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

Белая постройка на тёмной стороне Луны

Древняя голова короля с алмазом найдена на Марсе

Замаскированный НЛО пролетел в Австралии

Зелёный диск над Массачусетсом

Квантовая физика поможет найти Землю 2.0

Луна - космический корабль инопланетян

Лунные землетрясения могут обнажить лед

Марсианская постройка обнаружена марсоходом

Методы сельского хозяйства на Луне и Марсе

НЛО над Редондо-Бич

Оцениваем вероятность наличия воды на Марсе

Проект раскрывает спектры распадающихся экзопланет

Рой шаров над Исламабадом

Самый близкий в истории пролёт мимо астероида

Солнечный ветер перемешивает атмосферу Марса

Спутники Нептуна - обломки древних миров

Сфера Дайсона недалеко от Малой Медведицы

Три наблюдения НЛО над Огайо

Удивительное поведение жидкостей при кипении

Черный диск замечен на орбите

Какие вещи можно продать после длительного использования

Верность долгу. Боевой путь Героя Советского Союза Василия Прохорова

Австралийские озера рассказали о марсианской гидрологии

Безумное поглощение материи черной дырой

Взрыв черной дыры охватил 300 000 световых лет

Вулканические экзо-Ио вокруг супер-Юпитеров

Гигантские кольца в атмосфере Венеры

Доказательства того, что у Бетельгейзе есть компаньон

Зародыши самых ранних твердых тел в Солнечной системе

Маленькие красные точки могут быть фазой черных дыр

Марсианские скафандры должны быть на 40% легче

Марсоход обнаружил поле сотовых текстур

Мертвые звезды обладают удивительным аппетитом

Может ли ИИ помочь расшифровать древние языки

На Марсе когда-то была вода

НАСА планирует построить Обсерваторию обитаемых миров

Необычное облако появилось над Павловским Посадом

Новый поворот в решении проблемы Эйнштейна

Одно из самых редких событий с черными дырами

Падающие обломки Чиксулуба превратились в огненный шторм

Риски, связанные с космическим мусором

Толстая кора Луны может усиливать неуловимые сигналы

Величайшая угроза цивилизации наступит гораздо раньше

Венера остается тектонически активной

Возможный новый класс космических взрывов

Встряхивание атомов для создания квантового хаоса

Вулканическая активность на Ио

Гриб весом в 3 кг нашли в Калининградской области

До скрытого океана Европы будет сложно добраться

Загадки БАК обьяснили тёмной материей

Загадочные постройки на Луне

Золотой остров, которого никогда не существовало

Квантовое устройство в искривлённом пространстве-времени

Ключевой инструмент для поиска землеподобных миров

Марсианские полярные сияния

Миры Солнечной системы - захватывающие и нетронутые

Некоторые из самых больших загадок Вселенной

Неразорвавшаяся инопланетная ракета на Марсе

НЛО относятся к средневековой категории 'сверхъестественного'

Образцы горных пород с обратной стороны Луны

Сны оказались сложной пересборкой реальности

ЦРУ обнаружило станцию-призрак, полную секретов

Влияние Солнца на пылевые бури Марса

Доказательство апокалиптической войны на Марсе

Доктор Фаучи и происхождение CovID-19

Заговор, связанный с 'Филадельфийским экспериментом'

Звезда, вращающаяся вокруг сверхмассивной чёрной дыры

Изучение физики плазмы черных дыр

Исследователи SETI слушали не те частоты

Как Млечный Путь когда-то изменил ориентацию

Кандидаты в носители сфер Дайсона

Обнаружение НЛО на ранчо Скинволкер

Обнаружение обитаемых экзопланет в зоне Венеры

Огненный шар над Новой Зеландией

Одни и те же первые 60 секунд похищения

Орудия труда, противоречащие хронологии

Пентагон защищал секретные программы по НЛО

Повторяющееся извержение черной дыры

Самые мрачные предсказания Атоса Саломе

Секреты Ватикана и инопланетяне

Температура огненного спутника Юпитера Ио

Экзолуна бросает вызов космическим стереотипам

Профессиональная помощь аварийных комиссаров при дорожно-транспортных происшествиях

