अगस्त 2013 में, दर्जनों प्रसिद्ध सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी एक संकट पर चर्चा करने के लिए कैलिफोर्निया के सांता बारबरा में एकत्र हुए। ब्लैक होल के बारे में उनकी कमज़ोर समझ ख़त्म हो रही थी। दूर से देखने पर, मानो दूरबीन से देखने पर, एक ब्लैक होल को एक ग्रह, एक तारे या प्राथमिक कणों के किसी अन्य समूह की तरह व्यवहार करना चाहिए। लेकिन अगर भौतिकविदों ने अल्बर्ट आइंस्टीन के काम पर विश्वास किया, जैसा कि उनमें से अधिकांश ने किया, तो जब उन्होंने ब्लैक होल को उसकी सीमा के ठीक अंदर किसी के दृष्टिकोण से देखा तो असंभव परिणाम सामने आए।

पिछले वर्ष एक विचार प्रयोग ने दृष्टिकोणों के इस टकराव को तेज कर दिया था, जिससे उन लोगों के बीच दो दशक का युद्धविराम अचानक समाप्त हो गया जो बाहरी दृश्य को मौलिक मानते थे और जो अंदर के दृश्य पर ध्यान केंद्रित करते थे। अचानक, सभी प्रकार की पवित्र भौतिक मान्यताओं पर बहस होने लगी। इस विचार प्रयोग के पीछे के लोगों ने हताशापूर्वक सुझाव दिया कि ब्लैक होल के आंतरिक भाग का अस्तित्व ही नहीं हो सकता - कि अंतरिक्ष-समय ब्लैक होल के किनारे पर समाप्त हो गया आग की शाब्दिक दीवार.

उस सोच के विस्तार के रूप में, सम्मेलन में उपस्थित एक व्यक्ति ने, बड़े पैमाने पर मजाक में, यह भी सुझाव दिया कि विरोधाभास का अर्थ यह प्रतीत होता है कि भौतिकी के ज्ञात नियम हर समय हर जगह टूट सकते हैं, एक अवलोकन जिसने कॉमेडी सेलर-योग्य हंसी अर्जित की . अधिक कनिष्ठ प्रतिभागियों में से एक, डैनियल हार्लो, माइक लिया और बातचीत को कम विधर्मी आधार पर वापस ले जाने से पहले एक अविश्वसनीय "यार" के साथ प्रतिक्रिया व्यक्त की।

उन्होंने कहा, ''वहां बस एक हड़बड़ाहट थी'' विचार-मंथन की पैट्रिक हेडनएक कंप्यूटर वैज्ञानिक से स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में भौतिक विज्ञानी बने। "लोगों की पागलपन भरे विचारों के साथ आगे बढ़ने की इच्छा चौंकाने वाली थी।"

एक और दशक तक बहस करने और गणना करने के बाद, हार्लो, जो अब मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में एक वरिष्ठ भौतिक विज्ञानी हैं, का मानना ​​है कि उन्होंने और उभरते सिद्धांतकारों की एक टीम ने आखिरकार बाहरी को चौकोर करने का रास्ता, या कम से कम एक रास्ता ढूंढ लिया है। और आंतरिक दृश्य. ऐसा करने में, उन्होंने सापेक्षता और क्वांटम सिद्धांत की युद्धरत दुनियाओं के बीच कुछ दूरी स्थापित की है। उनका संकल्प, जो क्वांटम सूचना सिद्धांत से दूरगामी विचारों को एक साथ जोड़ता है 2019 से निर्णायक गणना, एक सिरदर्द-उत्प्रेरण और कड़ी मेहनत से जीता गया प्रयास है जो बाहरी हिस्से को भी अपने पास रखता है और अंदर के हिस्से को भी अपने पास रखता है।

उन्होंने कहा, "वे यह दिखाने में सफल रहे हैं कि कम से कम सिद्धांत रूप में, इस तनाव को हल किया जा सकता है।" टॉम हार्टमैनकॉर्नेल विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी, जिन्होंने गुरुत्वाकर्षण के एक अन्य मॉडल में अपने सिद्धांत की एक प्रमुख विशेषता पाई है।

जबकि उनकी प्रक्रिया वर्तमान में केवल ब्लैक होल के नंगे हड्डियों के कैरिकेचर के साथ काम करती है, यह ढह गए सितारों की कई विशिष्ट विशेषताओं को पकड़ती है। यदि यह वास्तविक ब्लैक होल के लिए सही है, तो यह निर्णायक रूप से क्लासिक ब्लैक होल प्रश्नों के जटिल उत्तर देगा, एक अंतरिक्ष यात्री को ब्लैक होल में गिरने पर क्या अनुभव होगा से लेकर उसके अणुओं की व्यवस्था में निहित जानकारी के अंतिम भाग्य तक।

"यह कुछ हद तक क्रांति की शुरुआत के बजाय उसके अंत का प्रतिनिधित्व करता है," उन्होंने कहा ज्योफ पिंगटन, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में एक भौतिक विज्ञानी और नए काम में योगदानकर्ता।

"यह बहुत ही रोमांचकारी है। यह गलत हो सकता है, लेकिन मुझे लगता है कि यही सही सार है।'' ओलिवर डीवोल्फ, कोलोराडो विश्वविद्यालय, बोल्डर के एक भौतिक विज्ञानी और उन मुट्ठी भर शोधकर्ताओं में से एक जिन्होंने पिछले वर्ष हार्लो और कंपनी के प्रस्ताव पर काम किया है।

समूह मांस पर घाव करके ब्लैक होल के आंतरिक भाग को पूर्ण बलिदान से बचाने का प्रयास करता है: एक विडंबनापूर्ण मोड़ में, हार्लो और कंपनी का प्रस्ताव है कि भौतिकी के परिचित नियम ब्लैक होल के अंदर टूटते हैं - और शायद हर जगह हर समय। लेकिन वे ऐसा पहले से अज्ञात तरीके से करते हैं, जो इतना सूक्ष्म है कि किसी का ध्यान नहीं जा सकता। जड़ में कोई बाधा पदार्थ या अंतरिक्ष-समय की चीज़ से नहीं है। बल्कि, यह जटिलता से संबंधित तर्कों से आता है - क्वांटम जानकारी की विशाल मात्रा में निहित अनिवार्य रूप से अंतहीन संभावनाएं।

हॉकिंग रेडिएशन से लेकर फ़ायरवॉल तक

सांता बारबरा कार्यशाला में एक सत्र का नेतृत्व ब्लैक होल क्रांति के प्रमुख वास्तुकार ने किया था। अपने कैंब्रिज कार्यालय से एक विस्तृत प्रोजेक्टर स्क्रीन पर स्काइप करते हुए, जीवन से भी बड़ा स्टीफन हॉकिंग इस धारणा का बचाव किया कि ब्लैक होल के आंतरिक भाग में स्थान और समय जीवित रहते हैं। "कुछ समय पहले, मैंने एक पेपर लिखा था जिससे एक विवाद शुरू हुआ जो आज तक चला आ रहा है," उन्होंने शुरू किया।

यह विवाद इस बात पर केंद्रित है कि ब्लैक होल ब्रह्मांड में सबसे बड़ी लुप्त होने वाली प्रक्रिया के चरण प्रतीत होते हैं।

1974 में हॉकिंग परिकलित घटना क्षितिज के चारों ओर - ब्लैक होल के चारों ओर कोई वापसी का क्षेत्र नहीं - क्वांटम उतार-चढ़ाव कणों के जोड़े बनाते हैं। एक साथी ब्लैक होल में गिर जाता है जबकि दूसरा भाग जाता है। समय के साथ, साझेदार ब्लैक होल के अंदर और बाहर दोनों जगह ढेर हो जाते हैं, जहां वे "हॉकिंग विकिरण" के विस्तारित बादल में उड़ान भरते हैं।

समस्या इस तथ्य से शुरू हुई कि क्वांटम यांत्रिकी की शर्तों के तहत, प्रत्येक जोड़ी उलझाव से जुड़ी हुई है, जिसका अर्थ है कि दो कण संयुक्त रूप से जानकारी की एक इकाई ले जाते हैं। प्रत्येक भागीदार एक सिक्के के पहलू की तरह है, जिसका उपयोग हां-या-नहीं प्रश्न का उत्तर देने के लिए किया जा सकता है। इस एकल हाँ-या-नहीं क्षमता को "बिट" या "क्विबिट" कहा जाता है यदि वस्तु क्वांटम संयोजन में मौजूद हो सकती है जिसे सुपरपोज़िशन कहा जाता है। लेकिन सिक्के के दो पहलुओं के विपरीत, उलझे हुए कण अलग हो सकते हैं। फिर भी, यदि एक माप में कोई बाहरी भागीदार "हेड्स" पढ़ता हुआ पाया जाता है, तो दूसरे माप में यह निश्चित होगा कि आंतरिक पार्टनर "टेल्स" पढ़ता हुआ मिलेगा।

