Исследование квантовой природы черных дыр
В исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, физики продемонстрировали, что черные дыры удовлетворяют третьему закону термодинамики, который гласит, что энтропия остается положительной и исчезает при экстремально низких температурах, как и в обычных квантовых системах. Это открытие является убедительным доказательством того, что черные дыры обладают изолированными основными состояниями, что является отличительной чертой квантово-механического поведения.
Понимание квантового поведения гравитации является одним из самых больших открытых вопросов, стоящих перед современной физикой. Черные дыры используются в качестве лабораторий для исследования квантовой гравитации, особенно при низких температурах, когда квантовые эффекты становятся заметными.
Предыдущие расчеты показали, что энтропия черных дыр может становиться отрицательной при низких температурах, что казалось физически загадочным результатом. В этой работе исследователи рассмотрели этот парадокс, включив эффекты червоточин в двумерную гравитационную модель Джекива-Тейтельбойма (JT).
Phys.org поговорил с авторами исследования, Стефано Антонини, профессором Лукой Виктором Илиесиу, Пратиком Ратом и Патриком Дуй Траном, чтобы получить представление об их работе.
"Описывая черные дыры при экстремально низких температурах и понимая, имеют ли они изолированное основное состояние, как и большинство обычных квантовых систем, мы надеемся раскрыть квантовые свойства гравитации", - объясняют исследователи.
Проблема энтропии
В квантовых системах энтропия измеряет количество возможных микроскопических конфигураций. Если система имеет изолированное основное состояние — уникальную конфигурацию с наименьшей энергией, — ее энтропия должна исчезать по мере приближения температуры к абсолютному нулю.
Однако расчеты энтропии в гравитационных теориях всегда включают усреднение по множеству возможных конфигураций, что делает их сложными.
Две разные процедуры усреднения, называемые отожженной и подавленной энтропией, могут дать разные ответы. Сначала для отожженной энтропии вычисляется среднее значение, а затем энтропия, в то время как для подавленной энтропии сначала вычисляется энтропия для каждой конфигурации, а затем усредняется.
"Необходимость сводится к вопросу о порядке выполнения операций", - объясняют исследователи. "Предположим, вам предоставлен набор квантовых систем и поставлена задача рассчитать среднюю энтропию. В идеале вы должны рассчитать энтропию каждой системы, а затем усреднить по этим энтропиям. Это называется подавленной энтропией."
"Вместо этого физикам часто проще рассчитать энтропию отжига, для чего сначала берутся средние значения, а затем вычисляется энтропия — неправильный порядок действий".
При высоких температурах эти два метода согласуются. Но при низких температурах они резко различаются: энтропия при закалке приближается к нулю, отражая изолированное основное состояние, в то время как энтропия при отжиге становится отрицательной. Этот результат бессмыслен, поскольку третий закон термодинамики гласит, что энтропия должна быть неотрицательной и исчезать при приближении температуры к абсолютному нулю.
