Модель, показывающая микроскопическое происхождение энтропии черной дыры.

Черные дыры — интересные астрономические объекты, обладающие настолько сильной гравитацией, что не позволяют любому объекту, даже свету, ускользнуть. Хотя черные дыры были предметом многих астрофизических исследований, их происхождение и фундаментальная физика остаются во многом загадкой.

Исследователи из Пенсильванского университета и Атомного центра Барилоче недавно представили новую модель микросостояний черной дыры, касающуюся происхождения энтропии (т.е. степени беспорядка) в черных дырах.

Данная модель представлена ​​в разделе А бумага Опубликовано в Письма о физическом осмотреОн предлагает альтернативный взгляд на черные дыры, который может принести пользу будущим астрофизическим исследованиям.

«Формула энтропии Бекенштейна-Хокинга, описывающая термодинамику черных дыр, была открыта в 1970-х годах», — рассказал Phys.org Виджей Баласубраманян, соавтор статьи. «Эта формула указывает на то, что черные дыры имеют энтропию, пропорциональную площади их горизонтов.

«Согласно статистической физике, разработанной Больцманом и Гиббсом в конце девятнадцатого века, энтропия системы связана с количеством микроскопических конфигураций, имеющих одинаковое макроскопическое описание.

«В квантово-механическом мире, подобном нашему, энтропия возникает из квантовых суперпозиций «микроскопических состояний», то есть микроскопических компонентов, которые производят одни и те же наблюдаемые особенности в больших масштабах».

Физики десятилетиями пытались дать надежное объяснение энтропии черной дыры. В 1990-х годах Эндрю Строминджер и Камрон Вава воспользовались гипотетическим свойством, известным как «суперсимметрия», чтобы разработать способ расчета точных состояний особого класса черных дыр, масса которых равна электромагнитному заряду, в межмерных вселенных. и несколько типов черных дыр. Электрические и магнитные поля.

Чтобы объяснить происхождение энтропии черных дыр во вселенных, подобных нашей, Баласубраманиану и его коллегам пришлось создать новую теоретическую основу.

«Несмотря на предыдущие попытки, до сих пор нет объяснения, применимого к типам черных дыр, которые образуются в результате коллапса звезд в нашей Вселенной», — сказал Баласубраманян. «Нашей целью было предоставить такой аккаунт».

Основным вкладом этой недавней работы стало введение новой модели микросостояний черной дыры, которую можно описать в терминах коллапса пылевых оболочек внутри черной дыры. Кроме того, исследователи разработали метод расчета способов наложения этих квантово-механически точных состояний.

«Ключевая идея нашей работы заключается в том, что очень разные геометрии пространства-времени, соответствующие явно различным микросостояниям, могут сливаться друг с другом из-за тонких эффектов квантово-механических «червоточин», соединяющих отдаленные области пространства», — сказал Баласубраманиан.

«После учёта эффектов этих червоточин наши результаты показывают, что для любой вселенной, содержащей гравитацию и материю, энтропия чёрной дыры прямо пропорциональна площади горизонта событий, как предположили Бекенштейн и Хокинг».

Недавняя работа Баласубраманяна и его коллег предлагает новый взгляд на малые государства в черной дыре. Их модель конкретно описывает их как квантовые суперпозиции простых объектов, которые хорошо описываются классическими физическими теориями материи и геометрией пространства-времени.