यह हॉकिंग की गणना के दूसरे परिणाम के साथ विरोधाभासी प्रतीत होता है। जैसे ही ब्लैक होल कणों को विकीर्ण करता है, अंततः यह पूरी तरह से वाष्पित हो जाता है। अनकहे युगों के बाद, केवल विकिरण का बादल ही रह जाता है। लेकिन क्योंकि प्रत्येक बाहरी भागीदार अपने आंतरिक भागीदार के साथ एक हिस्सा साझा करता है, हॉकिंग विकिरण अकेले एक तरफा सिक्कों से भरे गुल्लक जितना कम अर्थ रखता है। ब्लैक होल के अंदर की जानकारी के टुकड़े, जो ब्लैक होल के जीवन और उसमें गिरी सभी चीज़ों को रिकॉर्ड करते हैं, गायब होते प्रतीत होते हैं - एक बेतुका विकास।

“यह तब तक ठीक है जब तक वह सामान कहीं अंदर है,” कहा समीर माथुर, ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में एक भौतिक विज्ञानी और 2013 सम्मेलन के समन्वयकों में से एक। "लेकिन अगर ब्लैक होल गायब हो जाता है, तो बाहर के लोगों के पास कोई निश्चित स्थिति नहीं होती है।"

पुराने ब्लैक होल के रहस्यमय अंत ने भौतिकविदों को दो परस्पर विरोधी विचारों में से एक को अपनाने के लिए प्रेरित किया, यह इस पर निर्भर करता है कि क्या उनकी वफादारी आइंस्टीन के घुमावदार अंतरिक्ष-समय के सिद्धांत के साथ है, जिसे सामान्य सापेक्षता के रूप में जाना जाता है, या क्वांटम यांत्रिकी के साथ। हॉकिंग कई वर्षों तक आइंस्टीन पर दांव लगाते रहे। हॉकिंग का मानना ​​था कि यदि कणों को फंसाने और उनके क्यूबिट को मिटाने से एक तरफा सिक्कों पर क्वांटम मैकेनिकल प्रतिबंध का उल्लंघन होता है, तो यह क्वांटम यांत्रिकी के लिए बहुत बुरा है।

दूसरों ने अपने दिमाग़ की नज़र को ब्लैक होल के बाहर रखना पसंद किया। उन्होंने क्वांटम यांत्रिकी का पक्ष लिया, जो इस रोमांटिक धारणा की दृढ़ता से गारंटी देता है कि जानकारी वास्तव में कभी खोती नहीं है। उदाहरण के लिए, एक डायरी को जलाने के बाद, कोई धुएं, राख और गर्मी के बादल को पकड़ने और खोए हुए वाक्यों को फिर से बनाने की कल्पना कर सकता है। एक ब्लैक होल किसी डायरी के कणों को अलाव की तुलना में अधिक तीव्रता से कुचल सकता है, लेकिन वही तर्क लागू होगा। यदि हॉकिंग विकिरण ही बचा हुआ था, तो पाठ की जानकारी किसी तरह से इसमें लीक हो गई होगी - इस बात पर ध्यान न दें कि आइंस्टीन के अंतरिक्ष-समय के सिद्धांत के लिए इसे अंदर फंसे रहने की आवश्यकता है।

विरोधाभास का अंतिम टुकड़ा यह था कि हॉकिंग के विश्लेषण में विकिरण को पूरी तरह से यादृच्छिक पाया गया था - डिकोड करने के लिए किसी भी जानकारी से रहित। उनके काम ने दो परस्पर विरोधी निष्कर्ष सुझाए: कि ब्लैक होल वाष्पित हो जाते हैं (जिसका अर्थ है कि विकिरण को अंततः जानकारी ले जानी चाहिए), और यह कि विकिरण जानकारी नहीं ले जाता है। वे दोनों सही नहीं हो सकते थे, इसलिए अधिकांश भौतिकविदों ने मान लिया कि हॉकिंग ने किसी तरह गलती की है।

लेकिन उनकी गलती स्पष्ट नहीं थी. हॉकिंग ने जिस तरह से क्वांटम फ़ील्ड धीरे-धीरे घुमावदार अंतरिक्ष-समय में कार्य करते हैं उसका विश्लेषण करके विकिरण और इसकी यादृच्छिकता दोनों की खोज की थी - एक कठोरता से परीक्षण किया गया ढांचा जिसे अर्धशास्त्रीय भौतिकी के रूप में जाना जाता है। हॉकिंग का अर्धशास्त्रीय दृष्टिकोण केवल क्वांटम यांत्रिकी और सामान्य सापेक्षता के पहलुओं पर निर्भर था जो निंदा से परे लगता था। इसी तरह के उपचार अधिकांश आधुनिक सिद्धांतों की नींव बनाते हैं, जिनमें कण भौतिकी का प्रसिद्ध मानक मॉडल भी शामिल है।

भौतिकविदों को उम्मीद है कि जब गुरुत्वाकर्षण तीव्र हो जाएगा तो अर्धशास्त्रीय भौतिकी लड़खड़ा जाएगी, जैसा कि ब्लैक होल के घटना क्षितिज से बहुत दूर, अभी भी गूढ़ केंद्र पर होता है। लेकिन बड़े ब्लैक होल के लिए, घटना क्षितिज स्वयं अधिकतर हानिरहित होना चाहिए; एक जिज्ञासु और सुसज्जित अंतरिक्ष यात्री केंद्र के पास अपनी अपरिहार्य मृत्यु से पहले गिर सकता है और लंबे समय तक जीवित रह सकता है। दरअसल, आकाशगंगा M87 के केंद्र में विशाल ब्लैक होल के क्षितिज पर पहला ब्लैक होल प्रत्यक्ष रूप से चित्रित होने के लिए, गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी की तुलना में इतना अधिक ज़ोर से नहीं खींचता है। यदि हॉकिंग दोषपूर्ण अर्धशास्त्रीय धारणाएँ बना रहे थे, तो ग्रह पर बाकी सभी लोग भी ऐसा ही कर रहे हैं। "यदि [अर्धशास्त्रीय भौतिकी] द्वारा वर्णित भौतिकी के नियम यहां पृथ्वी पर काम करते हैं," ने कहा एलेक्स मैलोनीमैकगिल विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी, "उन्हें घटना क्षितिज पर काम क्यों नहीं करना चाहिए?"

हॉकिंग की अनुमानित त्रुटि पर दशकों की बहस के बाद, कुछ भौतिकविदों ने दोनों पक्षों के बीच समझौता कराने की कोशिश की। 1993 में, लियोनार्ड ससकीन स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय ने इस दृष्टिकोण का समर्थन करना शुरू कर दिया कि कोई त्रुटि नहीं थी। मोटे तौर पर कहें तो, यह संघर्ष ब्लैक होल के अंदर और बाहर दोनों को एक ही समय में अपने दिमाग में रखने की अवास्तविक आकांक्षा से उत्पन्न हुआ था।

इसके बजाय, सुस्किन्ड और सहयोगियों ने तर्क दिया, बाहर का एक अंतरिक्ष यात्री जो बताएगा वह एक असफल अंतरिक्ष यात्री की रिपोर्ट से बिल्कुल अलग था। दूर से एक अंतरिक्ष यात्री अपने साथी को ब्लैक होल की सतह पर पैनकेक करते हुए देखेगा, जो अतिचारी को अवशोषित करते हुए तरंगित हो जाएगा। वे सूचना को ब्लैक होल के चारों ओर फैलते हुए देखेंगे और अंततः विकिरण के रूप में दूर चले जाएंगे, कभी भी अंदर गायब नहीं होंगे। हालाँकि, साथी के दृष्टिकोण से, वह सुरक्षित रूप से ब्लैक होल में प्रवेश कर जाती है, जहाँ वह और उसकी जानकारी दोनों फंस जाते हैं। उसका खाता उसके दोस्त से अलग है, लेकिन यह देखते हुए कि वह उनकी रिपोर्ट का खंडन करने के लिए संदेश नहीं भेज सकती है, क्या वास्तव में कोई समस्या है? दोनों आख्यान कुछ अर्थों में पूरक हो सकते हैं।

“मुझे यह हमेशा भ्रमित करने वाला लगता था,” कहा स्कॉट आरोनसनटेक्सस विश्वविद्यालय, ऑस्टिन में एक सैद्धांतिक कंप्यूटर वैज्ञानिक, लेकिन "लोग एक या दो दशक तक उस पर कायम रहे।"

2012 में, चार भौतिक विज्ञानी आए और पूरकता के तर्क को धराशायी कर दिया। अहमद अल्मेहिरी, डोनाल्ड मैरोल्फ, जोसेफ पोल्चिंस्की और जेम्स सुली - एक टीम जिसे आमतौर पर उनके शुरुआती अक्षरों, एएमपीएस द्वारा बुलाया जाता है - ने दो चरणों का विवरण दिया सोचा प्रयोग इससे एक ही पर्यवेक्षक को ब्लैक होल द्वारा एक साथ दो स्थानों पर जानकारी छिपाते हुए देखने का मौका मिलेगा।

