштейн показали, что энтропия ЧД пропорциональна площади ее горизонта, деленной на квадрат гравитационной длины Планка. Таким образом, в ЧД происходит полная деструкция материи, резкое снижение температуры приближаясь к абсолютному нулю и инверсия энтропии. Обычно характеризуя ЧД пишут, что гравитация у нее настолько сильна, что свет не может вырваться оттуда. Небольшое уточнение от нас заключается в том, что фотон имея в своей структуре квант гравитации сам стремится в поле более сильной гравитации, в данном случае в ЧД, а не хочет вырваться оттуда. Таковы функции квантов гравитации в частицах и в космосе.

Таким образом, при образовании кванта фотона информативность является следствием конформации квантов импульсной и гравитационной энергий. При деструкции барионной материи до молекул, атомов, субатомных частиц, а затем до ФЧ и фотонов происходит обратная трансформация, то есть разделение энергии фотонов на его составные части импульсной (лучистой) и гравитационной их виды.

Eϒ → (Ep+ Eg) / с2, где,

Еϒ– энергия кванта фотона, Ер –квант импульсной энергия, Еg- квант — энергии гравитации, с – скорость света.

При деструкции ФЧ также происходит распад этой частицы на составные частицы по той же схеме.

Следовательно, И. не теряется, если даже она не сохраняется в первоначальном виде, она вновь преобразуется в гравитационную энергию, которую можно назвать ретрансляцией И. в квант гравитации. На примере фотона и на квантовом уровне И. может фиксироваться, сохранятся и передаваться на другие приемники. На основе которого, мы попытаемся сформулировать свою, пока первую в физике определение этого понятия. И. представляет собой энерго – волновой процесс, возникающей в результате взаимодействий между материями, сохраняющихся в них путем изменений некоторых параметров в волновой части функции и передающаяся приемнику, то есть материи при их взаимодействии. Конечно следующие авторы на эту тему сформулируют более правильную и красивую формулировку. Мы только будем очень рады этому. Роджер Пенроуз пришел к невероятному умозаключению: внутри черных дыр прошлое уничтожается, но формируется нескончаемое множество вариантов будущего. А что дает Вселенной такой эффект трансформации И.? Это играет огромную, точнее ведущую роль в дальнейшей эволюции Вселенной. Исходя из теории циклической Вселенной, при следующем Большом отскоке доля гравитационной энергии с пассивной И. будет несколько больше по отношению к лучистой (сингулярной). Это приведет к некоторому увеличению соотношения барионной материи по отношению к темной энергии, увеличивая информационную составляющую во Вселенной. Следовательно, эволюции Вселенной при циклическом развитии состоят в постепенном наращивании информационной доли в квантах гравитации по отношению к лучистой (сингулярной) энергии с каждым повторением эонов. Таким образом, гравитация обладает универсальным свойством, кроме способности притяжения является носителем и хранителем И. во всей Вселенной. Это еще раз доказывает фундаментальность гравитации в природе.

Хурамшин Иштимер Шагалиевич

Литература

1. Теория информации и информационных процессов: учебник для вузов./ В. Т. Еременко, В. А. Минаев, А. П. Фисун, И. С. Константинов и др. – Орел: Госуниверситет – УНПК. 2015. – 443с.

2. https://focus.ua/digital/497227- «Вселенная это компьютер»: ученым удалось выяснить, сколько бит информации она хранит.

3. https://zen.yandex/ru/media/popschi/ Феномен информации: можно ли его как-то объяснить?

4. Хокинг С. Мир в ореховой скорлупке / Стивен Хокинг; (пер. с англ. А. Сергеева). – СПб.: Амфора. ТИД Амфора, 2008. – 218с.

Что происходит с материей, когда она попадает в черную дыру? / Bozon HIGGs/ Дзен