Model načrtávajúci mikroskopický pôvod entropie čiernych dier

Čierne diery sú zaujímavé nebeské telesá, ktorých gravitačná sila je taká silná, že bráni akýmkoľvek predmetom a dokonca aj svetlu v úniku. Zatiaľ čo čierne diery boli predmetom mnohých astrofyzikálnych štúdií, ich pôvod a základná fyzika zostávajú do značnej miery záhadou.

Výskumníci z Pennsylvánskej univerzity a Centro Atómico Bariloche nedávno predstavili nový model mikrostavov čiernych dier s ohľadom na pôvod entropie (t. j. stupeň neusporiadanosti) v čiernych dierach.

Tento model, prezentovaný v a papier Vydaný v fyzický recenzný papierPoskytuje alternatívny pohľad na čierne diery, ktorý môže poskytnúť informácie o budúcom astrofyzickom výskume.

„Bekenstein-Hawkingov vzorec entropie, ktorý popisuje termodynamiku čiernych dier, bol objavený v 70. rokoch,“ povedal spoluautor článku Vijay Balasubramaniam pre Phys.org. „Tento vzorec hovorí, že entropia čiernych dier je úmerná ploche ich horizontu.

„Podľa štatistickej fyziky, ktorú vyvinuli Boltzmann a Gibbs koncom 19. storočia, entropia systému súvisí s počtom mikroskopických konfigurácií, ktoré majú rovnaký makroskopický popis.

„V kvantovo mechanickom svete, ako je ten náš, entropia vzniká kvantovou superpozíciou 'mikrostavov', čiže mikroskopických komponentov, ktoré produkujú podobné pozorovateľné charakteristiky vo väčšom meradle.“

Fyzici sa už desaťročia pokúšajú poskytnúť spoľahlivý popis entropie čiernych dier. V deväťdesiatych rokoch Andrew Strominger a Kamrun Wafa využili hypotetickú vlastnosť nazývanú „supersymetria“ na sformulovanie metódy na výpočet mikrostavov špeciálnej triedy čiernych dier v extra dimenziách a mnohých typoch vesmírov, ktorým sa hmotnosť rovná. k elektromagnetickému náboju. Elektrické a magnetické polia.

Na vysvetlenie pôvodu entropie čiernych dier vo vesmíre, ako je ten náš, musel Balasubramaniam a jeho kolegovia vytvoriť nový teoretický rámec.

„Napriek predchádzajúcemu úsiliu sa zatiaľ nenašlo žiadne vysvetlenie, ktoré by sa vzťahovalo na čierne diery vytvorené kolapsom hviezd v našom svete,“ povedal Balasubramaniam. „Naším cieľom bolo poskytnúť takýto účet.“

Primárnym príspevkom tejto nedávnej práce bolo predstavenie nového modelu mikrostavov čiernych dier, ktoré možno opísať v podmienkach kolabujúcej prachovej gule vo vnútri čiernej diery. Okrem toho výskumníci navrhli techniku ​​na výpočet spôsobov, ako tieto mikrostavy kvantovo mechanicky superponovať.

Balasubramaniam povedal: „Hlavným poznatkom našej práce je, že veľmi rozdielne geometrie časopriestoru zodpovedajúce zjavne odlišným mikrostavom sa môžu navzájom miešať v dôsledku jemných účinkov kvantových mechanických 'červích dier', ktoré existujú vo vzdialených častiach vesmíru. Spojte oblasti.“

„Po započítaní účinkov týchto červích dier naše výsledky ukázali, že pre akýkoľvek vesmír s gravitáciou a hmotou je entropia čiernej diery priamo úmerná oblasti jej horizontu udalostí, ako zistili Bekenstein a Hawking. Bolo navrhnuté.“

Nedávna práca Balasubramaniama a jeho kolegov ponúka nový spôsob uvažovania o mikrostavoch čiernych dier. Jeho model ich konkrétne opisuje ako kvantové superpozície jednoduchých objektov, ktoré sú dobre opísané klasickými fyzikálnymi teóriami hmoty a geometriou časopriestoru.