सबसे पहले, बाहर का एक अंतरिक्ष यात्री हर उस कण को ​​इकट्ठा करता है जो एक ब्लैक होल अपने 10 में से अधिकांश में उत्सर्जित करता है⁶⁷-वर्ष जीवनकाल. यह मानते हुए कि जानकारी विकिरण में मिल जाती है, कुछ बाहरी भागीदार एक-दूसरे से उलझ गए होंगे, जिससे उन्हें निश्चित स्थिति मिल जाएगी। अंतरिक्ष यात्री इन कणों का विश्लेषण करता है और पुष्टि करता है कि वे उलझे हुए हैं। "मान लीजिए कि आपके पास बहुत लंबा [शोध] अनुदान है," एरोनसन ने कहा।

फिर वह ब्लैक होल में गोता लगाती है और पुष्टि करती है कि उसके बाहर अध्ययन करने वाले कुछ साथी अंदर के भागीदारों के साथ भी उलझे हुए हैं। हॉकिंग की अर्धशास्त्रीय गणना से संकेत मिलता है कि वह इसे ढूंढ लेगी, जिसका अर्थ है कि ब्लैक होल के बाहर जो निष्पक्ष दो-तरफा सिक्के की तरह दिखते हैं, वे अंदर एक अवैध तीसरा चेहरा छिपा रहे हैं।

एएमपीएस ने साबित कर दिया था कि हॉकिंग के विरोधाभास से कोई छुप नहीं सकता। उन्होंने अनिच्छा से ब्लैक होल के बाहर क्वांटम यांत्रिकी का पक्ष लिया, और परिणामस्वरूप उन्होंने अंदर की जगह का त्याग कर दिया: शायद ब्लैक होल ने क्षितिज पर "फ़ायरवॉल" के साथ गिरने वाले पदार्थ को वाष्पीकृत कर दिया, जिससे किसी भी हस्तक्षेप करने वाले अंतरिक्ष यात्री को प्रयोग खत्म करने से रोका जा सके। एरोनसन ने अपने निष्कर्ष का वर्णन करते हुए कहा, "ब्लैक होल में बिल्कुल भी आंतरिक भाग नहीं है।" "जब आप कूदने की कोशिश करते हैं, तो आप अंतरिक्ष-समय के अंत का सामना करते हैं।"

इस विचार के बारे में किसी को भी अच्छा नहीं लगा, क्योंकि अर्धशास्त्रीय भौतिकी से ऐसा कोई संकेत नहीं मिला कि क्षितिज को पार करना इलिनोइस से आयोवा तक की सीमा पार करने से अलग महसूस होना चाहिए। समुदाय ने इस गड़बड़ी से बाहर निकलने के तरीकों पर विचार-मंथन करने के लिए कार्यशालाओं की एक श्रृंखला का आयोजन किया, जिसका समापन हुआ सांता बारबरा बैठक.

हार्लो ने कहा, "हमने कुछ महीनों तक बहुत मजे किए जब हर कोई उस तर्क को खत्म करने की कोशिश कर रहा था और सफल नहीं हो रहा था।"

अराजकता के बीच में, हार्लो ने हेडन - जो उस समय एक कंप्यूटर वैज्ञानिक थे - के साथ मिलकर यह अध्ययन किया कि एक अंतरिक्ष यात्री को वास्तव में एएमपीएस प्रयोग करने में क्या लगेगा। उन्होंने ब्लैक होल को एक क्वांटम एन्क्रिप्शन डिवाइस के रूप में माना - कुछ ऐसा जो सुपाठ्य जानकारी (सामान्य पदार्थ) लेता है और जो मुड़ी हुई जानकारी (विकिरण) प्रतीत होता है उसे बाहर निकाल देता है। इस संदर्भ में, कोई व्यक्ति जानकारी को सुलझाने के लिए एक मशीन का उपयोग करके एएमपीएस प्रयोग करने की कल्पना कर सकता है - एक क्वांटम कंप्यूटर जैसी मशीन। और क्वांटम गणना की सीमाओं पर आरोनसन की डॉक्टरेट थीसिस के एक महत्वपूर्ण परिणाम के साथ, उन्होंने कुछ दिलचस्प खोज की।

एक ब्लैक होल गिरने वाले पदार्थ को इतनी अच्छी तरह से चूर्णित कर देता है कि यदि कोई अंतरिक्ष यात्री वास्तव में क्वांटम कंप्यूटर को विकिरण को हटाने का काम सौंपता है, तो इस कार्य में कई युग लग जाएंगे। इसमें इतना समय लगेगा कि प्रगति पट्टी 1% के अंश तक पहुंचने से पहले ही ब्लैक होल गायब हो जाएगा। और तब तक, अंतरिक्ष यात्री अंदर की चांदनी से बाहर की जानकारी को पकड़ने के लिए कूदने में सक्षम नहीं होगा, क्योंकि अंदर का अस्तित्व ही नहीं होगा।

"यह एक ऐसा अवलोकन था जिसके बारे में हम वास्तव में नहीं जानते थे कि क्या करना है," हार्लो ने कहा। "आखिरकार, 10 साल बाद, हम जानते हैं कि इसके साथ क्या करना है।"

क्वांटम कंप्यूटर पर स्पेस-टाइम कैसे बनाएं

2013 के काम के बाद, हार्लो ने एक सरल समस्या पर ध्यान केंद्रित करने के लिए ब्लैक होल को एक तरफ रख दिया: खाली जगह। उन्होंने एक अवास्तविक प्रकार के उल्टे स्थान का अध्ययन करना शुरू किया जिसे एंटी-डी सिटर स्पेस के रूप में जाना जाता है जो दो बहुत अलग विवरणों को भी स्वीकार करता है, जैसा कि ब्लैक होल को लगता था।

"अगर मैं एंटी-डी सिटर स्पेस को अच्छी तरह से समझता हूं, तो यह आगे बढ़ने का रास्ता सुझाएगा, ब्लैक होल पर वापस जाने का," हार्लो ने अपनी सोच को याद करते हुए कहा। "और वह वास्तव में सफल हो गया है।"

भौतिक विज्ञानी एंटी-डी सिटर स्पेस से आकर्षित हैं क्योंकि यह एक आकर्षक तरीके से घटता है जो अंतरिक्ष की अनंत मात्रा को एक सीमित सीमा के अंदर फिट होने की अनुमति देता है। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक रूप से, सीमा पर रहने वाले कणों के संदर्भ में एंटी-डी सिटर अंतरिक्ष में होने वाली किसी भी घटना को पुन: व्यवस्थित करने का एक तरीका प्रतीत होता है, जो पूरी तरह से अलग-अलग भौतिक नियमों द्वारा खेलते हैं। उदाहरण के लिए, केंद्रीय एंटी-डी सिटर क्षेत्र में एक सौर प्रणाली को सीमा के चारों ओर बिखरे हुए कणों के एक संग्रह के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो केवल क्वांटम सिद्धांत का पालन करते हैं और उनमें गुरुत्वाकर्षण या अंतरिक्ष-समय की कोई भावना नहीं होती है।

हार्लो के लिए मुख्य प्रश्न यह था कि सीमा पर कण, जिनके पास अंतरिक्ष-समय की कोई अवधारणा नहीं है, संभवतः केंद्रीय क्षेत्र में एक ग्रह के निवासियों के अनुभव को कैसे पकड़ सकते हैं, जिनके लिए अंतरिक्ष-समय निर्विवाद रूप से महत्वपूर्ण है। भोलेपन से, हम एक ऐसी समस्या का सामना करने की उम्मीद कर सकते हैं जहां सीमा की घटनाएं तुरंत पूरे बीच में गूंज सकती हैं - एक ऐसी जगह जहां प्रभावों को फैलने में समय लगना चाहिए। उस मुद्दे के कारण, सीमा कणों और केंद्रीय अंतरिक्ष-समय के बीच संबंध ढीला होना चाहिए, ताकि सीमा परिवर्तन तुरंत मध्य को प्रभावित न करें, लेकिन इतना ढीला भी नहीं कि सीमा पूरी तरह से केंद्र में क्या हो रहा है इसका ट्रैक खो दे। .