Ввод нового количества
В то время как подавленная энтропия предлагает правильный концептуальный способ вычисления энтропии, часто бывает очень сложно выполнить точные вычисления в гравитационных системах. Эта трудность возникает из-за того, что для этого требуется детальное знание полного распределения квантовых состояний и флуктуаций внутри ансамбля, что является сложной математической и численной задачей.
Чтобы решить эту проблему, исследователи ввели новую промежуточную величину, называемую полувлажненной энтропией.
"Нам пришлось ввести полупространственную энтропию, которую вычислить проще, чем обычную энтропию", - сказали в команде. "Тем не менее, эта величина по-прежнему обладает свойствами, сходными с подавленной энтропией: например, доказательство того, что любая из этих величин положительна при низких температурах, подразумевает, что все основные состояния множества квантовых систем изолированы".
Ключевое преимущество заключается в том, что доказательства того, что полупространственная энтропия остается положительной при любых температурах, достаточно, чтобы показать, что черные дыры имеют изолированные основные состояния — и, как следствие, что затухающая энтропия также остается положительной.
Это связано с тем, что полупространственная энтропия, несмотря на то, что ее легче вычислить, похожа на затухающую энтропию в том смысле, что она имеет то же качественное поведение и исследует те же физические свойства основного состояния. Таким образом, положительная величина и исчезновение полупространственной энтропии при нулевой температуре подтверждают, что черные дыры ведут себя как обычные квантовые системы с уникальными состояниями с наименьшей энергией.
Хвост Эйри и червоточины
Граница Эйри - это математическая концепция из теории случайных матриц, описывающая универсальную закономерность распределения собственных значений вблизи границы их спектра. Эта закономерность проявляется во многих сложных системах физики и математики.
В контексте теории гравитационного поля JT энергетический спектр черной дыры математически эквивалентен спектру собственных значений ансамбля случайных матриц. Эта эквивалентность позволяет физикам применять статистику Эйри для понимания тонкого квантового поведения черных дыр при очень низких температурах.
"Переходя к низким температурам, мы начинаем исследовать краевую статистику в спектре черных дыр и видим, что она имеет ту же универсальную статистику, что и в матричных интегралах", - объясняют исследователи.
Команда выполнила свои расчеты, используя два взаимодополняющих подхода. Первый включал суммирование вкладов червоточин — геометрических структур, соединяющих различные области пространства—времени, - в интеграл гравитационной траектории.
Во втором использовались методы теории случайных матриц, чтобы показать, что в интеграле с двойной матрицей доминирует новая конфигурация, инстантон с одним собственным значением. Примечательно, что оба подхода согласуются с общим режимом проверки достоверности, обеспечивая мощную проверку согласованности.
