Juodosios skylės yra įdomūs astronominiai objektai, kurių gravitacija yra tokia stipri, kad neleidžia ištrūkti jokiems objektams, net šviesai. Nors juodosios skylės buvo daugelio astrofizinių tyrimų objektas, jų kilmė ir pagrindinė fizika tebėra paslaptis.

Pensilvanijos universiteto ir Bariloche atominio centro mokslininkai neseniai pristatė naują juodųjų skylių mikrobūsenų modelį, susijusį su entropijos kilme (ty sutrikimo laipsniu) juodosiose skylėse.

Šis modelis pristatytas A popierius Paskelbta m Fizinės apžvalgos laiškaiJis siūlo alternatyvų požiūrį į juodąsias skyles, kurios galėtų būti naudingos būsimiems astrofiziniams tyrimams.

„Bekensteino-Hawkingo entropijos formulė, apibūdinanti juodųjų skylių termodinamiką, buvo atrasta aštuntajame dešimtmetyje“, – Phys.org sakė šio straipsnio bendraautorius Vijay Balasubramanianas. „Ši formulė rodo, kad juodosios skylės turi entropiją, proporcingą jų horizonto plotui.

„Pagal statistinę fiziką, kurią XIX amžiaus pabaigoje sukūrė Boltzmannas ir Gibbsas, sistemos entropija yra susijusi su mikroskopinių konfigūracijų, turinčių tą patį makroskopinį aprašymą, skaičiumi.

„Tokiame kvantinės mechanikos pasaulyje, kaip mūsų, entropija atsiranda dėl „mikroskopinių būsenų“ kvantinių superpozicijų, tai yra, mikroskopinių komponentų, kurie sukuria tas pačias stebimas ypatybes dideliu mastu.

Fizikai dešimtmečius bandė pateikti patikimą juodosios skylės entropijos paaiškinimą. Dešimtajame dešimtmetyje Andrew Stromingeris ir Cumronas Vava pasinaudojo hipotetine savybe, vadinama „supersimetrija“, siekdami apskaičiuoti tikslias ypatingos klasės juodųjų skylių, kurių masė lygi elektromagnetiniam krūviui, būsenas ekstradimensinėse visatose. ir kelių tipų juodosios skylės. Elektriniai ir magnetiniai laukai.

Norėdami paaiškinti juodųjų skylių entropijos kilmę tokiose visatose kaip mūsų, Balasubramanianas ir jo kolegos turėjo sukurti naują teorinę sistemą.

„Nepaisant ankstesnių bandymų, vis dar nėra jokio paaiškinimo, kuris būtų taikomas juodųjų skylių, susidarančių dėl žvaigždžių griūties mūsų visatoje, rūšims“, – sakė Balasubramanianas. „Mūsų tikslas buvo sukurti tokią sąskaitą.

Pagrindinis šio neseniai atlikto darbo indėlis buvo naujo juodosios skylės mikrobūsenų modelio įvedimas, kurį galima apibūdinti kaip dulkių apvalkalų griūtį juodosios skylės viduje. Be to, mokslininkai sukūrė metodą, skirtą apskaičiuoti būdus, kuriais šios kvantinės-mechaniškai tikslios būsenos sutampa.

„Pagrindinė mūsų darbo idėja yra ta, kad labai skirtingos erdvės ir laiko geometrijos, atitinkančios akivaizdžiai skirtingas mikrobūsenas, gali susilieti viena į kitą dėl subtilaus kvantinių mechaninių „kirmgraužų“, jungiančių tolimus erdvės regionus, poveikio“, – sakė Balasubramanianas.

„Atsižvelgę ​​į šių kirmgraužų poveikį, mūsų rezultatai rodo, kad bet kurioje visatoje, kurioje yra gravitacija ir materija, juodosios skylės entropija yra tiesiogiai proporcinga įvykių horizonto sričiai, kaip pasiūlė Bekensteinas ir Hawkingas.

Naujausias Balasubramaniano ir jo kolegų darbas siūlo naują mąstymo būdą apie mažas valstybes juodojoje skylėje. Jų modelis konkrečiai apibūdina juos kaip paprastų objektų kvantines superpozicijas, kurias gerai apibūdina klasikinės fizikinės materijos teorijos ir erdvės-laiko geometrija.

„Tai labai stebina, nes bendruomenė tikėjosi, kad mikroskopiniam juodųjų skylių entropijos paaiškinimui reikės viso kvantinės gravitacijos teorijos aparato, pavyzdžiui, stygų teorijos“, – sakė Balasubramanianas.

„Mes taip pat parodėme, kad visatos, kurios skiriasi viena nuo kitos makroskopiniu, net kosminiu lygiu, kartais gali būti suprantamos kaip kitų visatų, kurios skiriasi makroskopiniu lygmeniu, kvantinė superpozicija. Tai kvantinės mechanikos apraiška visą visatą, o tai stebina, turint omenyje, kad mes paprastai „su kuo siejame kvantinę mechaniką, yra nedidelio masto reiškiniai“.

Naujai pateikta teorinė sistema galėtų atverti kelią kitiems teoriniams darbams, kuriais siekiama paaiškinti juodųjų skylių termodinamiką. Tuo pačiu metu mokslininkai planuoja išplėsti ir praturtinti savo mažų juodosios skylės valstybių aprašymą.

„Dabar tiriame, kokiu mastu ir kokiomis sąlygomis stebėtojas už įvykių horizonto gali nustatyti tikslią juodosios skylės būseną“, – pridūrė Balasubramanianas.