हार्लो ने हताशा में अपने हाथ ऊपर उठाते हुए कहा, "आपको सिस्टम के सभी हिस्सों से स्वतंत्र होने की जरूरत है, लेकिन सिस्टम से स्वतंत्र नहीं, जो अर्घ की तरह है।"

अंततः, हार्लो को एहसास हुआ कि शोधकर्ताओं के एक समूह ने पहले ही समस्या का समाधान कर लिया है। वे अंतरिक्ष-समय की संरचना के बारे में बिल्कुल भी नहीं सोच रहे थे। वे क्वांटम कंप्यूटरों की त्रुटियों को ठीक करने के तरीकों का आविष्कार कर रहे थे।

यह समझने के लिए कि हार्लो द्वारा मांगे गए गोल्डीलॉक्स संबंध में त्रुटि सुधार कैसे होता है, एक शास्त्रीय एक-बिट संदेश को तीन-बिट ट्रांसमिशन में एन्कोड करने की एक सरल योजना पर विचार करें। 1 इंगित करने के लिए 111 संचारित करें। 0 इंगित करने के लिए 000 संचारित करें। यदि कोई त्रुटि होती है, तो भी प्राप्तकर्ता बहुमत मत ले सकता है। यह अभी भी 001 का मतलब 0, या 011 का मतलब 1 समझेगा। एक भी त्रुटि संदेश को खराब नहीं करती है, क्योंकि जानकारी सभी अंकों में रहती है। संदेश प्रत्येक व्यक्तिगत टुकड़े से स्वतंत्र है, लेकिन संपूर्ण प्रसारण से स्वतंत्र नहीं है - बस वही जो हार्लो को चाहिए था। क्वांटम त्रुटियों को ठीक करना क्वैबिट में (शास्त्रीय बिट्स के विपरीत) अधिक जटिल योजनाओं की आवश्यकता होती है, लेकिन दो समस्याएं कई टुकड़ों के बीच जानकारी को नष्ट करने की इस सुविधा को साझा करती हैं। 2014 में, हार्लो ने समझाने के लिए एएमपीएस के अल्मेहिरी और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा के शी डोंग के साथ सहयोग किया कैसे क्वांटम त्रुटि-सुधार कोड सीमा क्वैबिट के बीच एंटी-डी सिटर स्पेस-टाइम जानकारी फैला सकता है।

विचार का सार निम्नलिखित था. एक-बिट संदेश के रूप में एंटी-डी सिटर स्पेस में केंद्रीय बिंदु की कल्पना करें। सीमा कण संचरण के अंक हैं। सीमा को तीन चापों में विभाजित करें। किसी एक चाप के कणों को आसन्न क्षेत्र के भीतर एंटी-डी सिटर बिंदुओं के बारे में पता होता है। लेकिन उन्हें उस क्षेत्र के बाहर के बिंदुओं के बारे में जानकारी नहीं है. कोई भी आर्क केंद्रीय बिंदु के बारे में नहीं जानता है, यह स्थिति इस बात की याद दिलाती है कि कैसे कोई भी ट्रांसमिशन अंक संदेश को फिर से बनाने के लिए पर्याप्त नहीं है।

लेकिन केंद्र बिंदु किन्हीं दो चापों से संबंधित संयुक्त क्षेत्र के भीतर स्थित है - यह दर्शाता है कि संदेश को समझने के लिए दो ट्रांसमिशन अंक कैसे पर्याप्त हैं। इस तरह, त्रुटि सुधार दो दृष्टिकोणों से खाली एंटी-डी सिटर स्पेस को समझने के लिए एक उपयुक्त भाषा प्रतीत होती है: या तो वेनिला स्पेस-टाइम के रूप में या, दिलचस्प रूप से, स्पेसलेस क्वांटम क्वैबिट के संग्रह के रूप में।

"यह एक तरह से आश्चर्य की बात है," डेवॉल्फ ने कहा। क्वांटम जानकारी केवल क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए नहीं है। "यह पता चला है कि ये इतने महत्वपूर्ण विचार हैं कि क्वांटम गुरुत्व इनका उपयोग करता प्रतीत होता है।"

हार्लो अंतरिक्ष-समय को देखने के दो तरीकों को जोड़ने में सफल रहे थे। एकमात्र समस्या यह थी कि रूपरेखा अपने इच्छित उद्देश्य से कम थी। जब अंतरिक्ष-समय में एक ब्लैक होल समाहित हुआ, तो क्वांटम त्रुटि सुधार विफल हो गया।

2012 की शुरुआत में, भौतिकविदों ने त्रुटि-सुधार कोड के साथ ब्लैक होल के आंतरिक भाग से निपटने की धारणा बनाई थी। लेकिन एक बार फिर, हॉकिंग की गणनाओं में परस्पर विरोधी दृष्टिकोण ने उन्हें भ्रमित कर दिया था। घटना क्षितिज के अंदर एक अंतरिक्ष यात्री विकिरण साझेदारों को अनिश्चित काल तक बरसते हुए देखेगा। ब्लैक होल की सूचना क्षमता, यदि आप इसे एक ब्रह्मांडीय हार्ड ड्राइव के रूप में कल्पना करते हैं, तो उसके पूरे जीवन काल में बढ़ती ही जाती है।

इस बीच, अपने स्वर्णिम वर्षों में एक ब्लैक होल के बाहर एक अंतरिक्ष यात्री इसे वाष्पित होने के कारण सचमुच आकार में सिकुड़ता हुआ देखेगा। त्रुटि सुधार के साथ दो दृष्टिकोणों को बराबर करने की आकांक्षा को प्राप्त करने के लिए, हार्लो को बढ़ते इंटीरियर को अपनी सिकुड़ती सीमा में एन्कोड करने का एक तरीका चाहिए था, एक नाविक को संदेश "एसओएस" को एक-वर्ण संचरण में फिट करने के लिए कहने जैसा कार्य।

"कहानी में ब्लैक होल के आंतरिक भाग को शामिल नहीं किया गया है," कहा क्रिस्टोफर एकर्सएमआईटी के एक शोधकर्ता, जो 2016 में स्नातक द्वितीय वर्ष के छात्र के रूप में हार्लो के एक प्रभावशाली त्रुटि-सुधार पेपर से प्रेरित थे। "यह मेरे लिए अजीब रहा, इसलिए मैंने यह सोचने में बहुत समय बिताया कि आप ब्लैक होल को बेहतर तरीके से कैसे शामिल कर सकते हैं।"

उसे खोजने में उसे चार साल लग गए, और हार्लो को यह समझाने में मदद करने में एक और साल लग गया कि इसका कोई मतलब है।

सूचना से बचने का एक नुस्खा

जबकि हार्लो और एकर्स अलग-अलग ब्लैक होल के अंदर के बारे में सोच रहे थे, शोधकर्ताओं का एक समूह बाहरी हिस्से को तोड़ने की कगार पर था। पेनिंगटन, एक उभरते हुए ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी, प्रमुख खिलाड़ियों में से एक थे। वह सांता बारबरा सम्मेलन में फ़ायरवॉल नाटक से चूक गए थे, क्योंकि 2013 में वह 21 वर्ष के थे और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में अपनी स्नातक की पढ़ाई के बीच में थे।

जब पेनिंगटन ने एक भावी स्नातक छात्र के रूप में 2015 में स्टैनफोर्ड का दौरा किया, तो उन्हें अपने डॉक्टरेट के लिए क्वांटम गुरुत्व और क्वांटम जानकारी का अध्ययन करने के बीच फंसा हुआ महसूस हुआ। फिर उनकी मुलाकात हेडन से हुई. पेनिंगटन को यह जानकर आश्चर्य हुआ कि उनकी मां - ऑक्सफोर्ड में गणितज्ञ फ्रांसिस किरवान - हेडन के स्नातक पर्यवेक्षकों में से एक थीं, और मूल कनाडाई हेडन ने उनकी मां को ग्रामीण ओन्टारियो में डोंगी यात्रा की योजना बनाने में मदद की थी, जहां वह तब गए थे। वह 8 वर्ष का था। उसे यह जानकर और भी अधिक आश्चर्य हुआ कि पेनिंगटन की दो रुचियों को मिश्रित करते हुए ब्लैक होल को क्वैबिट के साथ समझाने के प्रयास के केंद्र में हेडन थे। इस जोड़ी ने साथ काम करने का फैसला किया.

हेडन और पेनिंगटन ने अपूर्ण त्रुटि-सुधार कोड के बारे में एक अमूर्त समस्या के रूप में जो सोचा था, उसे प्रकाशित करना शुरू किया शानदार क्वांटम सूचना पत्र 2017 में। उस कार्य में ब्लैक होल या स्पेस-टाइम का उल्लेख नहीं था, लेकिन अगले साल वे अपने कोड एंटी-डी सिटर क्षेत्र में लाए। आखिरकार, 2014 में विकसित एक फॉर्मूले का पालन किया गया नेट्टा एंगलहार्टएक साथी सहस्राब्दी भौतिक विज्ञानी, पेनिंगटन को संदेह हुआ कि एंटी-डी सिटर अंतरिक्ष का एक विशेष क्षेत्र एन्ट्रॉपी पर नज़र रख रहा था, जो एक ब्लैक होल से निकलने वाले उलझे हुए हॉकिंग विकिरण के बादल की सूचना क्षमता से संबंधित मात्रा थी। उन्होंने 2018-2019 की सर्दियां अकेले ही अपने अंदाज़ को जांचने के लिए ब्यौरों पर काम करते हुए बिताईं।

पेनिंगटन ने कहा, "यह मेरे जीवन में भौतिकी पर लगातार किया गया सबसे कठिन काम है।" “मैं क्रिसमस पर मेक्सिको में छुट्टियों पर था लेकिन पूरे समय गुप्त रूप से इसके बारे में सोचता रहा। मेरे दोस्त पूछते रहे, 'तुम इतने चुप क्यों हो?''