"Это совпадение, по-видимому, говорит нам о странном и удивительном результате: эти инстантоны с одним собственным значением соответствуют не просто одной червоточине, а совокупности бесконечного числа червоточин", - отметила команда.
"Если бы мы вместо этого просуммировали конечное число поправок к червоточинам, мы бы не увидели, что полученная энтропия положительна. Это означает, что учет всех червоточин имеет решающее значение для понимания квантовой природы черных дыр и получения результатов, согласующихся с обычной квантовой системой".
Выводы и дальнейшие шаги
Демонстрация того, что черные дыры имеют изолированные основные состояния, имеет значение для нашего понимания квантовой гравитации.
"Доказав изолированное основное состояние, мы показываем, что черные дыры в гравитационном поле ведут себя как квантово-механические системы. Другими словами, их низкоэнергетические состояния квантованы", - объясняют исследователи.
"Это дает доказательства в пользу микрогосударственной интерпретации энтропии черных дыр и продвигает теоретические исследования квантовой природы гравитации".
Результаты также подчеркивают роль червоточин в гравитационной физике. Без суммирования по всему бесконечному ряду вкладов червоточин расчеты не дали бы физически ощутимой положительной энтропии.
Забегая вперед, исследователи выявляют интригующие открытые вопросы: Какова гравитационная интерпретация инстантонов с одним собственным значением? Могут ли эти методы быть применимы к черным дырам с большим числом измерений? Полезна ли полуразрушенная энтропия помимо гравитации, например, в конденсированных средах или квантовых вычислениях?
Команда ученых уже предприняла шаги для получения ответов на эти вопросы. В следующей статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, они обобщают свои результаты на более широкий класс черных дыр с возбуждениями материи, подтверждая тем самым, что черные дыры ведут себя как обычные хаотические квантовые системы.
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Отправить донат на поддержку проекта "Аномальные новости"
Меню
Архив материалов
Проекты наших читателей
Контакты исследователей
Подписка на новости
Проекты
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Новости
26.02.2002 - 05.07.2002
05.08.2002 - 23.10.2002 (562)
24.10.2002 - 17.01.2003 (585)
20.01.2003 - 07.04.2003 (709)
08.04.2003 - 01.08.2003 (709)
04.08.2003 - 18.11.2003 (763)
19.11.2003 - 31.03.2004 (721)
01.04.2004 - 13.08.2004 (825)
16.08.2004 - 22.11.2004 (782)
23.11.2004 - 28.03.2005 (756)
29.03.2005 - 29.07.2005 (807)
30.08.2005 - 02.12.2005 (927)
05.12.2005 - 21.04.2006 (912)
24.04.2006 - 23.10.2006 (999)
24.10.2006 - 03.05.2007 (999)
04.05.2007 - 28.01.2008 (999)
29.01.2008 - 12.01.2009 (999)
13.01.2009 - 07.07.2009 (966)
22.08.2009 - 21.01.2010 (996)
22.01.2010 - 22.06.2010 (1000)
23.06.2010 - 14.01.2011 (1042)
17.01.2011 - 31.05.2011 (1008)
01.06.2011 - 03.11.2011 (1003)
07.11.2011 - 16.03.2012 (996)
19.03.2012 - 09.06.2012 (1009)
13.06.2012 - 07.09.2012 (988)
10.09.2012 - 19.11.2012 (1004)
20.11.2012 - 14.01.2013 (1015)
15.01.2013 - 22.02.2013 (1000)
23.02.2013 - 08.04.2013 (991)
09.04.2013 - 31.05.2013 (1015)
01.06.2013 - 18.07.2013 (992)
19.07.2013 - 03.09.2013 (1014)
