Новая теоретическая модель может решить 50-летнюю загадку энтропии черных дыр. Модель, разработанная физиками из США, Бельгии и Аргентины, использует концепцию квантово-механических червоточин для подсчета количества квантовых микросостояний внутри черной дыры. Полученные результаты согласуются с предсказаниями, сделанными по так называемой формуле энтропии Бекенштейна-Хокинга, и могут привести к более глубокому пониманию этих экстремальных астрофизических объектов.
Термодинамика черной дыры
Черные дыры получили свое название потому, что их сильная гравитация настолько сильно искажает пространство-время, что даже свет не может покинуть их после попадания в них. Это делает невозможным непосредственное наблюдение за тем, что происходит внутри них. Однако благодаря теоретической работе, проделанной Джейкобом Бекенштейном и Стивеном Хокингом в 1970-х годах, мы знаем, что черные дыры обладают энтропией, а количество энтропии определяется формулой, носящей их имена.
В классической термодинамике энтропия возникает из-за микроскопического хаоса и беспорядка, а количество энтропии в системе связано с количеством микросостояний, соответствующих макроскопическому описанию этой системы. Для квантовых объектов квантовая суперпозиция микросостояний также считается микросостоянием, а энтропия связана с количеством способов, которыми все квантовые микросостояния могут быть построены из таких суперпозиций.
Причины энтропии черной дыры остаются открытым вопросом, и чисто квантовомеханическое описание до сих пор ускользает от ученых. В середине 1990-х годов теоретики струн разработали способ подсчета квантовых микросостояний черной дыры, который согласуется с формулой Бекенштейна-Хокинга для некоторых черных дыр. Однако их методы применимы только к особому классу суперсимметричных черных дыр с точно настроенными зарядами и массами. Большинство черных дыр, включая те, которые образуются при коллапсе звезд, не покрыты.
За горизонт
В новой работе исследователи из Университета Пенсильвании, Университета Брандейса и Института Санта-Фе (все они находятся в США) вместе с коллегами из Брюссельского свободного университета Бельгии и Аргентинского института Бальсейро разработали подход, который позволяет нам заглянуть внутрь черной дыры. интерьер. Запись в Physical Review Letters,, они отмечают, что за горизонтом событий черной дыры – граничной поверхностью, из которой не может выйти ни один свет, существует бесконечное количество возможных микросостояний. Из-за квантовых эффектов эти микросостояния могут слегка перекрываться через туннели в пространстве-времени, известные как червоточины. Эти перекрытия позволяют описывать бесконечные микросостояния в терминах конечного набора репрезентативных квантовых суперпозиций. Эти репрезентативные квантовые суперпозиции, в свою очередь, можно посчитать и связать с энтропией Бекенштейна-Хокинга.
По Виджай Баласубраманян, физика из Пенсильванского университета, который руководил исследованием, подход команды применим к черным дырам любой массы, электрического заряда и скорости вращения. Таким образом, это могло бы дать полное объяснение микроскопического происхождения термодинамики черной дыры. По его мнению, микросостояния черных дыр являются «парадигматическими примерами сложных квантовых состояний с хаотичной динамикой», и результаты команды могут даже послужить уроком того, как мы думаем о таких системах в целом. Одним из возможных расширений мог бы стать поиск способа использования тонких квантовых эффектов для обнаружения микросостояний черной дыры за пределами горизонта.
Квантовая сложность может решить парадокс червоточин
Хуан Мальдасена, теоретик из Института перспективных исследований в Принстоне, США, который не принимал участия в этом исследовании, называет исследование интересным взглядом на микросостояния черных дыр. Он отмечает, что он основан на вычислении статистических свойств перекрытия чистых состояний черной дыры, которые получаются с помощью различных процессов; хотя невозможно вычислить внутренний продукт между этими различными состояниями, теория гравитации благодаря вкладу червоточин позволяет вычислить статистические свойства их перекрытия. Ответ, по его словам, носит статистический характер и находится в том же духе, что и другое вычисление энтропии черной дыры, выполненное Хокингом и Гэри Гиббонсом в 1977 году, но он дает более яркую картину возможных микросостояний.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/