लगभग उसी समय, एंगेलहार्ट अनिवार्य रूप से समान गणना के माध्यम से मेहनत कर रहा था। 2019 की शुरुआत में, वह ब्लैक होल के बाहर उलझे हुए विकिरण में जानकारी का अध्ययन करने के लिए 2014 के फॉर्मूले का उपयोग करने के लिए एएमपीएस के अल्मेहिरी और मैरोल्फ और स्टैनफोर्ड में हेनरी मैक्सफील्ड के साथ शामिल हुईं, जो गुरुत्वाकर्षण से जुड़ी स्थिति में एन्ट्रापी देता है।

दोनों टीमों को एक ही उत्तर मिला, जिसका उन्होंने अनावरण किया समन्वित कागजात मई 2019 में। गणना बाहरी विकिरण में "सिर" की गिनती पर आधारित थी - जो आपको बताती है कि ब्लैक होल के अंदर कितने उलझे हुए "पूंछ" छिपे हुए हैं। युवा, खाली ब्लैक होल के लिए, अलग-अलग सिक्के के चेहरों की संख्या बढ़ जाती है क्योंकि घटना क्षितिज हॉकिंग जोड़े को विभाजित करता है, जैसा कि हॉकिंग ने उम्मीद की थी। लेकिन उम्र के साथ, अलग-अलग चेहरों की संख्या कम होने लगती है - जिसका अर्थ है कि ब्लैक होल भर गया है और किसी तरह जानकारी को बाहरी विकिरण में खाली कर रहा है, जैसा कि क्वांटम यांत्रिकी की आवश्यकता होती है।

"ये मई के कागजात, वे वास्तव में अद्भुत थे," हार्लो ने कहा। वह इस बात से प्रभावित थे कि उनमें “गणना करने की हिम्मत” थी। मैंने सोचा होगा कि यह बहुत कठिन था।

आख़िरकार, पेनिंगटन, एंगेलहार्ट और उनके सहयोगियों ने सोचा कि वे समझ गए हैं कि ब्लैक होल के बाहर क्या हो रहा था। सूचना वास्तव में विकिरण में लीक हो रही थी, जैसा कि कई भौतिकविदों ने मान लिया था। इस तथ्य के तीन महत्वपूर्ण परिणाम थे।

सबसे पहले, इसने हॉकिंग की गलती की संभावनाओं को कम कर दिया। विकिरण वास्तव में यादृच्छिक नहीं हो सकता है, तो अन्यथा भरोसेमंद अर्धशास्त्रीय भौतिकी ने यह सुझाव क्यों दिया कि यह था?

दूसरा, इसने उनकी समझ की सीमा को ब्लैक होल के बाहर से आंतरिक तक स्थानांतरित कर दिया। एक पुराने ब्लैक होल के घटना क्षितिज के ठीक अंदर एक अंतरिक्ष यात्री वाष्पीकरण का अनुभव कैसे करेगा?

अंत में, इसने सुझाव दिया कि हॉकिंग का अर्धशास्त्रीय ढांचा लगभग सही था, और इंटीरियर में पहला कदम उठाने के लिए क्वांटम गुरुत्व के पूर्ण विकसित सिद्धांत की आवश्यकता नहीं होनी चाहिए। वे परिचित अंतरिक्ष-समय सामग्री का उपयोग करके बाहरी का विश्लेषण करने में सफल रहे थे। लेकिन थोड़े से संशोधित नुस्खे (2014 एन्ट्रॉपी फॉर्मूला) के साथ उन्होंने पाया कि जानकारी आंतरिक भाग से बच जाती है। गणनाओं ने उन्हें आश्वस्त किया कि ब्लैक होल इंटीरियर के अर्धशास्त्रीय दृश्य को छोड़ने की आवश्यकता नहीं है। फ़ायरवॉल एक कदम बहुत आगे बढ़ते हुए प्रतीत हो रहे थे।

एंगेलहार्ट ने कहा, "अगर हम आंतरिक विवरण को बाहर फेंक देते हैं, तो हम नहाने के पानी के साथ बच्चे को बाहर फेंक रहे हैं।" "गणना करने के लिए अर्धशास्त्रीय गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करने का एक तरीका है जो सही है।"

गुरुत्वाकर्षण एन्ट्रापी के विशेषज्ञ एंगेलहार्ट के पास कुछ टुकड़े थे, और ऐसा लगता था कि हार्लो के पास कुछ और टुकड़े थे। एमआईटी में एंगेलहार्ड्ट का कार्यालय हार्लो के साथ एक दीवार साझा करता है, इसलिए उनके लिए सेना में शामिल होना स्वाभाविक था। लगभग उसी समय, अकर्स अपने पोस्टडॉक बनने के लिए एमआईटी में चले गए, और उन तीनों ने शुरुआत की समस्या को दूर करो.

क्वांटम कंप्यूटर पर स्पेस-टाइम कैसे तोड़ें

जैसे ही 2020 की शुरुआत में महामारी ने दुनिया को मजबूर कर दिया, शिक्षाविदों की तिकड़ी ने अपने ब्लैक होल विचार प्रयोगों को एमआईटी के ब्लैकबोर्ड से ज़ूम के डिजिटल वातावरण में स्थानांतरित कर दिया।

उनका लक्ष्य सभी धागों को इकट्ठा करना और अर्धशास्त्रीय आंतरिक परिप्रेक्ष्य को क्वांटम मैकेनिकल बाहरी परिप्रेक्ष्य में बदलने के लिए कुछ रूपांतरण प्रक्रिया विकसित करना था। ऐसा सिद्धांत ब्लैक होल के ठीक अंदर एक अंतरिक्ष यात्री के लिए उपयोगी होगा। वह अपने आस-पास का एक स्नैपशॉट ले सकती है, उसे प्रक्रिया के माध्यम से चला सकती है, और एक तस्वीर वापस ले सकती है जो उसे बताएगी कि बाहर एक सहकर्मी क्या देख रहा था। हालाँकि दोनों तस्वीरें अलग-अलग घटनाओं को कैद करती हुई प्रतीत हो सकती हैं, Rashomon शैली, रूपांतरण से दृश्यों को गुप्त रूप से संगत होना प्रकट होना चाहिए। यह सस्किन्ड की पूरकता की दृष्टि का अधिक परिष्कृत पुनरुद्धार होगा।

एकर्स ने पहले ही खुद को आश्वस्त कर लिया था कि रूपांतरण कार्यक्रम क्वांटम त्रुटि सुधार की भाषा में लिखा जाना चाहिए, क्योंकि हार्लो ने पहले ही खाली जगह के लिए काम किया था। अर्धशास्त्रीय आंतरिक संदेश होगा, और क्वांटम बाहरी संचरण होगा। और यह देखते हुए कि इंटीरियर एक सिकुड़ते क्षितिज के अंदर विकसित होता दिख रहा था, उन्हें बस एक त्रुटि-सुधार कोड का आविष्कार करना था जो एक एसओएस को एक एस में रट सकता था।

एकर्स को अपने सहकर्मियों के संदेह का सामना करना पड़ा। जिस तरह से एन्कोडिंग को ब्लैक होल के अंदर जानकारी को हटाना होगा, उसने सूचना हानि के खिलाफ क्वांटम मैकेनिकल निषेध का उल्लंघन किया है। यदि आंतरिक अंतरिक्ष यात्री ने अपना मिशन लॉग जला दिया, तो वह राख से प्रतिकृति का पुनर्निर्माण करने में सक्षम नहीं हो सकती है।

"यदि आप क्वांटम यांत्रिकी को संशोधित कर रहे हैं, तो लोग सोचेंगे कि आप पागल हैं, और आमतौर पर वे सही होंगे," हार्लो ने कहा। "मैं झिझक रहा था।"

उस वर्ष बाद में, श्रेया वर्धन नाम की एक एमआईटी स्नातक छात्रा (अब स्टैनफोर्ड में) दल में शामिल हुई। उसने कुछ ठोस एन्ट्रापी गणनाएँ कीं जिससे अंततः सभी को विश्वास हो गया कि क्वांटम यांत्रिकी को अंदर से हल्के से तोड़ना ही इसे बाहर पूरी तरह से बचाने का एकमात्र तरीका था।

हार्लो ने कहा, "श्रेया और क्रिस विशेष रूप से इसे अलग-अलग तरीकों से आगे बढ़ा रहे थे।" "श्रेया ने मेरे लिए आखिरी बाधा तोड़ दी, और मुझे एहसास हुआ कि यह वास्तव में समझ में आता है।"