04.09.2013 - 20.10.2013 (1001)
21.10.2013 - 02.12.2013 (1001)
03.12.2013 - 18.01.2014 (997)
19.01.2014 - 07.03.2014 (994)
08.03.2014 - 24.04.2014 (1000)
25.04.2014 - 18.06.2014 (1005)
19.06.2014 - 15.08.2014 (1019)
16.08.2014 - 07.10.2014 (1006)
08.10.2014 - 16.11.2014 (995)
17.11.2014 - 25.12.2014 (1004)
26.12.2014 - 09.02.2015 (989)
10.02.2015 - 20.03.2015 (998)
21.03.2015 - 22.04.2015 (1001)
23.04.2015 - 29.05.2015 (997)
29.05.2015 - 30.06.2015 (995)
30.06.2015 - 29.07.2015 (990)
29.07.2015 - 26.08.2015 (998)
27.08.2015 - 24.09.2015 (988)
25.09.2015 - 22.10.2015 (991)
23.10.2015 - 18.11.2015 (1000)
18.11.2015 - 16.12.2015 (990)
17.12.2015 - 23.01.2016 (1000)
24.01.2016 - 25.02.2016 (1000)
26.02.2016 - 24.03.2016 (1000)
24.03.2016 - 16.04.2016 (990)
17.04.2016 - 19.05.2016 (999)
20.05.2016 - 22.06.2016 (993)
23.06.2016 - 01.08.2016 (995)
02.08.2016 - 12.09.2016 (990)
13.09.2016 - 25.10.2016 (989)
26.10.2016 - 05.12.2016 (995)
06.12.2016 - 15.01.2017 (995)
16.01.2017 - 23.02.2017 (990)
24.02.2017 - 03.04.2017 (994)
04.04.2017 - 18.05.2017 (1000)
19.05.2017 - 05.07.2017 (1000)
06.07.2017 - 24.08.2017 (1000)
25.08.2017 - 06.10.2017 (991)
07.10.2017 - 15.11.2017 (990)
16.11.2017 - 24.12.2017 (1000)
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - 02.03.2019 (1000)
03.03.2019 - 12.04.2019 (1010)
13.04.2019 - 23.05.2019 (990)
24.05.2019 - 03.07.2019 (1000)
04.07.2019 - 11.08.2019 (1000)
12.08.2019 - 16.09.2019 (990)
17.09.2019 - 26.10.2019 (1000)
27.10.2019 - 12.12.2019 (1000)
13.12.2019 - 25.01.2020 (1000)
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - 27.11.2020 (990)
28.11.2020 - 07.01.2021 (990)
08.01.2021 - 15.02.2021 (1000)
16.02.2021 - 31.03.2021 (1000)
01.04.2021 - 12.05.2021 (1000)
13.05.2021 - 14.06.2021 (990)
15.06.2021 - 26.07.2021 (980)
27.07.2021 - 31.08.2021 (990)
01.09.2021 - 07.10.2021 (1000)
08.09.2021 - 07.11.2021 (1000)
08.11.2021 - 10.12.2021 (1000)
11.12.2021 - 24.01.2022 (990)
25.01.2022 - 04.03.2022 (1000)
05.03.2022 - 10.04.2022 (990)
11.04.2022 - 17.05.2022 (1000)
18.05.2022 - 23.06.2022 (980)
24.06.2022 - 31.07.2022 (990)
01.08.2022 - 13.09.2022 (990)
14.09.2022 - 21.10.2022 (990)
22.10.2022 - 29.11.2022 (1000)
30.11.2022 - 22.01.2023 (1000)
23.01.2023 - 02.03.2023 (990)
03.03.2023 - 21.04.2023 (1000)
22.04.2023 - 13.06.2023 (990)
14.06.2023 - 02.08.2023 (1000)
03.08.2023 - 21.09.2023 (1000)
22.09.2023 - 06.11.2023 (990)
07.11.2023 - 24.12.2023 (990)
25.12.2023 - 18.02.2024 (1000)
19.02.2024 - 05.04.2024 (990)
06.04.2024 - 25.05.2024 (1000)
26.05.2024 - 26.07.2024 (1000)
26.07.2024 - 25.08.2024 (990)
26.08.2024 - 28.09.2024 (980)
29.09.2024 - 01.11.2024 (1000)
02.11.2024 - 02.12.2024 (980)
03.12.2024 - 08.01.2025 (990)
09.01.2025 - 09.02.2025 (1000)
10.02.2025 - 20.03.2025 (1000)
21.03.2025 - 03.05.2025 (990)
04.05.2025 - ...
Статьи
Статьи: раздел 1 (1024)
Статьи: раздел 2 (1006)
Статьи: раздел 3 (1000)
Статьи: раздел 4 (1044)
Статьи: раздел 5 (1001)
Статьи: раздел 6 (1000)
Статьи: раздел 7 (1000)
Статьи: раздел 8 (1013)
Статьи: раздел 9 (1000)
Статьи: раздел 10 (1000)
Статьи: раздел 11 (329)
Статьи: раздел 12 (1000)
Статьи: раздел 13 (730)
Лента новостей

