Квантово-механічні червоточини заповнюють прогалини в ентропії чорних дір – Physics World

Нова теоретична модель може вирішити 50-річну головоломку про ентропію чорних дір. Модель, розроблена фізиками зі США, Бельгії та Аргентини, використовує концепцію квантово-механічних червоточин для підрахунку кількості квантових мікростанів у чорній дірі. Отримані підрахунки узгоджуються з прогнозами, зробленими за так званою формулою ентропії Бекенштейна-Гокінга, і можуть привести до глибшого розуміння цих екстремальних астрофізичних об’єктів.

Термодинаміка чорної діри

Свою назву чорні діри отримали через те, що їх інтенсивна гравітація настільки спотворює простір-час, що навіть світло не може вийти з них після того, як увійде в них. Це унеможливлює безпосереднє спостереження за тим, що відбувається всередині них. Однак завдяки теоретичній роботі, проведеній Джейкобом Бекенштейном і Стівеном Гокінгом у 1970-х роках, ми знаємо, що чорні діри мають ентропію, а кількість ентропії визначається формулою, яка носить їх імена.

У класичній термодинаміці ентропія виникає внаслідок мікроскопічного хаосу та безладу, а кількість ентропії в системі пов’язана з кількістю мікростанів, які відповідають макроскопічному опису цієї системи. Для квантових об’єктів квантова суперпозиція мікростанів також вважається мікростаном, а ентропія пов’язана з кількістю способів, якими всі квантові мікростани можуть бути побудовані з таких суперпозицій.

Причини ентропії чорної діри є відкритим питанням, і чисто квантово-механічний опис досі вислизає від вчених. У середині 1990-х теоретики струн вивели спосіб підрахунку квантових мікростанів чорної діри, який узгоджується з формулою Бекенштейна-Гокінга для певних чорних дір. Однак їхні методи застосовуються лише до спеціального класу суперсиметричних чорних дір із точно налаштованими зарядами та масами. Більшість чорних дір, включно з тими, що утворюються під час колапсу зірок, не покриті.

За горизонтом

У новій роботі дослідники з Університету Пенсільванії, Університету Брандейса та Інституту Санта-Фе зі США разом із колегами з бельгійського Vrije Universiteit Brussel та аргентинського Instituto Balseiro розробили підхід, який дозволяє нам зазирнути всередину чорної діри. інтер'єр. Написання в Physical Review Letters,, вони зазначають, що нескінченна кількість можливих мікростанів існує за горизонтом подій чорної діри – граничною поверхнею, з якої не може вийти світло. Завдяки квантовим ефектам ці мікростани можуть трохи перекриватися через тунелі в просторі-часі, відомі як червоточини. Ці перекриття дозволяють описати нескінченні мікростани в термінах кінцевого набору репрезентативних квантових суперпозицій. Ці репрезентативні квантові суперпозиції, у свою чергу, можна порахувати та пов’язати з ентропією Бекенштейна-Хокінга.

За оцінками Віджай Баласубраманян, фізик з Університету Пенсільванії, який керував дослідженнями, підхід команди застосовується до чорних дір будь-якої маси, електричного заряду та швидкості обертання. Таким чином, він може запропонувати повне пояснення мікроскопічного походження термодинаміки чорної діри. На його думку, мікростани чорної діри є «парадигмальними прикладами складних квантових станів із хаотичною динамікою», і результати команди можуть навіть стати уроком для того, як ми думаємо про такі системи в цілому. Одним із можливих розширень був би пошук способу використання тонких квантових ефектів для виявлення мікростанів чорної діри за межами горизонту.

Хуан Мальдасена, теоретик з Інституту перспективних досліджень у Прінстоні, США, який не брав участі в цьому дослідженні, називає дослідження цікавим поглядом на мікростани чорної діри. Він зазначає, що він заснований на обчисленні статистичних властивостей перекривання чистих станів чорної діри, отриманих за допомогою різних процесів; Хоча неможливо обчислити внутрішній добуток між цими різними станами, теорія гравітації, через внески червоточини, дає змогу обчислити статистичні властивості їхнього перекриття. Відповідь, за його словами, є статистичною за своєю природою і в тому ж дусі, що й інше обчислення ентропії чорної діри, виконане Гокінгом і Гері Гіббонсом у 1977 році, але воно дає більш яскраву картину можливих мікростанів.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/