|
Микроскопическое происхождение энтропии черных дыр
|
|
|
|
Черные дыры - это интригующие астрономические объекты, гравитационное притяжение которых настолько сильно, что препятствует выходу любого объекта и даже света. Хотя черные дыры были предметом многочисленных астрофизических исследований, их происхождение и лежащая в их основе физика остаются в значительной степени загадкой. Исследователи из Пенсильванского университета и Медицинского центра Барилоче недавно представили новую модель микросостояний черных дыр, касающуюся происхождения энтропии (то есть степени беспорядка) в черных дырах. Эта модель, представленная в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, дает альтернативный взгляд на черные дыры, который может послужить основой для будущих исследований в области астрофизики. "Формула энтропии Бекенштейна-Хокинга, описывающая термодинамику черных дыр, была открыта в 1970-х годах", - рассказал соавтор статьи Виджай Баласубраманьян Phys.org. "Эта формула предполагает, что энтропия черных дыр пропорциональна площади их горизонтов.
|
|
|
|
"Согласно статистической физике, разработанной Больцманом и Гиббсом в конце 19 века, энтропия системы связана с количеством микроскопических конфигураций, которые имеют одинаковое макроскопическое описание. "В квантово-механическом мире, подобном нашему, энтропия возникает из-за квантовых суперпозиций "микросостояний", то есть микроскопических составляющих, которые обладают одинаковыми наблюдаемыми свойствами в больших масштабах". Физики десятилетиями пытались дать достоверное объяснение энтропии черных дыр. В 1990-х годах Эндрю Строминджер и Камрун Вафа использовали гипотетическое свойство, известное как "суперсимметрия", для разработки метода подсчета микросостояний особого класса черных дыр, масса которых равна электромагнитному заряду, во вселенных с дополнительными измерениями и множеством видов электрических и магнитных полей. Чтобы объяснить происхождение энтропии черных дыр во вселенных, подобных нашей, Баласубраманьяну и его коллегам пришлось создать новую теоретическую базу.
|
|
|
"Несмотря на предыдущие попытки, до сих пор не было найдено объяснения того, какие черные дыры образуются в результате звездного коллапса в нашем мире", - сказал Баласубраманян. "Нашей целью было предоставить такое объяснение". Основным вкладом этой недавней работы стало представление новой модели микросостояний черной дыры, которая может быть описана в терминах коллапсирующих пылевых оболочек внутри черной дыры. Кроме того, исследователи разработали методику квантово-механического подсчета способов наложения этих микросостояний. "Ключевым выводом нашей работы является то, что очень разные геометрии пространства-времени, соответствующие, по-видимому, различным микросостояниям, могут смешиваться друг с другом из-за тонких эффектов квантово-механических "червоточин", которые связывают отдаленные области пространства", - сказал Баласубраманян. "После учета влияния этих червоточин наши результаты показали, что для любой вселенной, содержащей гравитацию и материю, энтропия черной дыры прямо пропорциональна площади ее горизонта событий, как и предполагали Бекенштейн и Хокинг". Недавняя работа Баласубраманьяна и его коллег представляет новый взгляд на микросостояния черных дыр.
|
|
|
|
Их модель описывает их как квантовые суперпозиции простых объектов, которые хорошо описываются классическими физическими теориями материи и геометрией пространства-времени. "Это очень удивительно, потому что сообщество ожидало, что для микроскопического объяснения энтропии черных дыр потребуется полный аппарат квантовой теории гравитации, такой как теория струн", - сказал Баласубраманьян. "Мы также показываем, что вселенные, которые отличаются друг от друга в макроскопических, даже космических масштабах, иногда могут быть поняты как квантовые суперпозиции других, макроскопически отличающихся вселенных. Это проявление квантовой механики в масштабе всей Вселенной, что удивительно, учитывая, что мы обычно ассоциируем квантовую механику с явлениями малого масштаба". Новая теоретическая база может проложить путь для других теоретических работ, направленных на объяснение термодинамики черных дыр. Тем временем исследователи планируют расширить и обогатить свое описание микросостояний черных дыр. "Сейчас мы изучаем, в какой степени и при каких обстоятельствах наблюдатель за пределами горизонта событий может определить, в каком микросостоянии находится черная дыра", - добавил Баласубраманян.
|
|
|
|
Источник
|
