Модел, показващ микроскопичния произход на ентропията на черната дупка

Черните дупки са интересни астрономически обекти, които имат толкова силна гравитация, че не позволяват на всеки обект, дори на светлина, да избяга. Докато черните дупки са били обект на много астрофизични изследвания, техният произход и фундаментална физика остават до голяма степен мистерия.

Изследователи от Университета на Пенсилвания и Атомния център на Барилоче наскоро представиха нов модел за микросъстояния на черни дупки по отношение на произхода на ентропията (т.е. степента на безпорядък) в черните дупки.

Този модел, представен в A хартия Публикувано в Писма за физически прегледТой предлага алтернативен поглед върху черните дупки, който може да бъде от полза за бъдещи астрофизични изследвания.

„Ентропийната формула на Бекенщайн-Хокинг, която описва термодинамиката на черните дупки, беше открита през 70-те години на миналия век“, каза Виджай Баласубраманиан, съавтор на статията, пред Phys.org. „Тази формула показва, че черните дупки имат ентропия, пропорционална на площта на техните хоризонти.

„Според статистическата физика, както е разработена от Болцман и Гибс в края на деветнадесети век, ентропията на една система е свързана с броя на микроскопичните конфигурации, които имат едно и също макроскопично описание.

„В квантово-механичен свят като нашия ентропията възниква от квантови суперпозиции на „микроскопични състояния“, тоест микроскопични компоненти, които произвеждат едни и същи наблюдаеми характеристики в големи мащаби.“

Физиците се опитват да дадат надеждно обяснение за ентропията на черната дупка от десетилетия. През 90-те години на миналия век Андрю Стромингер и Кумрон Вава се възползваха от хипотетично свойство, известно като „суперсиметрия“, за да измислят начин за изчисляване на точните състояния на специален клас черни дупки, чиято маса е равна на електромагнитния заряд, в извънизмерни вселени и множество видове черни дупки. Електрически и магнитни полета.

За да обяснят произхода на ентропията на черните дупки във вселени като нашата, Баласубраманиан и колегите му трябваше да създадат нова теоретична рамка.

„Въпреки предишните опити, все още няма обяснение, което да се отнася за видовете черни дупки, които се образуват в резултат на звезден колапс в нашата вселена“, каза Баласубраманиан. „Нашата цел беше да предоставим такъв акаунт.“

Основният принос на тази скорошна работа беше въвеждането на новия модел на микросъстояния на черна дупка, които могат да бъдат описани от гледна точка на колапса на прахови обвивки вътре в черна дупка. В допълнение, изследователите са разработили техника за изчисляване на начините, по които тези квантово-механични точни състояния се наслагват.

„Ключовата идея на нашата работа е, че много различни пространствено-времеви геометрии, съответстващи на очевидно различни микросъстояния, могат да се слеят едно в друго поради фините ефекти на квантово-механичните „червееви дупки“, свързващи отдалечени региони на пространството“, каза Баласубраманиан.

„След отчитане на ефектите от тези червееви дупки, нашите резултати показват, че за всяка вселена, съдържаща гравитация и материя, ентропията на черна дупка е право пропорционална на площта на хоризонта на събитията, както предполагат Бекенщайн и Хокинг.“

Последната работа на Баласубраманиан и колеги предлага нов начин на мислене за малки състояния в черна дупка. Техният модел конкретно ги описва като квантови суперпозиции на прости обекти, които са добре описани от класическите физични теории за материята и геометрията на пространство-времето.