Объясните парадокс межсетевого экрана для черных дыр с точки зрения непрофессионала

Слово «брандмауэр» не относится к огню, как здесь, на Земле (кислород не требуется), а скорее к высвобождению большого количества энергии. Смотрите картинку ниже,

Здесь задействованы три физических понятия.

Первый основан на принципе эквивалентности общей теории относительности. Поскольку наблюдатель находится в состоянии свободного падения, когда он пересекает горизонт событий черной дыры, принцип эквивалентности говорит, что нет заметной разницы между свободным падением и движением по инерции, наблюдатель не должен ощущать экстремальных эффектов гравитации. Принцип эквивалентности применим только в небольшой области, также могут возникать приливные эффекты.

Вторая концепция основана на квантовой механике и называется унитарностью , которая предполагает, что информация, попадающая в черную дыру, не теряется безвозвратно.

Наконец, есть предположение, что физика вдали от черной дыры подчиняется тем же законам, что и здесь, на Земле. Законы могут нарушаться вблизи горизонта событий, а если и не там, то в самой сингулярности. Очевидно, что у нас есть проблемы с проверкой этого, но обычно это считается неизбежным следствием, если вы описываете вселенную с помощью ОТО.

Джозеф Полчински выдвинул идею о том, что простейшее решение состоит в том, что принцип эквивалентности нарушается на горизонте событий, что приводит к возникновению брандмауэра.

Если его теория неверна, она может помочь решить проблемы согласования ОТО и КМ в теорию квантовой гравитации, которую еще предстоит однозначно сформулировать и аспекты которой еще предстоит каким-либо образом проверить экспериментально.

Черные дыры вовлечены, потому что они представляют собой встречу ОТО и КМ, поскольку обе теории могут применяться в этих областях.

Большая часть аргумента парадокса брандмауэра основана на понятии моногамной квантовой запутанности: то есть вы можете иметь только один вид запутанности одновременно. Полчински и другие утверждают, что необходимы два разных вида запутанности, чтобы все три постулата, перечисленные выше, были верны. Поскольку правила квантовой механики не позволяют вам иметь обе запутанности, необходимо пожертвовать одним из трех постулатов.

Из Firewall Paradox Scientific American , которую вы должны прочитать, так как это краткое изложение приведенной выше статьи не может содержать всех подробностей.

Запутанность — которую Альберт Эйнштейн высмеивал как «призрачное действие на расстоянии» — хорошо известная особенность квантовой механики. Когда субатомные частицы сталкиваются, они могут становиться невидимо связанными, хотя и могут быть физически разделены. Даже на расстоянии они неразрывно связаны между собой и действуют как единый объект. Таким образом, знание об одном партнере может мгновенно раскрыть знание о другом. Загвоздка в том, что вы можете иметь только одну запутанность за раз.

Брандмауэры и черные дыры из Википедии

Согласно квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени, в одном излучении Хокинга участвуют две взаимно запутанные частицы. Уходящая частица улетает и испускается как квант излучения Хокинга; падающая частица поглощается черной дырой. Предположим, что черная дыра образовалась за конечное время в прошлом и полностью испарится за некоторое конечное время в будущем. Тогда он будет излучать только ограниченное количество информации, закодированной в его излучении Хокинга. Предположим, что к моменту времени T уже было передано более половины информации. По мнению некоторых теоретиков, улетающая частица, испускаемая в момент времени T, должна быть запутана со всем излучением Хокинга, испускаемым ранее черной дырой. Это создает парадокс: принцип, называемый «моногамией запутанности», требует, чтобы, как и любая квантовая система, уходящая частица не может полностью запутаться одновременно с двумя независимыми системами; тем не менее здесь уходящая частица кажется запутанной как с падающей частицей, так и, независимо, с прошлым излучением Хокинга.

Чтобы разрешить этот парадокс, физики могут в конце концов отказаться от одной из трех проверенных временем теорий: принципа эквивалентности Эйнштейна, унитарности или существующей квантовой теории поля.