एकर्स पेनिंगटन के साथ काम कर रहे थे, इसलिए वह भी इसमें शामिल हो गए। इस प्रयास में कुछ वर्षों तक लगातार काम करना पड़ा। और जैसे ही वे अपने नतीजे लिखने बैठे, टीम का तीन-पांचवां हिस्सा एक साथ कोविड-19 की चपेट में आ गया। लेकिन पिछले जुलाई में वे अंततः एक प्रीप्रिंट पोस्ट किया अपने सिद्धांत का विवरण देते हुए कि कैसे ब्लैक होल के आंतरिक भाग को दुनिया के सबसे अजीब त्रुटि-सुधार कोड के साथ इसके बाहरी हिस्से में एन्कोड किया जा सकता है।

यह ऐसे काम करता है। ब्लैक होल के अंदर एक आत्म-बलिदान करने वाला अंतरिक्ष यात्री अपने और ब्लैक होल के आसपास के सभी फोटॉनों, इलेक्ट्रॉनों और अन्य कणों के विन्यास को रिकॉर्ड करता है - क्वांटम डेटा की एक फ़ाइल जो उसके अर्धशास्त्रीय अनुभव को कैप्चर करने वाले क्वैबिट के समूह से बनी होती है। उसका लक्ष्य उस समय बाहर अपने साथी के क्वांटम परिप्रेक्ष्य को समझना है। समूह ने एक दो-चरणीय एल्गोरिदम विकसित किया जिसे कोई भी उस आंतरिक स्नैपशॉट को परिवर्तित करने के लिए क्वांटम कंप्यूटर पर चलाने की कल्पना कर सकता है।

सबसे पहले, प्रोग्राम गणित में सबसे यादृच्छिक परिवर्तनों में से एक का उपयोग करके अर्धशास्त्रीय क्वैबिट को लगभग मान्यता से परे खींचता है।

फिर आती है गुप्त चटनी। दूसरे चरण में पोस्टसेलेक्शन शामिल है, एक अजीब ऑपरेशन जो आमतौर पर भौतिकविदों की तुलना में सूचना सिद्धांतकारों द्वारा उपयोग किया जाता है। चयन के बाद एक प्रयोगकर्ता को वांछित परिणाम प्राप्त करने के लिए एक यादृच्छिक प्रक्रिया में हेरफेर करने की सुविधा मिलती है। मान लीजिए कि आप एक सिक्का उछालना चाहते हैं और लगातार 10 चित प्राप्त करना चाहते हैं। आप यह कर सकते हैं, बशर्ते आपके पास हर बार अंत आने पर दोबारा शुरुआत करने का धैर्य हो। इसी तरह, एन्कोडिंग प्रोग्राम अर्धशास्त्रीय क्वैबिट्स को मापना शुरू करता है, लेकिन हर बार 1 मिलने पर रिबूट होता है। आखिरकार, जब यह अधिकांश स्क्रैम्बल क्वैबिट्स को माप लेता है और सफलतापूर्वक शून्य की एक स्ट्रिंग प्राप्त कर लेता है, तो यह उन क्वैबिट्स को फेंक देता है। कुछ शेष, बिना मापे गए क्वैबिट बाहरी रूप से देखने पर ब्लैक होल की क्वांटम छवि के पिक्सेल का प्रतिनिधित्व करते हैं। इस प्रकार, कोड एक बड़ी अर्धशास्त्रीय RAW फ़ाइल को एक कॉम्पैक्ट क्वांटम JPEG में निचोड़ देता है।

कॉर्नेल के हार्टमैन ने कहा, "यह बहुत सारी अर्धशास्त्रीय जानकारी को एक सीमित क्वांटम स्थान में संपीड़ित करने का एक हानिपूर्ण तरीका है।"

लेकिन एक बड़ी दिक्कत है. ऐसा प्रोग्राम किसी भी आवश्यक विवरण को मिटाए बिना इतनी सारी अर्धशास्त्रीय जानकारी को कैसे हटा सकता है? इस प्रक्रिया का अर्थ है कि अर्धशास्त्रीय भौतिकी फुलफ़ से भरी हुई है - कणों का विन्यास जो आंतरिक अंतरिक्ष यात्री देख सकते हैं जो वास्तव में वास्तविक नहीं हैं। लेकिन पृथ्वी पर कण कोलाइडरों में अर्धशास्त्रीय भौतिकी का कठोरता से परीक्षण किया गया है, और प्रयोगकर्ताओं ने ऐसे मृगतृष्णा का कोई संकेत नहीं देखा है।

“कितने राज्य विश्वसनीय रूप से एन्कोडेड हैं? और अर्धशास्त्रीय सिद्धांत कितना अच्छा कर सकता है?” हार्टमैन ने कहा. "यह देखते हुए कि इससे नुकसान होना ही है, यह स्पष्ट नहीं है कि यह कुछ भी कर सकता है।"

यह समझाने के लिए कि एक त्रुटिपूर्ण सिद्धांत इतना अच्छा प्रदर्शन कैसे कर सकता है, टीम ने उस अजीब अवलोकन की ओर रुख किया जो हेडन और हार्लो ने 2013 में किया था, कि एएमपीएस प्रयोग के लिए विकिरण को डिकोड करने में इतने कदम लगेंगे कि प्रभावी रूप से असंभव हो जाएगा। शायद अर्धशास्त्रीय भौतिकी में जटिलताएं दरारों पर हावी हो सकती हैं। एन्कोडिंग जानबूझकर कॉन्फ़िगरेशन को हटा नहीं रही थी। इसने कणों की केवल कुछ व्यवस्थाओं को मिटा दिया जो इस अर्थ में जटिल थीं कि उन्हें बनने में इतना समय लगेगा कि आंतरिक अंतरिक्ष यात्री कभी भी उन्हें देखने की उम्मीद नहीं कर सकते थे।

यह मामला बनाने से कि कोड ने सरल राज्यों को अनिवार्य रूप से अछूता छोड़ दिया, जिससे काम का बड़ा हिस्सा तैयार हो गया। समूह ने तर्क दिया कि उनकी दो-चरणीय प्रक्रिया के किसी भी संस्करण के लिए, बाहरी परिप्रेक्ष्य से किसी भी समकक्ष के बिना एक जटिल अर्धशास्त्रीय विन्यास बनाने में अनिवार्य रूप से अनंत काल लगेगा - केवल 10,000-क्विबिट, उप-परमाणु के लिए ब्रह्मांड की वर्तमान आयु से 50 गुना अधिक। ब्लैक होल का धब्बा. और एक वास्तविक ब्लैक होल के लिए, जैसे कि M87 अपने 10 के साथ⁷⁰-विषम क्वैबिट्स, एक प्रयोग जिसने अर्धशास्त्रीय भौतिकी को तोड़ दिया, उसमें उससे भी अधिक समय लगेगा।

टीम का प्रस्ताव है कि ब्लैक होल भौतिकी के स्थापित ढांचे में एक नई खराबी को उजागर करते हैं। जैसा कि आइंस्टीन ने एक बार भविष्यवाणी की थी कि न्यूटन की कठोर दूरी की धारणा पर्याप्त उच्च गति पर विफल हो जाएगी, वे भविष्यवाणी करते हैं कि अर्धशास्त्रीय भौतिकी अत्यंत जटिल प्रयोगों के लिए विफल हो जाती है जिसमें अकल्पनीय संख्या में कदम और समय की समझ से परे लंबाई शामिल होती है।

समूह का मानना ​​है कि फ़ायरवॉल ऐसी अकल्पनीय जटिलता का प्रकटीकरण होगा। M87 जैसा वास्तविक ब्लैक होल केवल अरबों वर्षों से अस्तित्व में है - अर्धशास्त्रीय इंटीरियर को फ़ायरवॉल में तोड़ने के लिए लगभग इतना समय नहीं। लेकिन यदि कोई असंभव रूप से जटिल प्रयोग करने में सक्षम था, या यदि कोई ब्लैक होल बहुत लंबे समय तक जीवित रहा, तो सभी अर्धशास्त्रीय दांव बेकार हो जाएंगे।

"वहाँ एक जटिलता सीमा है," हार्लो ने कहा। "जब आप घातीय चीजें करना शुरू करते हैं, तो [भौतिकी] वास्तव में अलग होने लगती है।"

जटिलता के अभिशाप से बचाया गया

एक बार जब भौतिकविदों ने खुद को आश्वस्त कर लिया कि कोड की हानि से ब्लैक होल के अंदर अर्धशास्त्रीय भौतिकी में ध्यान देने योग्य दरारें नहीं आएंगी, तो टीम ने परिणामों की जांच की। उन्होंने पाया कि स्पष्ट बग ही अंतिम विशेषता साबित हुई।

“यह बुरा लगता है। ऐसा लगता है जैसे आप जानकारी खोने जा रहे हैं क्योंकि आप बहुत सारे राज्य हटा रहे हैं,'' अकर्स ने कहा। लेकिन "यह वह सब कुछ है जो आप कभी चाहते थे।"

