Găurile de vierme mecanice cuantice umplu golurile în entropia găurii negre – Physics World

Un nou model teoretic ar putea rezolva un puzzle vechi de 50 de ani despre entropia găurilor negre. Dezvoltat de fizicieni din SUA, Belgia și Argentina, modelul folosește conceptul de găuri de vierme mecanic-cuantice pentru a număra numărul de microstări cuantice dintr-o gaură neagră. Numărările rezultate sunt în acord cu predicțiile făcute de așa-numita formulă de entropie Bekenstein-Hawking și pot duce la o înțelegere mai profundă a acestor obiecte astrofizice extreme.

Termodinamica găurii negre

Găurile negre își primesc numele deoarece gravitația lor intensă deformează spațiu-timp atât de mult încât nici măcar lumina nu poate scăpa după ce intră în ele. Acest lucru face imposibilă observarea directă a ceea ce se întâmplă în interiorul lor. Cu toate acestea, datorită lucrărilor teoretice realizate de Jacob Bekenstein și Stephen Hawking în anii 1970, știm că găurile negre au entropie, iar cantitatea de entropie este dată de o formulă care le poartă numele.

În termodinamica clasică, entropia apare din haosul și dezordinea microscopică, iar cantitatea de entropie dintr-un sistem este legată de numărul de microstări în concordanță cu o descriere macroscopică a acelui sistem. Pentru obiectele cuantice, o suprapunere cuantică a microstărilor contează, de asemenea, ca o microstare, iar entropia este legată de numărul de moduri în care toate microstările cuantice pot fi construite din astfel de suprapoziții.

Cauzele entropiei găurii negre sunt o întrebare deschisă, iar o descriere pur mecanică cuantică a eludat până acum oamenii de știință. La mijlocul anilor 1990, teoreticienii corzilor au descoperit o modalitate de numărare a microstărilor cuantice ale unei găuri negre, care este de acord cu formula Bekenstein-Hawking pentru anumite găuri negre. Cu toate acestea, metodele lor se aplică doar unei clase speciale de găuri negre supersimetrice cu sarcini și mase fin reglate. Majoritatea găurilor negre, inclusiv cele produse atunci când stelele se prăbușesc, nu sunt acoperite.

Dincolo de orizont

În noua lucrare, cercetătorii de la Universitatea din Pennsylvania, Universitatea Brandeis și Institutul Santa Fe, toate din SUA, împreună cu colegii de la Vrije Universiteit Brussel din Belgia și de la Instituto Balseiro din Argentina, au dezvoltat o abordare care ne permite să aruncăm o privire în interiorul unei găuri negre. interior. Scriind în Scrisori de recenzie fizică, ei observă că în spatele orizontului de evenimente al unei găuri negre există un număr infinit de microstări posibile - suprafața de limită din care nicio lumină nu poate scăpa. Datorită efectelor cuantice, aceste microstări se pot suprapune ușor prin tuneluri în spațiu-timp cunoscute sub numele de găuri de vierme. Aceste suprapuneri fac posibilă descrierea microstărilor infinite în termenii unui set finit de suprapoziții cuantice reprezentative. Aceste suprapuneri cuantice reprezentative pot fi, la rândul lor, numărate și legate de entropia Bekenstein-Hawking.

În conformitate cu Vijay Balasubramanian, fizician la Universitatea din Pennsylvania care a condus cercetarea, abordarea echipei se aplică găurilor negre de orice masă, sarcină electrică și viteză de rotație. Prin urmare, ar putea oferi o explicație completă a originii microscopice a termodinamicii găurilor negre. În opinia sa, microstările găurii negre sunt „exemple paradigmatice de stări cuantice complexe cu dinamică haotică”, iar rezultatele echipei pot chiar oferi lecții despre modul în care gândim astfel de sisteme în general. O posibilă extensie ar fi căutarea unei modalități de a utiliza efecte cuantice subtile pentru a detecta microstările găurii negre din afara orizontului.

Juan Maldacena, un teoretician la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, SUA, care nu a fost implicat în acest studiu, numește cercetarea o perspectivă interesantă asupra microstărilor găurii negre. El observă că se bazează pe calculul proprietăților statistice ale suprapunerii stărilor pure ale găurii negre care sunt pregătite prin diferite procese; în timp ce nu se poate calcula produsul interior dintre aceste stări diferite, teoria gravitației, prin contribuțiile găurii de vierme, face posibilă calcularea proprietăților statistice ale suprapunerii lor. Răspunsul, spune el, este de natură statistică și în același spirit ca un alt calcul al entropiei găurii negre efectuat de Hawking și Gary Gibbons în 1977, dar oferă o imagine mai vie a posibilelor microstări.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/