Генерал ВМС называет бывшего шефа AARO лжецом

Глава Anthropic предрёк исчезновение инженерных профессий

Дементор замечен над Астаной

Еврей из НЛО

Загадочное исчезновение экипажа корабля

Инопланетяне, кровь и Белый дом

Кем был уфолог Дэвид Уилкок

Несмотря на конфликт, Белый дом ведёт переговоры с Anthropic

НЛО выводят из строя ядерное оружие с 1960-х годов

Новые откровения о НЛО и почему это не случайность

Общественник предложил создать музей уфологии

Он знал много ядерных секретов

Они маскируются под дроны

Они нашли черную живую слизь внутри корабля

Пентагон купил ИИ Гугла

Сущности предупредили чиновников о начале их войны с Богом

У американцев с инопланетянами всё давно на мази

Уфолог Ник Поуп скончался в возрасте 60 лет

Частое использование ИИ влияет на мозг

Чешуя дракона обнаружена на Марсе

Время может двигаться и быстро, и медленно одновременно

Галактики растут вокруг черных дыр

Древний марсианский океан существовал

Зафиксировано изменение состава кометы 3I-ATLAS

Инопланетная жизнь может скрываться у всех на виду

Камера запечатлела Существо во время ограбления

Крах майя был вызван климатическими колебаниями

Метан выделяется из межзвездной кометы 3I-ATLAS

Метан обнаружен на гигантской экзопланете

Новая группа крови, которая есть только у трех человек

Опасения по поводу сокрытия информации об НЛО

Пентагон согласовывал позиции с Луисом Элизондо

Постоянно меняющаяся многопланетная система

Путешественник во времени прибыл из 2582 года

США десятилетиями проводили эксперименты с НЛО

Тайна НЛО в Уайт-Маунтинс

Темный вулканический пепел Марса

Трехмерная карта меняет представление о Вселенной

Человечество упускает что-то важное об НЛО

Я единственный человек в постапокалиптическом мире

Американская лаборатория изучала НЛО

Гигантская жуткая тень на Марсе сильно выросла

Гравитация подчиняется законам Ньютона и Эйнштейна

Доказательства существования магнетизма в звездах

Дональд Трамп приказал обнародовать досье об НЛО

Инопланетяне могут подтвердить свое существование

Информатор об НЛО умер от передозировки

Источник загадочной дымки в атмосфере Венеры

Как газ превращается в диски, формирующие планеты

Может ли темная материя образоваться из черных дыр

НАСА подтвердило дату сближения с Апофисом

Открытие на острове Пасхи может переписать историю

Планетам требуется больше воды для поддержания жизни

Разоблачитель НЛО скончался накануне дачи показаний

Темная материя объясняет появление ранних черных дыр

Теория заговора привлекает внимание законодателей

Теперь 13 погибших или пропавших без вести

Трамп обещает расследовать гибель ученых-уфологов

Федералы встречались по поводу НЛО в 1990-х годах

Черные дыры вызывают вспышки в триллионы солнц

Бытовки в Москве и модульное строительство. Оперативные решения для бизнеса и частного сектора

Давать показания в Конгрессе США опасно для жизни

Загадочная смерть информатора об НЛО

Изучала ли американская лаборатория НЛО

Информатор конгресса умер от наркотической смеси

Карта мира скоро будет переписана

Конгрессмен предупреждает о разрушительной правде

Кто стоит за исчезновениями и смертями ученых

НАСА обнаружило важный ключ к жизни на Марсе

НЛО раскрывают секреты, искажающие реальность

Правда о Великой пирамиде раскрыта

Пропавшие ученые изучали НЛО

Путешественник во времени из 2118 года

Разоблачитель НЛО скончался перед дачей показаний

Растет число свидетельств того, что они уже здесь

Сообщения об НЛО подпитывают спекуляции

Тайна пропавших и погибших ученых раскрыта

Теория о большой батареи в Великой пирамиде

Ури Геллер предупредил Трампа, что телепортация реальна

Уфо-информатор умер от передозировки

ФБР проводит расследование смерти информатора

Ватикан настаивает на обнародовании данных об НЛО

Всплыло жуткое видео пропавшего ученого

Духовность и религиозная связь с НЛО

Инопланетяне, НЛО и демоны

Конгрессмен видел ошеломляющие данные об НЛО

На одной стороне Земли быстро становится холоднее

Пентагон скрывает инопланетный корабль

Политик видел фотографии и видео НЛО

Последние леденящие душу слова уфолога

Последние моменты жизни уфолога

Предупреждение уфолога перед смертью

Пропавшие ученые. Заговора нет, только подозрения

Ролик фильма Спилберга 'День раскрытия информации об НЛО'