विशेष रूप से, यह ब्लैक होल से जानकारी कैसे बाहर निकलती है, इस पर 2019 के काम से आगे निकल जाता है। या यों कहें, यह सुझाव देता है कि क्वैबिट शुरुआत से बिल्कुल अंदर नहीं हैं।

रहस्य रूपांतरण के अजीब दूसरे चरण, चयन के बाद में छिपा है। पोस्टसेलेक्शन में वही गणितीय सामग्री शामिल होती है, अर्थात् उलझे हुए साझेदारों का माप, एक पाठ्यपुस्तक क्वांटम प्रक्रिया के रूप में जो एक स्थान से दूसरे स्थान पर जानकारी को टेलीपोर्ट करती है। इसलिए, जबकि रूपांतरण प्रक्रिया एक भौतिक घटना नहीं है जो समय के साथ घटित होती है, यह इस बात पर ध्यान देती है कि जानकारी आंतरिक से बाहरी तक कैसे स्विच होती है।

अनिवार्य रूप से, यदि आंतरिक अंतरिक्ष यात्री ब्लैक होल के जीवन में देर से लिए गए स्नैपशॉट को परिवर्तित करता है, तो उसे पता चलेगा कि जो जानकारी उसके आस-पास के कणों में - या यहां तक ​​​​कि उसके अपने शरीर में - बाहरी परिप्रेक्ष्य से दिखाई देती है, वह वास्तव में हॉकिंग में तैर रही है। बाहर विकिरण. जैसे-जैसे समय बीतता जाएगा, रूपांतरण प्रक्रिया से उसकी दुनिया के अधिक से अधिक अवास्तविक होने का पता चलेगा। ब्लैक होल के गायब होने से तुरंत पहले, अंतरिक्ष यात्री की धारणा के विपरीत होने के बावजूद, उसकी जानकारी लगभग पूरी तरह से बाहर मौजूद होगी, विकिरण में घुली हुई। इस प्रक्रिया को स्नैपशॉट दर स्नैपशॉट ट्रेस करके, समूह एंगेलहार्ड्ट के एन्ट्रापी फॉर्मूला को प्राप्त करने में सक्षम था जिसने 2019 में विकिरण में जानकारी पाई थी। यह भी रूपांतरण की हानि का एक उपोत्पाद है।

संक्षेप में, रूपांतरण बताता है कि कैसे एक अंतरिक्ष यात्री अनजाने में एक आंतरिक अनुभव कर सकता है जो परिपक्व होने के साथ-साथ बाहर की वास्तविकता से अधिक से अधिक अलग हो जाता है। उनका तर्क है कि हॉकिंग की गलती यह थी कि उन्होंने खुद को पूरी तरह से आंतरिक अंतरिक्ष यात्री के स्थान पर रख दिया और यह मान लिया कि अर्धशास्त्रीय भौतिकी ब्लैक होल के अंदर और बाहर दोनों जगह पूरी तरह से अच्छी तरह से काम करती है।

उन्हें इस बात का एहसास नहीं था, जैसा कि अब हार्लो और कंपनी का मानना ​​है, कि अर्धशास्त्रीय भौतिकी उन घटनाओं और प्रयोगों को सटीक रूप से पकड़ने में विफल रहती है जिनके लिए घातीय जटिलता की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, विकिरण में छिपी हुई जानकारी को डिकोड करने में काफी लंबा समय लगेगा, यही कारण है कि उनका अर्धशास्त्रीय विश्लेषण गलती से विकिरण के फीचरहीन होने की भविष्यवाणी करता है। विशेषताएँ वहाँ हैं; उन्हें उजागर करने में ब्रह्माण्ड की कई गुना अधिक आयु लगेगी।

इसके अलावा, एक कारण यह भी है कि ब्लैक होल की सतह का आकार सिकुड़ने पर आंतरिक सूचना क्षमता बढ़ती दिखाई देती है: अर्धशास्त्रीय गणना में गलती से बड़ी संख्या में जटिल अवस्थाएँ शामिल हो जाती हैं जिनके बाहर क्वांटम समकक्ष नहीं होते हैं। यदि भौतिक विज्ञानी उन तरीकों को ध्यान में रखते हैं जो जटिलता अर्धशास्त्रीय भौतिकी के साथ खिलवाड़ कर सकती है, तो अंदर अंतरिक्ष-समय की तस्वीर और बाहर की क्वांटम तस्वीर के बीच टकराव वाष्पित हो जाता है।

हार्लो ने कहा, "अब हम विरोधाभास के माध्यम से एक सुसंगत रास्ता देखते हैं।"

ब्लैक होल भ्रम

हालाँकि, हार्लो के पूरे विश्वास के बावजूद, ब्लैक होल समुदाय के अन्य लोगों के पास बहुत सारे प्रश्न हैं।

प्रमुख सीमा यह है कि कोड जिन सिद्धांतों को जोड़ता है वे बेहद सरल हैं। क्वांटम मैकेनिकल विवरण में क्वैबिट का एक संग्रह होता है जो जानकारी प्रसारित करता है। अर्धशास्त्रीय विवरण में एक घटना क्षितिज द्वारा बाहरी हिस्से से आंतरिक भाग को अलग किया गया है। और बस। वहां कोई गुरुत्वाकर्षण नहीं है, और अंतरिक्ष-समय का कोई एहसास नहीं है। कोड में विरोधाभास की मुख्य विशेषताएं हैं, लेकिन इसमें कई विवरणों का अभाव है जो यह तर्क देने के लिए आवश्यक होंगे कि वास्तविक ब्लैक होल इसी तरह से काम करते हैं।

मैलोनी ने कहा, "हमेशा की तरह आशा है कि आपके पास एक खिलौना मॉडल है जिसमें आपने सभी महत्वपूर्ण भौतिकी को निकाल लिया है और सभी महत्वहीन भौतिकी को त्याग दिया है।" "यह सोचने के बहुत अच्छे कारण हैं कि यह सच है, लेकिन फिर भी सतर्क रहना महत्वपूर्ण है।"

बहुत सारे वैकल्पिक समाधान मौजूद हैं, और वास्तविक गुरुत्वाकर्षण अभी भी उन तरीकों में से एक में विरोधाभास को हल कर सकता है। उदाहरण के लिए, ओहियो राज्य के माथुर ऐसे एक विकल्प का अध्ययन करने वाले एक शोध कार्यक्रम का नेतृत्व करते हैं। स्ट्रिंग सिद्धांत में एक टूटते तारे का क्या होगा इसका विश्लेषण करते समय, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने पाया कि तारें टूटने को रोक सकती हैं। वे एक छटपटाता हुआ समूह बनाते हैं, एक "फ़ज़बॉल, '' जिसकी जटिल उलझन एक घटना क्षितिज - और एक विरोधाभास - को बनने से रोक देगी। माथुर नए समाधान पर विभिन्न आपत्तियाँ उठाते हैं और आम तौर पर मानते हैं कि हानिपूर्ण कोड एक अत्यधिक जटिल प्रस्ताव है। उन्होंने कहा, "सूचना विरोधाभास को बहुत पहले ही सुलझा लिया गया था।" (फ़ज़बॉल द्वारा।)

इस बीच मैरोल्फ, जिन्होंने 2019 में विकिरण में जानकारी का पता लगाने के लिए एंगेलहार्ट के साथ काम किया था, को संदेह है कि उनका समाधान अत्यधिक रूढ़िवादी हो सकता है। उन्होंने कहा, "मेरी चिंता यह है कि यह लगभग बहुत आसान है।"

वह हानि पर घुटता है, जिसका अर्थ है कि कोड अपने वर्तमान स्वरूप में केवल आंतरिक अंतरिक्ष यात्री को अद्वितीय उत्तर देता है। यदि कोई बाहरी अंतरिक्ष यात्री तस्वीर लेता है और जानना चाहता है कि यह अंदर के बारे में क्या कहता है, तो उसे कोड द्वारा मिटाए गए अर्धशास्त्रीय पिक्सेल पर अनुमान लगाना होगा। भले ही वे अवस्थाएँ कुछ अर्थों में भ्रामक हों, वे अंदर के मानवीय अनुभव को समझने के लिए आवश्यक हैं। कुछ अनुमानों के अनुसार, उसे एक शांत आंतरिक भाग मिल सकता है। दूसरों में, एक उग्र फ़ायरवॉल. इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि क्वांटम सिद्धांत बाहर कितना परिष्कृत है, यह निश्चित रूप से कभी नहीं कह पाएगा कि अगर वह इसमें कूद गया तो उसे क्या मिलेगा।

"यह मुझे थोड़ा परेशान करता है," मैरोल्फ ने कहा। "मैंने सोचा होगा कि एक सिद्धांत जो मौलिक है उसे हर चीज़ की भविष्यवाणी करनी चाहिए - जिसमें हम वास्तविकता के रूप में अनुभव करते हैं।"

