Kvanttimekaaniset madonreiät täyttävät mustan aukon entropian aukkoja – Physics World

Uusi teoreettinen malli voisi ratkaista 50 vuotta vanhan pulman mustien aukkojen entropiasta. USA:n, Belgian ja Argentiinan fyysikoiden kehittämä malli käyttää kvanttimekaanisten madonreikien käsitettä mustassa aukossa olevien kvanttimikrotilojen määrän laskemiseen. Tuloksena saadut laskelmat sopivat niin sanotun Bekenstein-Hawkingin entropiakaavan ennusteiden kanssa ja voivat johtaa näiden äärimmäisten astrofysikaalisten kohteiden syvempään ymmärtämiseen.

Mustan aukon termodynamiikka

Mustat aukot ovat saaneet nimensä, koska niiden voimakas painovoima vääntää aika-avaruutta niin paljon, ettei edes valo pääse karkaamaan niiden sisään. Tämä tekee mahdottomaksi tarkkailla, mitä niiden sisällä tapahtuu suoraan. Jacob Bekensteinin ja Stephen Hawkingin 1970-luvulla tekemän teoreettisen työn ansiosta tiedämme kuitenkin, että mustilla aukoilla on entropiaa ja entropian määrä saadaan kaavalla, joka kantaa niiden nimet.

Klassisessa termodynamiikassa entropia syntyy mikroskooppisesta kaaoksesta ja häiriöstä, ja entropian määrä järjestelmässä on suhteessa mikrotilojen lukumäärään, joka on yhdenmukainen kyseisen järjestelmän makroskooppisen kuvauksen kanssa. Kvanttiobjektien osalta mikrotilojen kvantisuperpositio lasketaan myös mikrotilaksi, ja entropia liittyy siihen, kuinka monta tapaa kaikki kvanttimikrotilat voidaan rakentaa tällaisista superpositioista.

Mustan aukon entropian syyt ovat avoin kysymys, ja puhtaasti kvanttimekaaninen kuvaus on toistaiseksi jäänyt tutkijoilta pois. 1990-luvun puolivälissä jousiteoreetikot keksivät tavan laskea mustan aukon kvanttimikrotilat, joka sopii tiettyjen mustien aukkojen Bekenstein-Hawkingin kaavan kanssa. Heidän menetelmänsä soveltuvat kuitenkin vain erikoisluokkaan supersymmetrisiä mustia aukkoja, joissa on hienosäädetyt varaukset ja massat. Useimmat mustat aukot, mukaan lukien ne, jotka syntyvät tähtien romahtaessa, eivät ole peitossa.

Horisontin yli

Uudessa työssä Pennsylvanian yliopiston, Brandeisin yliopiston ja Santa Fe Instituutin tutkijat, kaikki Yhdysvalloissa, yhdessä Belgian Vrije Universiteit Brusselin ja argentiinalaisen Instituto Balseiron kollegoiden kanssa kehittivät lähestymistavan, jonka avulla voimme kurkistaa mustan aukon sisään. sisätilat. Kirjoittaminen sisään Fyysisen tarkastelun kirjaimet, he huomauttavat, että mustan aukon tapahtumahorisontin takana on ääretön määrä mahdollisia mikrotiloja – rajapinta, josta valo ei pääse karkaamaan. Kvanttivaikutuksista johtuen nämä mikrotilat voivat mennä hieman päällekkäin tunneleiden kautta aika-avaruudessa, joita kutsutaan madonreikiksi. Nämä päällekkäisyydet mahdollistavat äärettömien mikrotilojen kuvaamisen edustavien kvantti superpositioiden äärellisen joukon avulla. Nämä edustavat kvanttisuperpositiot voidaan puolestaan ​​laskea ja liittää Bekenstein-Hawkingin entropiaan.

Mukaan Vijay Balasubramanian, tutkimusta johtanut Pennsylvanian yliopiston fyysikko, ryhmän lähestymistapa pätee minkä tahansa massan, sähkövarauksen ja pyörimisnopeuden mustiin aukkoihin. Siksi se voisi tarjota täydellisen selityksen mustan aukon termodynamiikan mikroskooppisesta alkuperästä. Hänen mukaansa mustien aukkojen mikrotilat ovat "paradigmaattisia esimerkkejä monimutkaisista kvanttitiloista, joilla on kaoottinen dynamiikka", ja ryhmän tuloksissa voi jopa olla oppitunteja siitä, miten ajattelemme tällaisia ​​järjestelmiä yleensä. Yksi mahdollinen laajennus olisi etsiä tapaa käyttää hienovaraisia ​​kvanttiefektejä mustien aukkojen mikrotilojen havaitsemiseksi horisontin ulkopuolelta.

Juan Maldacena, Princetonissa, Yhdysvalloissa sijaitsevan Institute for Advanced Studyn teoreetikko, joka ei ollut mukana tässä tutkimuksessa, kutsuu tutkimusta mielenkiintoiseksi näkökulmaksi mustien aukkojen mikrotiloihin. Hän toteaa, että se perustuu eri prosessien kautta valmistettujen mustien aukkojen puhtaiden tilojen päällekkäisyyden tilastollisten ominaisuuksien laskemiseen; Vaikka näiden eri tilojen välistä sisätuloa ei voida laskea, painovoimateoria mahdollistaa madonreikien osien avulla laskea niiden päällekkäisyyden tilastolliset ominaisuudet. Hänen mukaansa vastaus on luonteeltaan tilastollinen ja samassa hengessä kuin toinen Hawkingin ja Gary Gibbonsin vuonna 1977 suorittama mustan aukon entropialaskenta, mutta se tarjoaa elävämmän kuvan mahdollisista mikrotiloista.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/