Танцы в женских стилях с нуля. Путь к уверенности и пластике

Динозавры всё ещё могут существовать

Доклад об НЛО выставлен на аукцион

Загадочный объект, найденный на Марсе

Звезда Табби и компаньон планетарной массы

Когда конспирологические убеждения влияют на поведение

Леб сменил охоту на инопланетян на математику в гольфе

Люди делят Землю с другим разумным видом

Мужчина с мозгом, растущим снаружи головы

На Марсе обнаружена инопланетная ракета

Настоящий шок от раскрытия информации об НЛО

НЛО перехитрил самолет и истребители

Передовые технологии при строительстве пирамид

Песня Леннона, вдохновлённая наблюдением НЛО

Почему галактики перестают формировать звезды

Ранчо Скинволкер является паранормальным объектом

Родился невероятно редкий двухголовый геккон

Таинственный объект над Средиземным морем

Туманность Медуза - место взрыва двух звёзд

Что на самом деле произошло 65 млн. лет назад

Элизондо опровергает слухи о своей новой должности

Атмосфера обнаружена на каменистой планете

Биологическая история Туринской плащаницы

Бюрократ препятствовал президенту в раскрытии НЛО

Вековая загадка звезды получила объяснение

Действительно ли существует тёмная энергия

Загадочные вспышки молний в глубинах океана

Загадочный обьект нашли у звезды Табби

Мероприятие по вызову НЛО в Аризоне

Новые горизонты гравитационно-волновой астрономии

Одна идея и две космические загадки

Планеты-гиганты в качестве детекторов темной материи

Ракету инопланетян нашли на Марсе

Рассмотрели компаньона Бетельгейзе

Редкое раннее сообщение о летающей тарелке

Робокоммунизм или цифровой фашизм

Секретная история программы наследия НЛО

Телескоп Уэбба обнаружил скрытую планету

Уфологический туризм в Японии

Экологический след ИИ не исчезнет на орбите

Эпигенетические часы старения сделали точными

Что изучают на онлайн-курсах испанского языка для начинающих

Вышедший из-под контроля ИИ может парализовать страну

Глубинное государство прячет данные об НЛО

Жители Кыштыма заметили НЛО

Загадочная близлежащая каменистая экзопланета

Используют ли инопланетяне энергию вращения звёзд

Компания Anthropic уничтожает редкие книг

Красные и зеленые волны над Францией

Масштабный пожар вспыхнул недалеко от Зоны 51

Металлические волны на древнем Марсе

Можем ли мы отправить звездолет к чёрной дыре

Наиболее распространенные случаи наблюдения НЛО

Неужели мы упускаем из виду инопланетные маяки

Обнаружена самая слабая экзопланета

Первый космонавт Казахстана видел НЛО

Противоречат ли НЛО и инопланетяне вере

США тайно извлекали обломки НЛО

Умер известный уфолог Пол Эндрюс

Фото НЛО, сделанные задолго до эры ИИ

Человек, вдохновивший Спилберга на увлечение НЛО

Я побывала на самом мистическом фестивале

Астероид оказался тёмной кометой

Белый дом поручил мне изучить документы об НЛО

Близлежащие планеты малы, странны и безжизненны

Геоинженерный метод охлаждения Земли

Доктор Фил ознакомился с файлами об НЛО

Загадочный белый объект, пролетевший сквозь облака

ИИ Claude ослушался руководителя Anthropic

Имплантат для восстановления зрения

Как измерить скорость вращения чёрной дыры

Наблюдение НЛО над Гавайями

НАСА тайно удалило признаки присутствия инопланетян

Обнаружена химия из инопланетного мира

Основы загадочных сил Эйнштейна

Правда ли, что США публикуют материалы об НЛО

Распад астероида объясняет бомбардировку Земли

Свидетельства древних столкновений на Марсе

Сейсмологи не смогли объяснить природу марсотрясений

Скрытые индивидуальные особенности вирусов

Управление инвалидной коляской силой мысли

Усилия Трампа по изучению НЛО

Артефакт может быть египетским летательным аппаратом

Биохакер создал своего клона-младенца

Вращение спутника Плутона и Харона замедляется

Документы Пентагона о сокрытии информации об НЛО

Дональд Трамп шокирует инопланетянами

Загадочное исчезновение звезды Тета Эридана

Инопланетная антигравитационная двигательная установка

Инцидент с НЛО в Стивенвилле в 2008 году

История, в которой мало науки и много вымысла

Как последовательности ДНК связываются друг с другом

Призыв астронома к финансированию исследований НЛО

Пространство-время подтверждает теорию Эйнштейна

Сверхмассивные черные дыры питаются сами собой

Свет может создавать трение без физического контакта

Случаи появления НЛО вдоль границы Техаса и Мексики

Стоимость доставки грузов в космос может снизиться

Таинственный гул получил научное объяснение

У Лох-Несского чудовища появились детеныши

У США есть более важные доказательства об НЛО

Уфологи оценивают влияние рассекречивания

Как выбрать ноутбук в Донецке. Экран, память и производительность

Наверх
Яндекс.Метрика