Модел који показује микроскопско порекло ентропије црне рупе

Црне рупе су занимљиви астрономски објекти који имају толико јаку гравитацију да спречавају да било који објекат, чак и светлост, побегне. Док су црне рупе биле предмет многих астрофизичких студија, њихово порекло и фундаментална физика остају углавном мистерија.

Истраживачи са Универзитета у Пенсилванији и Атомског центра Барилоче недавно су представили нови модел микростања црних рупа у вези са пореклом ентропије (тј. степена поремећаја) у црним рупама.

Овај модел представљен у А папир Објављена у Писма о физичком прегледуНуди алтернативни поглед на црне рупе који би могао бити од користи будућим астрофизичким истраживањима.

„Формула ентропије Бекенштајн-Хокинг, која описује термодинамику црних рупа, откривена је 1970-их,“ рекао је Вијаи Баласубраманиан, коаутор рада, за Пхис.орг. „Ова формула показује да црне рупе имају ентропију пропорционалну површини њихових хоризоната.

„Према статистичкој физици, коју су развили Болцман и Гибс крајем деветнаестог века, ентропија система је повезана са бројем микроскопских конфигурација које имају исти макроскопски опис.

„У квантном механичком свету као што је наш, ентропија произилази из квантних суперпозиција ’микроскопских стања’, односно микроскопских компоненти које производе исте видљиве карактеристике на великим размерама.

Физичари су деценијама покушавали да дају поуздано објашњење ентропије црне рупе. Током 1990-их, Андрев Стромингер и Цумрон Вава искористили су хипотетичко својство познато као „суперсиметрија“ да осмисле начин да израчунају тачна стања посебне класе црних рупа чија је маса једнака електромагнетном набоју, у екстрадимензионалним универзумима. и више врста црних рупа. Електрична и магнетна поља.

Да би објаснили порекло ентропије црних рупа у универзумима попут нашег, Баласубраманиан и његове колеге су морали да створе нови теоријски оквир.

„Упркос претходним покушајима, још увек не постоји објашњење које се односи на врсте црних рупа које настају као резултат колапса звезда у нашем универзуму“, рекао је Баласубраманиан. „Наш циљ је био да обезбедимо такав налог.

Примарни допринос овог недавног рада био је увођење новог модела микростања црне рупе, који се може описати у смислу колапса омотача прашине унутар црне рупе. Поред тога, истраживачи су осмислили технику за израчунавање начина на који се ова квантно-механички прецизна стања суперпонирају.

„Главна идеја нашег рада је да се веома различите геометрије простор-време које одговарају наизглед различитим микростањима могу уклопити једна у другу због суптилних ефеката квантних механичких ‘црвоточина’ које повезују удаљене регионе свемира“, рекао је Баласубраманиан.

„Након што се узму у обзир ефекти ових црвоточина, наши резултати показују да је за било који универзум који садржи гравитацију и материју, ентропија црне рупе директно пропорционална површини хоризонта догађаја, као што су Бекенштајн и Хокинг предложили.

Недавни рад Баласубраманијана и његових колега нуди нови начин размишљања о малим државама у црној рупи. Њихов модел их посебно описује као квантне суперпозиције једноставних објеката који су добро описани класичним физичким теоријама материје и геометрије простор-времена.

„Ово је веома изненађујуће, јер је заједница очекивала да ће микроскопско објашњење ентропије у црним рупама захтевати комплетан апарат квантне теорије гравитације, као што је теорија струна“, рекао је Баласубраманијан.

„Такође смо показали да се универзуми који се разликују један од другог на макроскопском, чак и космичком нивоу, понекад могу бити схваћени као квантна суперпозиција других универзума који су различити на макроскопском нивоу цео универзум, што је изненађујуће с обзиром на то да обично „оно са чиме повезујемо квантну механику су феномени малих размера“.

Новопредстављени теоријски оквир могао би да отвори пут другим теоријским радовима који имају за циљ објашњење термодинамике црних рупа. Истовремено, истраживачи планирају да прошире и обогате свој опис малих стања у црној рупи.

„Сада проучавамо у којој мери и под којим условима посматрач ван хоризонта догађаја може да одреди тачно стање у коме постоји црна рупа“, додао је Баласубраманијан.