Kwantummechanische wormgaten vullen gaten in de entropie van zwarte gaten op – Physics World

Een nieuw theoretisch model zou een vijftig jaar oude puzzel over de entropie van zwarte gaten kunnen oplossen. Het model is ontwikkeld door natuurkundigen in de VS, België en Argentinië en gebruikt het concept van kwantummechanische wormgaten om het aantal kwantummicrostaten in een zwart gat te tellen. De resulterende tellingen komen overeen met voorspellingen van de zogenaamde Bekenstein-Hawking-entropieformule en kunnen leiden tot een dieper begrip van deze extreme astrofysische objecten.

Thermodynamica van zwarte gaten

Zwarte gaten krijgen hun naam omdat hun intense zwaartekracht de ruimte-tijd zo sterk vervormt dat zelfs licht niet kan ontsnappen nadat het erin is binnengedrongen. Dit maakt het onmogelijk om direct te observeren wat er binnenin gebeurt. Dankzij theoretisch werk van Jacob Bekenstein en Stephen Hawking in de jaren zeventig weten we echter dat zwarte gaten entropie hebben, en de hoeveelheid entropie wordt gegeven door een formule die hun namen draagt.

In de klassieke thermodynamica komt entropie voort uit microscopische chaos en wanorde, en de hoeveelheid entropie in een systeem houdt verband met het aantal microstaten dat consistent is met een macroscopische beschrijving van dat systeem. Voor kwantumobjecten geldt een kwantumsuperpositie van microstaten ook als een microstaat, en entropie houdt verband met het aantal manieren waarop alle kwantummicrostaten uit dergelijke superposities kunnen worden opgebouwd.

De oorzaken van de entropie van zwarte gaten zijn een open vraag, en een puur kwantummechanische beschrijving is wetenschappers tot nu toe ontgaan. Halverwege de jaren negentig ontwikkelden snaartheoretici een manier om de kwantummicrostaten van een zwart gat te tellen die overeenkomt met de Bekenstein-Hawking-formule voor bepaalde zwarte gaten. Hun methoden zijn echter alleen van toepassing op een speciale klasse supersymmetrische zwarte gaten met nauwkeurig afgestemde ladingen en massa's. De meeste zwarte gaten, inclusief de gaten die ontstaan ​​wanneer sterren instorten, zijn niet bedekt.

Voorbij de horizon

In het nieuwe werk ontwikkelden onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania, Brandeis University en het Santa Fe Institute, allemaal in de VS, samen met collega's van de Belgische Vrije Universiteit Brussel en het Argentijnse Instituto Balseiro, een aanpak waarmee we in de ruimte van een zwart gat kunnen kijken. interieur. Schrijven Physical Review Letters, ze merken op dat er een oneindig aantal mogelijke microtoestanden bestaat achter de waarnemingshorizon van een zwart gat – het grensoppervlak waaruit geen licht kan ontsnappen. Als gevolg van kwantumeffecten kunnen deze microstaten elkaar enigszins overlappen via tunnels in de ruimte-tijd die wormgaten worden genoemd. Deze overlappingen maken het mogelijk om de oneindige microtoestanden te beschrijven in termen van een eindige reeks representatieve kwantumsuperposities. Deze representatieve kwantumsuperposities kunnen op hun beurt worden geteld en in verband worden gebracht met de Bekenstein-Hawking-entropie.

Think Vijay Balasubramanian, een natuurkundige aan de Universiteit van Pennsylvania die het onderzoek leidde, is de aanpak van het team van toepassing op zwarte gaten van elke massa, elektrische lading en rotatiesnelheid. Het zou daarom een ​​volledige verklaring kunnen bieden voor de microscopische oorsprong van de thermodynamica van zwarte gaten. Volgens hem zijn microstaten met zwarte gaten “paradigmatische voorbeelden van complexe kwantumtoestanden met chaotische dynamiek”, en de resultaten van het team kunnen zelfs lessen bevatten voor hoe we over dergelijke systemen in het algemeen denken. Een mogelijke uitbreiding zou zijn om te zoeken naar een manier om subtiele kwantumeffecten te gebruiken om microstaten van zwarte gaten van buiten de horizon te detecteren.

Juan Maldacena, een theoreticus van het Institute for Advanced Study in Princeton, VS, die niet betrokken was bij dit onderzoek, noemt het onderzoek een interessant perspectief op microstaten van zwarte gaten. Hij merkt op dat het gebaseerd is op het berekenen van statistische eigenschappen van de overlap van pure toestanden van zwarte gaten die via verschillende processen worden voorbereid; Hoewel je het inproduct tussen deze verschillende toestanden niet kunt berekenen, maakt de zwaartekrachttheorie het, door middel van wormgatbijdragen, mogelijk om statistische eigenschappen van hun overlap te berekenen. Het antwoord, zegt hij, is van statistische aard en in dezelfde geest als een andere berekening van de entropie van zwarte gaten, uitgevoerd door Hawking en Gary Gibbons in 1977, maar het geeft een levendiger beeld van de mogelijke microtoestanden.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/