Svarta hål, perspektiv och delad verklighet
Svarta hål, perspektiv och delad verklighet: en spekulativ not
Det finns ett tankeexperiment som har följt svart-hålsfysiken i decennier. Alice faller in i ett svart hål. Bob stannar utanför och observerar. Vad är det egentligen som “händer”, och vad kan de två med rätta säga att de ser?
Ur Bobs perspektiv (mer exakt: i Bobs koordinattid) närmar sig Alice horisonten utan att nå fram. Hennes signaler blir allt mer rödförskjutna och allt mer utdragna i tiden; bilden av henne “fryser” asymptotiskt nära horisonten och bleknar.
Om Bob dessutom väntar extremt länge – för ett tillräckligt massivt svart hål kan det röra sig om tider i storleksordningen 10100 år – förväntar sig den semiklassiska bilden att svart hålet långsamt avdunstar genom Hawking-strålning. Horisonten krymper och försvinner. Men om Alice aldrig passerade horisonten i Bobs beskrivning: vad blev det då av henne när horisonten till sist inte längre finns?
Ur Alices perspektiv är historien en annan. Hon faller fritt och passerar horisonten utan något lokalt dramatiskt. Ekvivalensprincipen säger att fritt fall lokalt inte kan skiljas från viktlöshet; en “snäll” horisont är i sig ingen plats där krökningen måste vara stor. Efter passagen fortsätter hon inåt. För ett icke-roterande svart hål av stjärnmassa är den egna (proper) tiden från horisont till singularitet kort.
Två berättelser, radikalt olika. Länge har man kunnat säga: “De är bara olika beskrivningar av samma fysik.” Men en serie argument som kulminerade i AMPS-paradoxen (Almheiri, Marolf, Polchinski & Sully, 2012) visar att spänningen kan vara skarpare: i vissa läsningar tycks beskrivningarna inte kunna samexistera utan att något grundläggande får ge vika.
Paradoxens kärna
AMPS-argumentet utgår från tre principer som var och en ser rimlig ut i sitt naturliga sammanhang:
- Unitaritet. Kvantmekanikens standardpostulat: tidsutvecklingen är unitär och information förstörs inte.
- Ekvivalensprincipen. För en fritt fallande observatör ska horisonten, i den “snälla” situationen, inte uppträda som en fysisk barriär.
- Lokalitet. Kvantfältteori är lokal i den meningen att rumsligt separerade frihetsgrader inte kan påverka varandra godtyckligt snabbt.
I grova drag är knuten följande. Om unitaritet ska gälla måste den sena Hawking-strålningen kunna bära ut information; då krävs starka kvantkorrelationer (sammanflätning) mellan sen och tidig strålning, åtminstone efter den så kallade Page-tiden. Samtidigt kräver ett “normalt” vakuum vid horisonten att den utgående strålningen nära horisonten är sammanflätad med sin inre partner-mod. Men kvantmekanikens monogami av sammanflätning säger att ett system inte kan vara maximalt sammanflätat med två oberoende system samtidigt. Resultatet blir en motsägelse om man försöker hålla fast vid alla tre principerna samtidigt.
De klassiska svaren är välkända: eldväggar vid horisonten (ge upp ekvivalensprincipen), icke-lokalitet i någon form (ge upp lokalitet), eller informationsförlust (ge upp unitaritet). Varje väg har ett tydligt pris.
En annan diagnos
Jag har arbetat med ett filosofiskt ramverk som jag kallar Observer-Equivariance (OE). Grundtanken är enkel: fysikalisk objektivitet förstås som det som är invariant – eller åtminstone sammanhängande – under byten av observatörsperspektiv. Olika perspektiv ger olika beskrivningar; det objektiva innehållet är det som kan identifieras tvärs över dessa beskrivningar utan att man smugglar in ett privilegierat “utsiktstorn”.
Översatt till svart-hålsproblemet: Alice och Bob representerar två perspektiv. Deras respektive beskrivningar är projektioner av dessa perspektiv till en gemensam strukturell domän av påståenden vi vill kalla “fysik”. AMPS kan då läsas som frågan: varför går det inte alltid att “sy ihop” de två projektionerna till en enda sammanhängande struktur?
Mitt förslag är att paradoxen delvis drivs av ett extra antagande som ofta ligger i bakgrunden: att Alice- och Bob-perspektivet kan behandlas som klassiskt åtskilda och oberoende, även vid horisonten.
Kvantperspektiv
Arbetet om Quantum Reference Frames (QRF) har gjort en sak begreppsligt tydlig: referensramar och “observatörer” kan själva modelleras som kvantsystem. Då är “perspektiv” inte nödvändigtvis en klassisk etikett utanför teorin, utan något som i princip kan ingå i den kvantmekaniska beskrivningen och vara kvantkorrelerat.
