Οι κβαντομηχανικές σκουληκότρυπες γεμίζουν κενά στην εντροπία της μαύρης τρύπας – Physics World

Ένα νέο θεωρητικό μοντέλο θα μπορούσε να λύσει ένα παζλ 50 ετών σχετικά με την εντροπία των μαύρων τρυπών. Αναπτύχθηκε από φυσικούς στις ΗΠΑ, το Βέλγιο και την Αργεντινή, το μοντέλο χρησιμοποιεί την έννοια των κβαντομηχανικών σκουληκότρυπων για να μετρήσει τον αριθμό των κβαντικών μικροκαταστάσεων μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Οι μετρήσεις που προκύπτουν συμφωνούν με τις προβλέψεις που γίνονται από τον λεγόμενο τύπο εντροπίας Bekenstein-Hawking και μπορεί να οδηγήσουν σε μια βαθύτερη κατανόηση αυτών των ακραίων αστροφυσικών αντικειμένων.

Θερμοδυναμική μαύρης τρύπας

Οι μαύρες τρύπες πήραν το όνομά τους επειδή η έντονη βαρύτητα τους παραμορφώνει τον χωροχρόνο τόσο πολύ που ούτε το φως μπορεί να διαφύγει μετά την είσοδό τους. Αυτό καθιστά αδύνατη την άμεση παρατήρηση του τι συμβαίνει μέσα τους. Ωστόσο, χάρη στη θεωρητική εργασία που έγινε από τους Jacob Bekenstein και Stephen Hawking τη δεκαετία του 1970, γνωρίζουμε ότι οι μαύρες τρύπες έχουν εντροπία και το ποσό της εντροπίας δίνεται από έναν τύπο που φέρει τα ονόματά τους.

Στην κλασική θερμοδυναμική, η εντροπία προκύπτει από το μικροσκοπικό χάος και την αταξία και η ποσότητα της εντροπίας σε ένα σύστημα σχετίζεται με τον αριθμό των μικροκαταστάσεων που συνάδει με μια μακροσκοπική περιγραφή αυτού του συστήματος. Για τα κβαντικά αντικείμενα, μια κβαντική υπέρθεση μικροκαταστάσεων μετράει επίσης ως μικροκατάσταση και η εντροπία σχετίζεται με τον αριθμό των τρόπων με τους οποίους όλες οι κβαντικές μικροκαταστάσεις μπορούν να κατασκευαστούν από τέτοιες υπερθέσεις.

Τα αίτια της εντροπίας της μαύρης τρύπας είναι ένα ανοιχτό ερώτημα, και μια καθαρά κβαντομηχανική περιγραφή έχει μέχρι στιγμής διαφύγει από τους επιστήμονες. Στα μέσα της δεκαετίας του 1990, οι θεωρητικοί των χορδών έβγαλαν έναν τρόπο μέτρησης των κβαντικών μικροκαταστάσεων μιας μαύρης τρύπας που συμφωνεί με τον τύπο Bekenstein-Hawking για ορισμένες μαύρες τρύπες. Ωστόσο, οι μέθοδοι τους ισχύουν μόνο για μια ειδική κατηγορία υπερσυμμετρικών μαύρων οπών με λεπτώς συντονισμένα φορτία και μάζες. Οι περισσότερες μαύρες τρύπες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που παράγονται όταν τα αστέρια καταρρέουν, δεν καλύπτονται.

Πέρα από τον ορίζοντα

Στη νέα εργασία, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, το Πανεπιστήμιο Brandeis και το Ινστιτούτο Santa Fe, όλοι στις ΗΠΑ, μαζί με συναδέλφους στο Vrije Universiteit Brussel του Βελγίου και το Instituto Balseiro της Αργεντινής, ανέπτυξαν μια προσέγγιση που μας επιτρέπει να κοιτάξουμε μέσα σε μια μαύρη τρύπα. εσωτερικό. Γράφοντας μέσα Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης, σημειώνουν ότι ένας άπειρος αριθμός πιθανών μικροκαταστάσεων υπάρχει πίσω από τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας – η οριακή επιφάνεια από την οποία δεν μπορεί να διαφύγει κανένα φως. Λόγω των κβαντικών επιδράσεων, αυτές οι μικροκαταστάσεις μπορούν ελαφρώς να επικαλύπτονται μέσω σηράγγων στο χωροχρόνο γνωστές ως σκουληκότρυπες. Αυτές οι επικαλύψεις καθιστούν δυνατή την περιγραφή των άπειρων μικροκαταστάσεων με όρους ενός πεπερασμένου συνόλου αντιπροσωπευτικών κβαντικών υπερθέσεων. Αυτές οι αντιπροσωπευτικές κβαντικές υπερθέσεις μπορούν, με τη σειρά τους, να μετρηθούν και να συσχετιστούν με την εντροπία Bekenstein-Hawking.

Σύμφωνα με Vijay Balasubramanian, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια που ηγήθηκε της έρευνας, η προσέγγιση της ομάδας ισχύει για μαύρες τρύπες οποιασδήποτε μάζας, ηλεκτρικού φορτίου και ταχύτητας περιστροφής. Θα μπορούσε επομένως να προσφέρει μια πλήρη εξήγηση της μικροσκοπικής προέλευσης της θερμοδυναμικής της μαύρης τρύπας. Κατά την άποψή του, οι μικροκαταστάσεις της μαύρης τρύπας είναι «παραδειγματικά παραδείγματα πολύπλοκων κβαντικών καταστάσεων με χαοτική δυναμική», και τα αποτελέσματα της ομάδας μπορεί ακόμη και να κρατήσουν μαθήματα για το πώς σκεφτόμαστε τέτοια συστήματα γενικά. Μια πιθανή επέκταση θα ήταν η αναζήτηση ενός τρόπου χρήσης λεπτών κβαντικών εφέ για την ανίχνευση μικροκαταστάσεων μαύρης τρύπας έξω από τον ορίζοντα.

Juan Maldacena, ένας θεωρητικός στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών στο Πρίνστον των ΗΠΑ, ο οποίος δεν συμμετείχε σε αυτή τη μελέτη, αποκαλεί την έρευνα μια ενδιαφέρουσα προοπτική για τις μικροκαταστάσεις της μαύρης τρύπας. Σημειώνει ότι βασίζεται στον υπολογισμό των στατιστικών ιδιοτήτων της επικάλυψης των καθαρών καταστάσεων της μαύρης τρύπας που παρασκευάζονται μέσω διαφορετικών διαδικασιών. Ενώ δεν μπορεί κανείς να υπολογίσει το εσωτερικό γινόμενο μεταξύ αυτών των διαφορετικών καταστάσεων, η θεωρία της βαρύτητας, μέσω της συνεισφοράς της σκουληκότρυπας, καθιστά δυνατό τον υπολογισμό των στατιστικών ιδιοτήτων της επικάλυψης τους. Η απάντηση, λέει, είναι στατιστικής φύσης και στο ίδιο πνεύμα με έναν άλλο υπολογισμό της εντροπίας της μαύρης τρύπας που πραγματοποιήθηκε από τους Hawking και Gary Gibbons το 1977, αλλά παρέχει μια πιο ζωντανή εικόνα των πιθανών μικροκαταστάσεων.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/