Lubang cacing mekanik kuantum mengisi celah dalam entropi lubang hitam – Dunia Fisika

Sebuah model teoretis baru dapat memecahkan teka-teki entropi lubang hitam berusia 50 tahun. Dikembangkan oleh fisikawan di AS, Belgia, dan Argentina, model ini menggunakan konsep lubang cacing mekanika kuantum untuk menghitung jumlah keadaan mikro kuantum di dalam lubang hitam. Penghitungan yang dihasilkan sesuai dengan prediksi yang dibuat oleh rumus entropi Bekenstein-Hawking dan mungkin mengarah pada pemahaman yang lebih dalam tentang objek astrofisika ekstrem ini.

Termodinamika lubang hitam

Lubang hitam mendapatkan namanya karena gravitasinya yang kuat membengkokkan ruang-waktu sedemikian rupa sehingga bahkan cahaya pun tidak dapat keluar setelah memasukinya. Hal ini membuat mustahil untuk mengamati apa yang terjadi di dalamnya secara langsung. Namun, berkat karya teoretis yang dilakukan oleh Jacob Bekenstein dan Stephen Hawking pada tahun 1970-an, kita mengetahui bahwa lubang hitam memiliki entropi, dan jumlah entropi diberikan oleh rumus yang menggunakan namanya.

Dalam termodinamika klasik, entropi muncul dari kekacauan dan ketidakteraturan mikroskopis, dan jumlah entropi dalam suatu sistem berkaitan dengan jumlah keadaan mikro yang konsisten dengan deskripsi makroskopis sistem tersebut. Untuk objek kuantum, superposisi kuantum keadaan mikro juga dihitung sebagai keadaan mikro, dan entropi berkaitan dengan banyaknya cara di mana semua keadaan mikro kuantum dapat dibangun dari superposisi tersebut.

Penyebab entropi lubang hitam masih menjadi pertanyaan terbuka, dan deskripsi mekanika kuantum murni sejauh ini masih luput dari perhatian para ilmuwan. Pada pertengahan tahun 1990-an, para ahli teori string memperoleh cara menghitung keadaan mikro kuantum lubang hitam yang sesuai dengan rumus Bekenstein-Hawking untuk lubang hitam tertentu. Namun, metode mereka hanya berlaku pada kelas khusus lubang hitam supersimetris dengan muatan dan massa yang disetel dengan baik. Kebanyakan lubang hitam, termasuk yang dihasilkan saat bintang runtuh, tidak tertutupi.

Melampaui cakrawala

Dalam penelitian terbarunya, para peneliti dari University of Pennsylvania, Brandeis University dan Santa Fe Institute, semuanya di AS, bersama dengan rekan-rekannya di Vrije Universiteit Brussel di Belgia dan Instituto Balseiro di Argentina, mengembangkan pendekatan yang memungkinkan kita mengintip ke dalam lubang hitam. pedalaman. Menulis di Physical Review Letters, mereka mencatat bahwa kemungkinan keadaan mikro dalam jumlah tak terbatas ada di balik cakrawala peristiwa lubang hitam – permukaan batas di mana tidak ada cahaya yang dapat lolos. Karena efek kuantum, keadaan mikro ini dapat sedikit tumpang tindih melalui terowongan dalam ruang-waktu yang dikenal sebagai lubang cacing. Tumpang tindih ini memungkinkan untuk mendeskripsikan keadaan mikro tak terhingga dalam bentuk kumpulan superposisi kuantum representatif yang terbatas. Superposisi kuantum yang representatif ini, pada gilirannya, dapat dihitung dan dikaitkan dengan entropi Bekenstein-Hawking.

Menurut Vijay Balasubramanian, seorang fisikawan di University of Pennsylvania yang memimpin penelitian, pendekatan tim ini berlaku untuk lubang hitam dengan massa, muatan listrik, dan kecepatan rotasi berapa pun. Oleh karena itu, penelitian ini dapat memberikan penjelasan lengkap tentang asal usul mikroskopis termodinamika lubang hitam. Dalam pandangannya, keadaan mikro lubang hitam adalah “contoh paradigmatik keadaan kuantum kompleks dengan dinamika kacau”, dan hasil penelitian tim ini bahkan dapat memberikan pelajaran tentang cara kita berpikir tentang sistem tersebut secara umum. Salah satu perluasan yang mungkin dilakukan adalah mencari cara menggunakan efek kuantum halus untuk mendeteksi keadaan mikro lubang hitam dari luar cakrawala.

Juan Maldacena, seorang ahli teori di Institute for Advanced Study di Princeton, AS, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, menyebut penelitian ini sebagai perspektif yang menarik tentang keadaan mikro lubang hitam. Dia mencatat bahwa hal ini didasarkan pada komputasi sifat statistik dari tumpang tindih keadaan murni lubang hitam yang disiapkan melalui proses yang berbeda; Meskipun seseorang tidak dapat menghitung hasil kali dalam antara keadaan-keadaan yang berbeda ini, teori gravitasi, melalui kontribusi lubang cacing, memungkinkan untuk menghitung sifat-sifat statistik dari keadaan-keadaan yang saling tumpang tindih. Jawabannya, katanya, bersifat statistik dan memiliki semangat yang sama dengan perhitungan entropi lubang hitam lainnya yang dilakukan oleh Hawking dan Gary Gibbons pada tahun 1977, namun memberikan gambaran yang lebih jelas tentang kemungkinan keadaan mikro.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/