घाटा बढ़ रहा है

आरंभिक प्रस्ताव के बारे में कुछ संशयवादी तब से इस विचार पर आ गए हैं, जिनमें कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, डेविस के एक कंप्यूटर वैज्ञानिक इसहाक किम और कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के क्वांटम भौतिक विज्ञानी और उपस्थित दिग्गजों में से एक जॉन प्रेस्किल शामिल हैं। 2013 फ़ायरवॉल शोडाउन।

किम ने कहा, "हमने अंगूर के माध्यम से सुना कि यह काम आ रहा है।" "ऐसा लग रहा था जैसे कुछ गलत हो गया है।"

पोस्टसेलेक्शन के इस्तेमाल से किम घबरा गए थे। चयन के बाद के पिछले अनुप्रयोगों में टाइम मशीनों और अनुचित रूप से शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटरों के ब्लूप्रिंट शामिल थे, इसलिए इसकी उपस्थिति एक लाल झंडे के रूप में सामने आई। उन्हें संदेह था कि प्रारंभिक कोड से गायब विवरण, जैसे कि यह एक अंतरिक्ष यात्री के लिए कैसे काम करता है जो बाहर विकिरण को मापता है और फिर अंदर गिरता है, पोस्टसेलेक्शन के साथ मिलकर बाहरी परिप्रेक्ष्य को भी खराब कर सकता है और वहां की जानकारी को हटा सकता है।

फिर दिसंबर में, किम और प्रेस्किल कोड को अपग्रेड किया गया और पाया कि ब्लैक होल बाहरी चित्र में सुरक्षित रूप से जानकारी प्रसारित करता रहा। उन्होंने यह भी पाया कि चयन के बाद ब्लैक होल के लिए बेतुकी शक्तिशाली गणना करने या अंतरिक्ष यात्रियों को भविष्य में वापस भेजने के लिए एक बचाव का रास्ता नहीं था।

“उल्लेखनीय रूप से इस मॉडल के भीतर, भले ही आप पोस्टसेलेक्शन की अनुमति देते हैं, लेकिन ऐसा नहीं होता है,” उन्होंने कहा। "इससे मुझे यकीन हुआ कि यहां कुछ सही हो रहा है।"

डेवोल्फ और उनके सहयोगी केनेथ हिगिनबोथम हानिपूर्ण कोड को और अधिक सामान्यीकृत किया गया अप्रेल में। उन्होंने यह भी निष्कर्ष निकाला कि यह गिरने वाले अंतरिक्ष यात्रियों का सामना कर सकता है।

अन्य शोधकर्ताओं ने पिछले कुछ महीने यह जाँचने में बिताए हैं कि क्या गुरुत्वाकर्षण के उनके पसंदीदा सिद्धांत हानि को छिपा रहे हैं। अक्टूबर में, ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय के अर्जुन कर हार्लो और सहकर्मियों का हानिपूर्ण कोड पोर्ट किया गया 2डी गुरुत्वाकर्षण के एक प्रसिद्ध सिद्धांत में और पाया कि यह कायम है। उन्होंने कहा, "ऐसा लगता है कि वे वास्तव में क्वांटम त्रुटि सुधार के बारे में कुछ दिलचस्प बात पर पहुंच गए हैं।"

इस पथ पर आगे बढ़ना - गुरुत्वाकर्षण के अधिक सिद्धांतों में हानि की खोज करना - भौतिकविदों का मुख्य तरीका है जिससे यह विश्वास पैदा होता है या नष्ट हो जाता है कि वास्तविक गुरुत्वाकर्षण वास्तव में इस तरह काम करता है। किसी प्रयोग द्वारा कोड की जांच करने का सपना बहुत कम लोग देखते हैं।

"यह स्पष्ट नहीं है कि हम इस खाते का परीक्षण कैसे करेंगे," आरोनसन ने कहा, "इसके शीर्ष पर गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम सिद्धांत को आगे बनाने की कोशिश करने और यह देखने के अलावा कि क्या वह सिद्धांत सफल है।"

हालाँकि, हार्लो एक स्वप्नद्रष्टा है। “मुझे नहीं लगता कि यह असंभव है। यह बहुत कठिन है,” उन्होंने निम्नलिखित विचार प्रयोग प्रस्तुत करते हुए कहा।

आप एक बॉक्स में एक छोटा सा ब्लैक होल रखें और उसमें से निकलने वाले हॉकिंग विकिरण के प्रत्येक फोटॉन को कैप्चर करें, और उस सारी जानकारी को क्वांटम कंप्यूटर में संग्रहीत करें। क्योंकि आंतरिक कण के दृष्टिकोण से वह जानकारी ब्लैक होल के अंदर मौजूद प्रतीत होती है, विकिरण में हेरफेर करने से कण पर तुरंत प्रभाव पड़ सकता है - किसी भी भौतिक विज्ञानी को परेशान करने के लिए इतनी दूरी पर एक सच्ची कार्रवाई। हार्लो ने कहा, "मैं उस विकिरण के बारे में कुछ नहीं कर सकता जो इंटीरियर में कुछ भी बदल देता है।" "यह एक असफलता है जो इसलिए आई क्योंकि आपने जटिलता की सीमा पार कर ली है।"

लेकिन इस तरह के प्रयोग के बारे में कल्पना करने के लिए भी, हार्लो को खुद को पर्याप्त समय देने के लिए एक शाश्वत ब्रह्मांड में जाना होगा, क्योंकि हमारे विस्तारित ब्रह्मांड में गतिविधि खरबों गुना कम हो जाएगी, इससे पहले कि कोई सबसे छोटे विकिरण में हेरफेर करने की उम्मीद कर सके। ब्लैक होल्स। (इसके अतिरिक्त, सुस्किंड और अन्य लोग इस पर काम कर रहे हैं संबंधित कोण ब्लैक होल पहेली में हाल ही में जटिलता और अथाह लंबी अवधि से संबंधित अतिव्यापी विचार पाए गए हैं।)

फिर भी, हार्लो ब्रह्मांड की गर्मी से होने वाली मृत्यु जैसी छोटी-छोटी जानकारियों से विचलित नहीं होता है। उनका मानना ​​है कि यदि लगभग हल्की गति से यात्रा करने वाली ट्रेनों से जुड़े असंभव विचार प्रयोग आइंस्टीन के लिए काफी अच्छे थे, तो वे उनके लिए भी काफी अच्छे थे।

"हमारे पास अभी भी रेलगाड़ियाँ नहीं हैं, लेकिन [सापेक्षता] के कई अन्य चीजों पर भी परिणाम हैं जिनका हमने परीक्षण किया," उन्होंने कहा।

भौतिक साक्ष्यों से संबंध रखने वाले ब्लैक होल भौतिकविदों की लंबी कतार में हार्लो नवीनतम है, जो आकस्मिक पर्यवेक्षकों को आश्चर्यजनक लग सकता है। आख़िरकार, किसी ने भी हॉकिंग विकिरण का एक भी फोटॉन नहीं देखा है, और कोई भी कभी नहीं देखेगा। यह बहुत कमज़ोर है, भले ही आपने जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप को एक वास्तविक ब्लैक होल के चारों ओर कक्षा में पार्क किया हो।

लेकिन इसने भौतिकविदों की कई पीढ़ियों को, स्टीफन हॉकिंग और लियोनार्ड सुस्किंड से लेकर नेट्टा एंगेलहार्ट, क्रिस एकर्स और दर्जनों अन्य को, इस बात पर उत्साहपूर्वक बहस करने से नहीं रोका है कि सैद्धांतिक स्नान के साथ-साथ ब्लैक होल से बाहर आने वाले संघर्षों के बंडल को कैसे संभाला जाए। फोटॉनों का.

यहां तक ​​​​कि जब वे अपने मामलों का निर्माण और सुदृढ़ीकरण करते हैं, तो वे स्वीकार करते हैं कि यह देखने का एकमात्र निर्णायक तरीका है कि क्या ब्लैक होल परम ब्रह्मांडीय जेल का प्रतिनिधित्व करते हैं या एक ज्वलंत मौत की सजा का प्रतिनिधित्व करते हैं, मूल अकल्पनीय विचार प्रयोग शुरू करना है।

पेनिंगटन ने कहा, "अगर दो लोग हैं जो अपनी असहमति को सुलझाने के अलावा किसी और चीज़ की परवाह नहीं करते हैं, तो वे बस इसमें कूद सकते हैं।" "या तो वे दोनों तुरंत वाष्पीकृत हो जाते हैं और वे इसे कभी भी हल नहीं करते हैं, या वे इसे अंदर बनाते हैं और उनमें से एक कहता है, 'ओह, काफी हद तक सही है, मैं गलत था।'"

संपादक का नोट: डैनियल हार्लो और क्रिस एकर्स सहित इस लेख में शामिल कई वैज्ञानिकों को सिमंस फाउंडेशन से धन प्राप्त हुआ है, जो संपादकीय रूप से स्वतंत्र पत्रिका को भी वित्त पोषित करता है। सिमंस फाउंडेशन के फंडिंग निर्णयों का हमारे कवरेज पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। अधिक विवरण हैं यहाँ उपलब्ध.