Nicholas Warner vill ta reda på hur materia beter sig vid universums mest extrema gräns. Warner, professor i fysik och astronomi och matematik vid USC Dornsife, fick nyligen ett prestigefyllt bidrag från European Research Council för att studera ett problem som först avslöjades av Stephen Hawking - informationsparadoxen om svarta hålet.

Så vad är egentligen denna paradox?

Svarta hål definieras av deras enorma gravitationsfält - fält som är tillräckligt kraftfulla för att fånga ljus såväl som materia. Denna fråga innehåller information, som dess sammansättning, massa och position. Eftersom svarta hål kollapsar över sig själva, allt blir så komprimerat att moderna förståelser av fysik också kollapsar.

"Det enklaste sättet att beskriva det, "säger Warner, "är att en av egenskaperna hos svarta hål är att när saker väl finns inuti dem, de är utan prestanda från utsidan. Så när du gör ett svart hål, du har i huvudsak raderat utifrån all information om hur du gjorde det. "

Enligt de nuvarande fysikaliska lagarna, denna information måste alltid bevaras, även när de är fångade i dessa svarta hål. På 1980 -talet, Stephen Hawking insåg att dock, att eftersom svarta hål har en temperatur, de måste avdunsta över tiden genom en process som kallas Hawking -strålning. Denna process skulle förstöra informationen som det svarta hålet bevarade. Denna skillnad kallas informationsparadoxen för det svarta hålet.

Warner liknar problemet med rättsmedicinsk vetenskap - att försöka rekonstruera en brottsplats från blodstänk och fingeravtryck. Bildandet och avdunstningen av ett svart hål raderar allt från brottsplatsen, men detta är förbjudet av kvantmekanik. Detta problem har funnits i cirka 40 år, och Warner började arbeta med det 2007:Han använder strängteori för att avslöja den dolda kvantstrukturen av svarta hål.

Stanna vid horisonten

Nu, det nya femåriga ERC Advanced-bidraget gör att Warner kan arbeta vid Institut de Physique Théorique nära Paris, förbryllande över kvantstrukturen för svarta hål och återhämtning av information. Från och med januari 2019, han kommer att tillbringa tre av de kommande fem åren i Frankrike, med de andra åren på USC Dornsife.

Warner erkänner hur stödjande USC har varit för hans arbete - både i Kalifornien och i Europa. "Jag ser det faktum att jag kan gå och göra det här som ännu en manifestation av det mycket starka stöd de har gett mig, " han säger.

Målet med hans projekt är att utforska mikrostatens geometrier, som är identiska med svarta hål i deras egenskaper, förutom att mikrostatens geometrier inte har någon horisont (gränsen vid vilken ljus inte längre kan undkomma det svarta hålets gravitationseffekter). Istället, mikrostatgeometrier använder strängteori och fältteori och stoppar det oundvikliga kollapset av det svarta hålet vid horisonten, bevara informationen som lagras i det svarta hålet. Warner har för avsikt att studera hur det fångade materialet och strålningen omvandlas till mikrostatens geometrier och återutsänds från det svarta hålets yta.

Andra fysiker arbetar med olika delar av informationsparadoxen för det svarta hålet, med olika metoder. Warner säger att det känns lite som den gamla liknelsen om blinda män och elefanten. I berättelsen, sex blinda män står bredvid en elefant, försöker urskilja vad de rör vid. Man rör vid sidan och säger att det är en vägg; en annan rör vid djurets bagage och säger att det är ett ben.

"Alla har en bit av saken, och de extrapolerar baserat på vad de kan upptäcka och analysera, "säger Warner. Det är inte till skillnad från de olika tillvägagångssätten för att lösa informationsparadoxen för svarta hålet." De andra som arbetar med detta är riktigt smarta, men jag tror att vi har en stor bit av pusslet i vårt tillvägagångssätt, " han säger.

Hawking:vän ​​och mentor

Hawking, den kända teoretiska fysikern, var Warners avhandlingsrådgivare vid University of Cambridge, där Warner tog sin doktorsexamen i fysik och matematik 1982. De två männen höll kontakten genom åren, och Warner var en av 500 personer som deltog i Hawkings begravning den 31 mars. Han har också blivit inbjuden till det offentliga minnesmärket och begravningen den 15 juni i Westminster Abbey, där Hawking kommer att begravas bredvid Isaac Newton och Charles Darwin.

När han tittade sig runt i rummet under begravningen, Warner hade en insikt. "I princip arbetar alla forskare på något sätt med detta problem, i en eller annan form, som Stephen lade ut där 1980.

"Det är djupt utmanande, "säger Warner." Jag tror att det är hans största arv, att han upptäckte detta problem och vi försöker fortfarande ta reda på det. "