Космический шредер: куда на самом деле деваются ваши биты информации в чёрной дыре?

[ilriv]

Откуда следует что информация не может исчезнуть?

[avshkol]

Да, информация может исчезать без следа.

Представьте атом водорода, электрон которого поглотил фотон в точке А, летевший в определенном направлении (и перешел на более высокую орбиту), а потом излучил фотон в другом направлении. При этом ни в излученном фотоне , ни в электроне, ни в атоме не осталось никакой информации, где и когда был поглощен этот фотон.

[Radisto]

Но зная вылетевший фотон и отдачу атома водорода, можно вычислить, где и когда. Информация не делась, он по прежнему с нами, в дочернем фотоне и водороде

[avshkol]

Вылетевший фотон вылетит в абсолютно случайном направлении, его частота будет определяться тем, с какой орбиты на какую он перешёл.

[ARad]

Из квантовой механики и квантовой теории поля. Но это так только для квантовой вселенной целиком (многомировая интерпретация). Для классической вселенной (копенгагенская интерпретация) это не так. Там при каждом коллапсе волновой функции происходит стирание огромного объема информации.

Поэтому физики которые придерживаются копенгагенской интерпретации должны сразу соглашаться с тем, что информация стирается при каждом коллапсе волновой функции, а значит в том что информация стирается парадокса нет. И в том числе она стирается и в черной дыре и в этом тоже нет парадокса для копенгагенской интерпретации.

При многомирой же интерпретации информация не стирается в целом, но она разбивается на маленькие порции по каждой из классических вселенных. А так мы живем только в одной классической вселенной, то и получается что из нашей классической вселенной она тоже стирается.

Т.е. результат с нашей точки зрения выглядит примерно одинаково.

[ilriv]

Следствия из законов квантовой механики должны действовать только в области применимости квантовой механики.

То есть если мы сложим из кубиков слово "ПРИВЕТ", эта информация рано или поздно исчезнет без следа. Кубики же не квантовые объекты.

[ARad]

В квантовой механике все состоит из элементарных квантовых объектов. Которые живут в квантовой вселенной. В том числе и кубики будут состоять из огромного количества элементарных квантовых объектов. Так вот в квантовой вселенной исходя из уравнений квантовой механики, никакая информация не стирается.

[ilriv]

В квантовом мире (микромире) информация сохраняется какое-то время. Но это время ограничено. Например квантовая запутанность (информация о состоянии связанных квантовых частиц) сохраняется недолго, и в этом заключается основная проблема квантовых технологий.

В макромире закон сохранения информации нарушается очень быстро, так же как и другие квантовые законы. Основной враг это тепловые флуктуации.

[ARad]

По уравнениям квантовой механики квантовая запутаность сохраняется навсегда. Это только в копенгагенской интерпретации она пропадает в процессе измерения. В уравнениях КМ нет никакого измерения, как и в многомировой интерпретации, и там квантовая запутаность сохраняется навсегда.

[ilriv]

На практике квантовая запутанность исчезает очень быстро (неважно, есть наблюдатель или нет), это серьезная техническая проблема. Уравнения КМ справедливы в изолированном пустом пространстве, где можно пренебречь воздействием сторонних частиц. Но в реальности в каждой точке мы имеем множество волновых функций сторонних частиц и любая из них может разрушить рассматриваемый квантовый ансамбль.

Квантовые уравнения для одной частицы обратимы по времени. Но для системы многих частиц проявляется уже необратимость взаимодействия.

[ARad]

Квантовые системы обратимы по времени при любом количестве квантовых частиц. Вы ошибаетесь думая что уравнения квантовой механики зависят от их количества. Нет такого числа начиная с которого квантовая система становится необратимой по времени. Если вам оно известно, напишите научную работу и получите Нобелевскую премию.

В уравнениях квантовой механики нет ничего другого, кроме квантовых частиц, а все взаимодействия между ними обратимы по времени.

Наша вселенная состоит только из квантовых частиц, так что если брать не её классическую часть, а полные квантовые состояния всех частич нашей вселенной, то там нет потери информации, другое дело что это справедливо только для полной квантовой вселенной, а мы видим только одну классическую, поэтому во вселенной которую мы видим информация постоянно теряется.

[ilriv]

Квантовые системы необратимы, потому что практически невозможно отменить уже произошедший квантовый эффект. Например если электрон вырвался из атома под действием солнечного света (фотоэффект), он уже не возвращается без внешнего воздействия. Если вы увидели дифракционную картину, вы уже не сможете отменить это наблюдение, оно уже произошло.

Поэтому одна-единственная частица в пустой вселенной удовлетворяла бы закону сохранения информации, но при имеющемся огромном количестве частиц этот закон не действует.

[ARad]

Обратимость по времени не означает что процессы можно запустить в обратном направлении в реальности. В реальной вселенной этого не сделать, никто про это не говорит.

То что информация не пропадает означает, что имея состояние системы в любой момент времени мы можем рассчитать как что будет дальше, что для классических систем и классической физики не удивительно, но и то что было в прошлом в точности в любое момент до этого — из пепла восстанавливать рукописи.

Информация о том как получился тот пепел сохранятся полностью, просто она размазана по всей квантовой вселенной. И в теории квантовую вселенную можно отмотать назад от любого момента времени до любого момента в прошлом.

Квантовая вселенная абсолютно детерминированная система как в будущее так и в прошлое. Вот что означает обратимость по времени и то что информация никуда не пропадает. Если бы информация пропадала, то рассчитать прошлое было бы нельзя.

[ilriv]

То что в реальной вселенной квантовые процессы необратимы, означает что закон сохранения информации не сохраняется.

Вот например электрон №1 прошёл через светодиод, выбил фотон света, этот фотон попал на фотоэлемент и выбил электрон №2. Внимание вопрос: если мы измерим характеристики системы в конце процесса, мы сможем определить каким был спин электрона №1 до этого процесса? Нет, эта информация утеряна потому что процесс необратим.

Детерминированность квантовой вселенной ничего нам не дает потому что мы не можем прокрутить фарш назад, не можем из текущего состояния частицы вычислить предыдущие состояния.