양자 중첩은 아원자 입자의 특성일 뿐만 아니라 우주에서 가장 무거운 물체의 특성이기도 합니다. 그것은 블랙홀에서 어느 정도 떨어진 곳에 위치한 입자 탐지기의 가상 응답을 계산한 호주와 캐나다의 네 명의 이론 물리학자들의 결론입니다. 연구원들은 검출기가 중첩된 시공간의 새로운 징후를 보게 될 것이라고 말하며, 이는 블랙홀이 동시에 두 개의 다른 질량을 가질 수 있음을 암시합니다.
블랙홀은 별과 같은 극도로 무거운 물체가 무한 밀도 지점인 특이점으로 붕괴할 때 형성됩니다. 블랙홀의 중력장은 너무 커서 어떤 것도 그 손아귀에서 벗어날 수 없으며 심지어 빛도 마찬가지입니다. 이것은 우주의 나머지 부분과 완전히 단절되고 사건의 지평선으로 알려진 것에 의해 경계를 이루는 특이점 주위에 구형 공간 영역을 만듭니다.
블랙홀 물리학에 대한 활발한 연구 분야는 일관된 양자 중력 이론을 개발하고자 합니다. 이것은 양자 역학과 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 조화시키는 이론 물리학의 중요한 목표입니다. 특히, 양자 중첩에서 블랙홀을 고려함으로써 물리학자들은 시공간의 양자적 특성에 대한 통찰력을 얻기를 희망합니다.
Unruh–deWitt 검출기
. 최신 일,에서보고 됨 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters), 조슈아 푸 와 막달레나 지치 퀸즐랜드 대학교와 함께 세밀 아라바치 와 로버트 만 워털루 대학에서 시공간 중첩을 연구하기 위한 새로운 운영 프레임워크로 설명하는 개요를 설명합니다. 일반 상대성 이론을 양자화하기 위해 "하향식" 접근 방식을 사용하는 대신 Unruh-deWitt 검출기라고 하는 특정 물리적 장치의 동작에 대한 블랙홀의 양자 상태의 영향을 고려합니다.
이것은 상자 안의 입자와 같은 양자 필드에 결합된 두 가지 상태 시스템을 구성하는 가상의 장치입니다. 저에너지 상태에서 적절한 주파수의 전자기 방사에 노출되면 시스템은 더 높은 상태로 점프하고 "클릭"을 등록합니다.
이러한 종류의 검출기는 이론상 측정에 사용할 수 있습니다. Unruh 방사선, 양자 진공에서 우주를 통해 가속되는 관찰자에게 나타날 것으로 예측되는 입자의 열탕. 새로운 연구에 제시된 시나리오에서는 대신 캡처할 것입니다. 호킹 방사선. 양자진공 내의 가상 입자-반입자 쌍이 블랙홀의 사건의 지평선에서 찢어져 반입자는 공허 속으로 사라지고 입자는 주변 공간으로 방출될 때 생성될 것으로 예측되는 방사선입니다.
사고 실험에서 XNUMX인조는 블랙홀의 사건 지평선 외부의 특정 지점에 위치한 Unruh-deWitt 탐지기를 구상하고 탐지기의 고정 위치는 호킹 복사를 생성하는 블랙홀에서 멀어지는 가속에 의해 활성화됩니다. 연구자들은 블랙홀의 질량 중첩이 검출기의 출력에 미치는 영향을 고려합니다.
거리의 중첩
그들이 설명하듯이, 두 질량은 일반 상대성 이론의 장 방정식에 대해 서로 다른 해를 산출하고 그에 따라 별개의 시공간을 제공합니다. 그 결과 시공간이 중첩되면 검출기는 사건의 지평선으로부터 거리가 중첩되어 블랙홀 질량 중 하나와 팔이 각각 연결된 사실상 간섭계를 생성합니다. 검출기가 클릭할 확률은 중첩에 존재하는 질량에 따라 달라집니다.
Banados-Teitelboim-Zanelli 공식에 의해 1차원 공간으로 기술된 비교적 단순한 블랙홀에 대한 계산을 수행하여 물리학자들은 놀라운 결과를 얻었습니다. 그들은 중첩 질량 비율의 제곱근의 함수로 블랙홀에서 방출된 입자를 감지할 확률을 표시했으며 그 값이 XNUMX/과 같을 때 날카로운 피크를 발견했습니다.n과 n 정수입니다.
아날로그 블랙홀에서 포착된 얽힌 호킹 복사
연구원들은 이 행동이 1970년대에 미국-이스라엘 물리학자 Jacob Bekenstein이 예측한 블랙홀 질량에 해당하는 간섭계 암의 방사선 사이의 보강 간섭 때문이라고 생각합니다. 그는 블랙홀의 사건 지평선의 표면적과 그에 따른 질량이 단열 불변량임을 보여주었습니다. 이것은 천천히 작용할 때 일정하게 유지되고 질량이 양자화되는 물리적 특성입니다.
"이 결과는 Bekenstein의 추측에 대한 독립적인 지원을 제공합니다." 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters), "검출기의 여기 확률이 어떻게 양자 블랙홀의 진정한 양자 중력 특성을 드러낼 수 있는지 보여줍니다."
네 명의 물리학자들은 블랙홀의 질량이 베켄슈타인의 추측에 의해 예측된 불연속 밴드 내에 있어야 한다는 가정 없이 계산 결과 나온 결과라고 강조합니다. 그들은 그들의 기술이 XNUMX차원 공간의 블랙홀에 대한 보다 복잡한 설명으로 확장될 수 있다고 덧붙였습니다. 그들은 우리 우주에서 양자 중력의 영향에 대한 추가 통찰력을 제공할 것이라고 말했습니다.
