(Le risposte di Mark H e B.fox sono state pubblicate mentre veniva scritta questa. Questa risposta dice la stessa cosa con parole diverse, ma Sono andato avanti e l'ho postato comunque perché a volte dire la stessa cosa con parole diverse può essere utile.)
La chiave è apprezzare la differenza tra la perdita di informazioni in pratica e la perdita di informazioni in linea di principio .
Se scrivi "La mia password è 12345" su un pezzo di carta e poi lo bruci, le informazioni potrebbero andare perse per tutti scopi pratici , ma ciò non significa che le informazioni siano perse in principio . Per vedere la differenza, confronta questi due scenari:
Ciò che accade esattamente in entrambi gli scenari dipende da molti dettagli, come la disposizione specifica delle molecole nel pezzo di carta e nell'inchiostro, i dettagli specifici della fiamma che è stata utilizzata per accendere la carta, la disposizione specifica delle molecole di ossigeno nel l'atmosfera vicino alla carta in fiamme, ecc. ecc. ecc. La varietà di risultati possibili è ugualmente vasta, con i possibili risultati che differiscono l'uno dall'altro nei dettagli specifici di quali parti del foglio sono finite come quali pezzi di cenere, le cui molecole finirono per ossidarsi e andare alla deriva in questa direzione, ecc. ecc. ecc. Questo è il motivo per cui le informazioni vengono perse in pratica
Tuttavia, secondo le leggi della fisica così come le intendiamo oggi, tutti i risultati fisicamente possibili nello scenario 1 sono diversi da tutti dei risultati fisicamente possibili nello Scenario 2. Non c'è modo di iniziare con un pezzo di carta che dice "La mia password è 12345" e finire con esattamente lo stesso stato finale (a livello molecolare ) come se il pezzo di carta avesse detto "La mia password è ABCDE". In questo senso, le informazioni non vengono perse in linea di principio.
In altre parole, le leggi della fisica così come le intendiamo oggi sono reversibili in linea di principio anche se non sono reversibili nella pratica. Questa è una delle idee chiave alla base del modo in cui la seconda legge della termodinamica deriva dalla meccanica statistica.
Il paradosso dell'informazione del buco nero dice che la nostra attuale comprensione della fisica è necessariamente imperfetta. O le informazioni vengono veramente perse in linea di principio quando un buco nero evapora, oppure lo spazio-tempo come lo conosciamo è solo un concetto approssimativamente valido che fallisce in questo caso, oppure qualche altra cosa altrettanto drastica. Penso che sia importante capire che il paradosso dell'informazione del buco nero è non ovvio per la maggior parte delle persone (certamente non per me, e forse non per nessuno). A testimonianza di quanto non sia ovvio, ecco alcuni articoli di revisione scritti principalmente per un pubblico che comprende già sia la relatività generale che la teoria quantistica dei campi:
[1] Marolf (2017), "The Black Hole information problem: past, present, and future", http://arxiv.org/abs/1703.02143
[2] Polchinski (2016), "The Black Hole Information Problem", http://arxiv.org/abs/1609.04036
[3] Harlow (2014), "Jerusalem Lectures on Black Holes and Quantum Information", http://arxiv.org/abs/1409.1231
[4] Mathur (2011), "What the information paradox is not", http: //arxiv.org/abs/1108.0302
[5] Mathur (2009), "The information paradox: A pedagogical intro- duction", http://arxiv.org/abs/0909.1038
La sezione 2 in [1] dice:
La fisica convenzionale implica che l'effetto Hawking differisca fondamentalmente dalla familiare emissione termica di oggetti caldi come stelle o legna che brucia. Per spiegare questa differenza, ... [dettagli tecnici]
La sezione 4.2 in [2] dice:
La masterizzazione altera qualsiasi informazione iniziale, rendendola difficile da decodificare, ma in linea di principio è reversibile. ... Una reazione iniziale comune all'affermazione di Hawking è che un buco nero dovrebbe essere come qualsiasi altro sistema termico ... Ma c'è una differenza: il carbone non ha orizzonte. I primi fotoni del carbone sono intrappolati con le eccitazioni all'interno, ma queste ultime possono imprimere il loro stato quantistico sui fotoni in uscita successivi. Con il buco nero, le eccitazioni interne sono dietro l'orizzonte e non possono influenzare lo stato dei fotoni successivi.
Lo scopo di elencare questi riferimenti / estratti è semplicemente dire che il paradosso è non ovvio .
Il punto di questa risposta è principalmente quello di dire che la masterizzazione di una lettera o l'eliminazione di un disco rigido sono in linea di principio reversibili (nessuna perdita di informazioni in linea di principio) anche se rendono le informazioni praticamente inaccessibili, perché ricostruendo il messaggio originale dalle sue ceneri ( e la radiazione infrarossa che è sfuggita allo spazio e le molecole che si sono dissipate nell'atmosfera, ecc., ecc., ecc.) sono a dir poco proibitive.
Nota aggiunta: Un commento dell'OP ha sottolineato che la risposta precedente trascura di considerare la questione della misurazione. Questo è un problema importante da affrontare, dato che la misurazione di un osservabile impedisce la misurazione simultanea di un osservabile reciprocamente non commutabile. Quando diciamo che le leggi della fisica come le conosciamo attualmente sono "reversibili", stiamo ignorando il famigerato problema di misurazione della fisica quantistica, o almeno sfruttando la libertà di differire indefinitamente l'applicazione del "postulato della proiezione". Una volta che le conseguenze di un evento di misurazione hanno iniziato a proliferare nel sistema esteso, il sistema esteso si impiglia con la quantità misurata in modo praticamente irreversibile. (L'impossibilità di misurare simultaneamente osservabili non commutabili con perfetta precisione è implicita in questo.) È ancora reversibile in linea di principio, tuttavia, nel senso che stati iniziali distinti producono stati finali distinti - a condizione che conserviamo lo stato finale completamente entangled. Questo è ciò che i fisici hanno in mente quando dicono che le leggi della fisica così come le conosciamo attualmente sono "reversibili". Il paradosso dell'informazione del buco nero ne tiene conto. Il paradosso non si risolve differendo indefinitamente gli effetti della misurazione nel caso del buco nero, né si risolve applicando il "postulato della proiezione" non appena si riesce a farla franca nel caso del pezzo di carta in fiamme. (Di nuovo, il paradosso delle informazioni di BH è non ovvio , ma tutte queste cose sono state attentamente considerate e non risolvono il paradosso.)
Dato che non sappiamo nemmeno come risolvere il problema della misurazione, suppongo che dovremmo rimanere aperti alla possibilità che il paradosso dell'informazione del buco nero e il problema della misurazione possano essere correlati in un modo ancora sconosciuto.Tale connessione non è al momento chiara e sembra improbabile alla luce della corrispondenza AdS / CFT [6] [7], che sembra fornire una teoria ben definita della gravità quantistica che è completamente reversibile nel senso sopra definito -ma in un universo con una costante cosmologica negativa, a differenza dell'universo reale che ha una costante cosmologica positiva [8].Che i due misteri siano collegati o meno, penso che sia giusto dire che abbiamo ancora molto da imparare su entrambi.
[6] Introduzione ad AdS / CFT
[7] Background per comprendere il principio olografico?
[8] Come definire il confine di uno spazio infinito nel principio olografico?