Скандал вокруг смерти уфолога Дэвида Уилкока

Смерти и исчезновения ведущих ученых США

Странная смерть всей семьи ученого НАСА

Тайна происхождения минералов

У пропавших ученых США есть кое-что общее

Уфолог найден мертвым в Колорадо

Уфолог размышлял о недавних смертях своих коллег

Автор статей о паранормальных явлениях скончался

Видеозаписи НЛО, которые не поддаются никакому объяснению

Земляне могут быть хуже инопланетян

Зловещие файлы об НЛО существуют

Исследователь НЛО знал что-то важное

Кем был уфолог Дэвид Уилкок

Конгрессмен поделилась душераздирающей новостью

Кто такой доктор Джон Бранденбург

Лучший друг Дэвида Уилкока ошеломлен его смертью

Разрушили ли кибер-сталкеры жизнь уфолога

Расследование смерти писателя-уфолога

Сообщения о самоубийстве уфолога

Тайна инопланетной жизни вот-вот будет раскрыта

Трагический инцидент с автором книги о НЛО

У Дэвида Уилкока были проблемы с психикой

Уфолог Дэвид Уилкок привлек к себе внимание

Уфолог умер в возрасте 53 лет после самоубийства

Череда смертей известных уфологов

Что стоит за всплеском интереса к уфологии

Электронные письма представителя Пентагона об НЛО

Братья Земли. Между вечной ночью и днем

Грань между человеком и инопланетянином

Действительно ли Луна богата железом

Доказательства существования первых звезд

Загадка цвета троянских астероидов Юпитера

Как эволюционируют галактики с самого зарождения

На Луне только что появился новый шрам

Некоторые собаки в Чернобыле посинели

Поиск жизни в марсианских вулканах

Полный список экспертов, погибших или пропавших

Поп-культура формирует науку

Почему некоторые звезды в центре галактики выживают

Разгадка тайны Земли возрастом в 4,5 млрд лет

Разделительная черта между планетами и звездами

Солнечные пятна как оружие для поиска экзопланет

Странная смерть уфолога Эми Эскридж

Темная материя может находиться в двух состояниях

Темная материя может решить три космозагадки

Три субпопуляции сливающихся черных дыр

Я планирую жить, а не совершать самоубийство

Веб-сайт Белого дома об НЛО набирает обороты

Волна пропавших ученых возродила интерес к НЛО

Гигантские НЛО, бросающие вызов физике

Дата окончательного уничтожения человечества

Древняя библейская история о падших ангелах

Живой Нострадамус предсказывает смену власти в США

Известный уфолог Дэвид Уилкок покончил с собой

Исследователи изучают парейдолию

Какие файлы НЛО планирует опубликовать Пентагон

Когда Дональд Трамп опубликует файлы об НЛО

Место последнего упокоения Ковчега Завета

Мир получил отрезвляющее предупреждение о будущем

Можем ли мы на самом деле терраформировать Марс

Наиболее вероятные места нахождения воды на Луне

Невиданные ранее органические соединения Марса

Политик предупреждают о не поддающихся физике НЛО

Происхождение Великой пирамиды поставлено под сомнение

Тайна Ноева ковчега становится загадочнее

ФБР призвали к поиску зловещей правды

Что случилось с уфологом Дэвидом Уилкоком

Безусадочная смесь. Характеристики и применение

Америка готова к обнародованию данных о НЛО

Американские НЛО-ученые пропадают и гибнут

Аэробот для исследования атмосферы Венеры

Босс ядерной лаборатории оставил сыну тайник с НЛО

Город, где даже призраки носят оружие

Загадочные смерти и исчезновения элитных ученых

Загадочный человек доказывает путешествия во времени

ИИ реинжинирирует процесс поиска лекарств

Инопланетянин без пальцев и с прозрачной кожей

Многие люди знакомы с концепцией света в конце туннеля

Отец Эми Эскридж отрицает, что ее смерть подозрительна

Пантеры и леопарды бродят по сельской местности Англии

Пентагон обвинили в сокрытии информации

Первая близкая пара сверхмассивных черных дыр

Поиски конгрессменом звездолета инопланетян

Почему у Юпитера больше спутников, чем у Сатурна

Симпсоны предсказывают будущее

Скопление НЛО замечено над военной базой

Трамп дразнит очень интересными файлами об НЛО

Удивительный НЛО-отель на юго-западе Уэльса

Влажный корм для кошек и котят. Как выбрать идеальный рацион и почему это важно для здоровья

Девочка, воспитанная собаками

Документы об НЛО будут опубликованы очень скоро

Документы об НЛО, найденные в обзоре Пентагона

Наверх
Яндекс.Метрика