Последнее исследование Стивена Хокинга было опубликовано его коллегами в журнале arXiv. Команда завершила исследование за несколько дней до смерти ученого в марте. Это третья работа в серии, посвященной концепции Хокинга, над которой он размышлял десятилетиями: информационный парадокс черной дыры.

Черные дыры являются чрезвычайно плотными объектами пространственно-временной деформации, которые могут образовываться, когда сталкиваются или разрушаются звезды. Классическая физика предполагает, что черная дыра поглощает все на своем пути, даже свет. Но в 1970-х годах Хокинг предположил, что черные дыры могут иметь температуру и медленно испускать квантовые частицы. Этот эффект, получивший название «излучение Хокинга», означает, что в конечном счете черная дыра испарится, оставив после себя вакуум, который будет выглядеть одинаково для каждой испаренной черной дыры, независимо от того, что она съела в течение своей жизни.

Возникла проблема: за свою жизнь черная дыра поглощает много информации в виде небесных объектов, но куда эта информация девается? Законы физики диктуют, что никакая информация не может быть потеряна: если информация существовала в прошлом, должна быть возможность ее восстановить. Следовательно, парадокс.

В 2016 году Хокинг и его команда предположили, что черные дыры могут иметь «мягкие волосы», состоящие из фотонов (световых частиц) или гравитонов (гипотетических частиц гравитации), которые хранят по крайней мере часть этой информации. Эти «мягкие волосы» окружают горизонт событий черной дыры — границу, из-за которой ничто, даже свет, уже не может вырваться.

В новом исследовании Хокинг и его команда нашли механизм, который опирается на пока еще недоказанные предположения, для подсчета количества информации, которую могут переносить «мягкие волосы». Он согласуется со знаменитой формулой, известной как «уравнение Хокинга», которая описывает, как черные дыры испускают «излучение Хокинга».

Когда черная дыра поглощает объект, ее температура должна измениться. Это означает, что ее энтропия — или беспорядочное движение частиц — также должна измениться (более высокая температура означает, что частицы движутся быстрее, что порождает больший беспорядок). В новом исследовании Хокинг и его коллеги показали, что «мягкие волосы» действительно могут фиксировать энтропию черной дыры.

По словам одного из коллег Хокинга, профессора теоретической физики в Кембриджском университете Малькольма Перри, покойный физик знал, каким будет окончательный результат работы, и когда Перри объяснил это ему за несколько дней до его смерти, он просто широко улыбнулся. Однако до сих пор неизвестно, каким образом эти «мягкие волосы» хранят информацию, поглощенную черными дырами, и хранят ли они ее всю или только часть.