מודל תיאורטי חדש יכול לפתור חידה בת 50 שנה על האנטרופיה של חורים שחורים. פותח על ידי פיזיקאים בארה"ב, בלגיה וארגנטינה, המודל משתמש במושג של חורי תולעת קוונטיים-מכניים כדי לספור את מספר המיקרו-מצבים הקוונטיים בתוך חור שחור. הספירות המתקבלות מתאימות לתחזיות שנעשו על ידי נוסחת האנטרופיה של בקנשטיין-הוקינג ועשויות להוביל להבנה מעמיקה יותר של עצמים אסטרופיזיים קיצוניים אלה.
תרמודינמיקה של חור שחור
חורים שחורים מקבלים את שמם מכיוון שכוח הכבידה האינטנסיבי שלהם מעוות את החלל-זמן עד כדי כך שאפילו אור לא יכול לברוח לאחר שנכנס אליהם. זה לא מאפשר לצפות במתרחש בתוכם ישירות. עם זאת, הודות לעבודה תיאורטית שעשו ג'ייקוב בקנשטיין וסטיבן הוקינג בשנות ה-1970, אנו יודעים שלחורים שחורים יש אנטרופיה, וכמות האנטרופיה ניתנת על ידי נוסחה הנושאת את שמם.
בתרמודינמיקה קלאסית, אנטרופיה נובעת מכאוס ואי-סדר מיקרוסקופיים, וכמות האנטרופיה במערכת קשורה למספר המיקרו-מצבים העומדים בקנה אחד עם תיאור מקרוסקופי של אותה מערכת. עבור עצמים קוונטיים, סופרפוזיציה קוונטית של מיקרו-מצבים נחשבת גם כמיקרו-מצב, והאנטרופיה קשורה למספר הדרכים שבהן ניתן לבנות את כל המיקרו-מצבים הקוונטיים מתוך סופרפוזיציות כאלה.
הסיבות לאנטרופיית חור שחור הן שאלה פתוחה, ותיאור מכאני קוונטי בלבד חמק עד כה מהמדענים. באמצע שנות התשעים של המאה ה-1990, חוקרי המיתרים מצאו דרך לספור את המיקרו-מצבים הקוונטיים של חור שחור שתואמת את הנוסחה של בקנשטיין-הוקינג עבור חורים שחורים מסוימים. עם זאת, השיטות שלהם חלות רק על מחלקה מיוחדת של חורים שחורים סופר-סימטריים עם מטענים ומסות מכווננות היטב. רוב החורים השחורים, כולל אלה שנוצרים כאשר כוכבים קורסים, אינם מכוסים.
מעבר לאופק
בעבודה החדשה, חוקרים מאוניברסיטת פנסילבניה, אוניברסיטת ברנדייס ומכון סנטה פה, כולם בארה"ב, יחד עם עמיתים ב-Vrije Universiteit Brussel בבלגיה וב-Instituto Balseiro בארגנטינה, פיתחו גישה המאפשרת לנו להציץ לתוך חור שחור. פְּנִים. כתיבה ב מכתבי סקירה פיזית, הם מציינים שמספר אינסופי של מיקרו-מצבים אפשריים קיים מאחורי אופק האירועים של חור שחור - משטח הגבול שממנו אין אור יכול להימלט. בשל השפעות קוונטיות, מצבי מיקרו אלה יכולים לחפוף מעט דרך מנהרות במרחב-זמן המכונה חורי תולעת. חפיפות אלו מאפשרות לתאר את המיקרו-מצבים האינסופיים במונחים של קבוצה סופית של סופרפוזיציות קוונטיות מייצגות. ניתן, בתורם, לספור את הסופרפוזיציות הקוונטיות המייצגות הללו ולקשר אותן לאנטרופיה של בקנשטיין-הוקינג.
לפי ויג'אי בלסוברמניאן, פיזיקאי מאוניברסיטת פנסילבניה שהוביל את המחקר, הגישה של הצוות חלה על חורים שחורים בכל מסה, מטען חשמלי ומהירות סיבוב. לכן הוא יכול להציע הסבר מלא למקור המיקרוסקופי של התרמודינמיקה של חורים שחורים. לדעתו, מצבי מיקרו של חורים שחורים הם "דוגמאות פרדיגמטיות למצבים קוונטיים מורכבים עם דינמיקה כאוטית", ותוצאות הצוות עשויות אפילו להכיל לקחים לגבי האופן שבו אנו חושבים על מערכות כאלה באופן כללי. הרחבה אפשרית אחת תהיה חיפוש אחר דרך להשתמש באפקטים קוונטיים עדינים כדי לזהות מיקרו-מצבים של חורים שחורים מחוץ לאופק.
מורכבות קוונטית יכולה לפתור פרדוקס חור תולעת
חואן מלדצ'נה, תיאורטיקן במכון למחקר מתקדם בפרינסטון, ארה"ב, שלא היה מעורב במחקר זה, מכנה את המחקר פרספקטיבה מעניינת על מצבי מיקרו של חורים שחורים. הוא מציין שהוא מבוסס על מחשוב מאפיינים סטטיסטיים של חפיפה של מצבים טהורים של חורים שחורים המוכנים באמצעות תהליכים שונים; בעוד שלא ניתן לחשב את התוצר הפנימי בין המצבים השונים הללו, תורת הכבידה, באמצעות תרומות של חורי תולעת, מאפשרת לחשב מאפיינים סטטיסטיים של החפיפה שלהם. התשובה, הוא אומר, היא סטטיסטית במהותה ובאותה רוח כמו חישוב אחר של אנטרופיה של חורים שחורים שבוצעו על ידי הוקינג וגארי גיבונס ב-1977, אבל היא מספקת תמונה חיה יותר של המיקרו-מצבים האפשריים.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/