Om man tar detta på allvar bör man åtminstone vara öppen för att den klassiska åtskillnaden mellan perspektiv kan bryta ned när man pressar teorin till gränsen. Och få miljöer är mer extrema än området kring en svart håls-horisont, där vi samtidigt vill kombinera kvantfältteori med gravitation.
Hypotesen blir då: vid horisonten är “Alice-perspektivet” och “Bob-perspektivet” inte längre oberoende delar av en gemensam klassisk struktur. De blir i stället kvantkorrelerade delar av en mer sammansatt perspektivstruktur. I en sådan situation kan frågan “Vad ser Alice, och vad ser Bob, och varför stämmer det inte ihop?” vara felställd på samma sätt som vissa klassiska frågor blir felställda för ett kvantsystem i superposition.
Vad upplever Alice?
Här finns en obekväm punkt: om Alices perspektiv inte längre kan behandlas som strikt skilt från Bobs, vad betyder det då att tala om “vad hon upplever” vid horisonten?
Jag vet inte, och vi har ingen etablerad teori som ger ett säkert svar. Men man kan åtminstone skissa en möjlighet som harmonierar med en annan bärande idé i modern teori: holografi.
Den holografiska principen (i vid mening) säger att informationen om det som faller in i ett svart hål kan kodas på horisonten. Då är “interiören” inte nödvändigtvis ett separat lager av frihetsgrader, utan en annan representation av samma underliggande information.
Som metafor: en melodi kan beskrivas som en följd av toner i tid, men den kan också representeras som ett frekvensspektrum. Det är inte två melodier, utan två representationer av samma struktur. Metaforen är förstås begränsad, men poängen är enkel: en förändring av representation behöver inte innebära förintelse.
I det ljuset kan man formulera en försiktig tanke: kanske är “vad som händer med Alice” inte bäst beskrivet som antingen (i) att hon ostört passerar genom en helt oskyldig horisont, eller (ii) att hon möter en fysisk vägg. Kanske är det relevanta i stället en slags kodning eller omskrivning, där de frihetsgrader som i en beskrivning framträder som “Alices fortsatta inre historia” i en annan beskrivning framträder som information i den utgående strålningen.
Det vore inte en lösning i sig, men det pekar mot en annan typ av diagnos: konflikten kan bero på att vi kräver en alltför klassisk uppdelning av perspektiv och frihetsgrader i en regim där vi borde räkna med att uppdelningen själv är dynamisk och kvantmekanisk.
Vad vi vet – och vad vi inte vet
Det är viktigt att skilja robusta resultat från spekulation:
- Robust inom sin domän: Hawkings effekt följer ur kvantfältteori på klassisk bakgrund. AMPS-paradoxen pekar på en verklig spänning mellan djupt rotade principer. Holografiska idéer har starkt stöd i flera formella sammanhang, särskilt via AdS/CFT.
- Spekulativt här: Antagandet att perspektiv vid horisonten blir sammanflätade på ett sätt som undergräver den klassiska “Alice vs Bob”-uppdelningen. Likaså idén om en konkret “transformation” av Alices perspektiv till en horisontkodning i en form som kan kopplas direkt till en framtida teori om kvantgravitation.
Vi saknar en experimentellt förankrad teori för kvantgravitation. Vi har inte observerat Hawking-strålning direkt. Vi vet därför inte hur horisonten bör beskrivas i den fulla teorin. Det jag skissar här är inte en lösning, utan ett sätt att omformulera vad som kan vara fel med den intuitiva fråga vi ställer.
En gemensam verklighet
Min gissning är att en framtida teori kommer att visa att Alice- och Bob-beskrivningarna är två aspekter av en gemensam verklighet – inte två berättelser där den ena måste förkastas. Inte för att någon av dem “har fel”, utan för att båda är projektioner av en struktur som är rikare än våra klassiska kategorier för perspektiv, observation och lokalitet.
OE-sättet att uttrycka detta är: objektivitet är inte ett privilegierat perspektiv, utan den sammanhängande kärna som kan identifieras tvärs över perspektiv. Och om perspektiv själva blir kvantmekaniska i extremregimer, kan den invarianta kärnan vara något vi ännu inte har ett stabilt språk för.
Det återstår för teorin att visa vad detta betyder i detalj. Men vi kan åtminstone förbereda oss genom att vara noggranna med vad vi menar med “perspektiv” och med vilka antaganden som smyger sig in när vi försöker göra två beskrivningar förenliga.
Gustaf Ullman, december 2025
Kommentarer