A kvantummechanikai féreglyukak kitöltik a hiányosságokat a fekete lyuk entrópiájában – Fizika világa

Egy új elméleti modell megoldhat egy 50 éves rejtvényt a fekete lyukak entrópiájáról. Az Egyesült Államok, Belgium és Argentína fizikusai által kifejlesztett modell a kvantummechanikai féreglyukak koncepcióját használja a fekete lyukon belüli kvantummikroállapotok számának megszámlálására. Az így kapott számok megegyeznek az úgynevezett Bekenstein-Hawking entrópiaképlet jóslataival, és ezeknek az extrém asztrofizikai objektumoknak a mélyebb megértéséhez vezethetnek.

Fekete lyuk termodinamika

A fekete lyukak azért kapták a nevüket, mert intenzív gravitációjuk annyira megvetemíti a téridőt, hogy még a fény sem tud kiszabadulni, miután behatol. Ez lehetetlenné teszi, hogy közvetlenül megfigyeljük, mi zajlik bennük. Jacob Bekenstein és Stephen Hawking 1970-es években végzett elméleti munkájának köszönhetően azonban tudjuk, hogy a fekete lyukak entrópiával rendelkeznek, és az entrópia mértékét egy képlet adja meg, amely a nevüket viseli.

A klasszikus termodinamikában az entrópia mikroszkopikus káoszból és rendezetlenségből származik, és a rendszerben lévő entrópia mennyisége a mikroállapotok számához kapcsolódik, ami összhangban van a rendszer makroszkopikus leírásával. A kvantumobjektumok esetében a mikroállapotok kvantum-szuperpozíciója is mikroállapotnak számít, és az entrópia azzal függ össze, hogy hány módon lehet minden kvantum-mikroállapotot felépíteni ilyen szuperpozíciókból.

A fekete lyuk entrópia okai nyitott kérdés, és a tisztán kvantummechanikai leírás eddig elkerülte a tudósokat. Az 1990-es évek közepén a húrelméletek egy olyan módszert vezettek le a fekete lyuk kvantum-mikroállapotainak megszámlálására, amely megegyezik a Bekenstein-Hawking formulával bizonyos fekete lyukak esetében. Módszereik azonban csak a szuperszimmetrikus fekete lyukak egy speciális osztályára vonatkoznak, finoman hangolt töltésekkel és tömegekkel. A legtöbb fekete lyuk, beleértve azokat is, amelyek a csillagok összeomlásakor keletkeznek, nincsenek lefedve.

A láthatáron túl

Az új munkában a Pennsylvaniai Egyetem, a Brandeis Egyetem és a Santa Fe Intézet amerikai kutatói, a belga Vrije Universiteit Brussel és az argentin Instituto Balseiro munkatársaival együtt olyan megközelítést dolgoztak ki, amely lehetővé teszi, hogy bepillantsunk egy fekete lyuk belsejébe. belső. Beírás Fizikai áttekintés betűk, megjegyzik, hogy egy fekete lyuk eseményhorizontja mögött végtelen számú lehetséges mikroállapot létezik – ez a határfelület, amelyről nem tud fény kiszökni. A kvantumhatások miatt ezek a mikroállapotok kissé átfedhetik egymást a féreglyukaknak nevezett téridő-alagutakon keresztül. Ezek az átfedések lehetővé teszik a végtelen mikroállapotok reprezentatív kvantum-szuperpozíciók véges halmazával történő leírását. Ezek a reprezentatív kvantum-szuperpozíciók viszont megszámlálhatók és a Bekenstein-Hawking entrópiához kapcsolhatók.

Szerint Vijay Balasubramanian, a kutatást vezető Pennsylvania Egyetem fizikusa szerint a csapat megközelítése bármilyen tömegű, elektromos töltésű és forgási sebességű fekete lyukakra vonatkozik. Ezért teljes magyarázatot adhat a fekete lyukak termodinamikájának mikroszkópos eredetére. Véleménye szerint a fekete lyuk mikroállapotai „paradigmatikus példái a kaotikus dinamikájú komplex kvantumállapotoknak”, és a csapat eredményei akár tanulságokat is tartalmazhatnak arra vonatkozóan, hogyan gondolkozunk az ilyen rendszerekről általában. Az egyik lehetséges kiterjesztés az lenne, hogy módot keressenek finom kvantumeffektusokkal a fekete lyukak mikroállapotainak a horizonton kívülről történő kimutatására.

Juan Maldacena, a Princeton-i Institute for Advanced Study teoretikusa, aki nem vett részt ebben a tanulmányban, a kutatást a fekete lyukak mikroállapotainak érdekes perspektívájának nevezi. Megjegyzi, hogy a különböző folyamatokkal előállított fekete lyuk tiszta állapotok átfedésének statisztikai tulajdonságain alapul; Noha nem lehet kiszámítani a különböző állapotok közötti belső szorzatot, a gravitációs elmélet a féreglyuk-hozzájárulásokon keresztül lehetővé teszi átfedésük statisztikai tulajdonságainak kiszámítását. A válasz – mondja – statisztikai jellegű, és ugyanolyan szellemű, mint egy másik, Hawking és Gary Gibbons által 1977-ben végzett fekete lyuk entrópia számítása, de élénkebb képet ad a lehetséges mikroállapotokról.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/