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

Белый дом формирует научную группу по изучению НЛО

Добыча кислорода из лунной почвы

Заявления Спилберга о присутствии инопланетян

Как рассмотреть нашу Вселенную

Лаборатория естественной химии у протозвезд

Медицинские системы для Луны и Марса

Министерство обороны скрывает детали об НЛО

Мощный НЛО обнаружен в далекой черной дыре

Наблюдение НЛО в форме гигантской картофелины

Наше представление о календаре майя

Неразгаданные тайны Стоунхенджа

От морского дна до Марса

Сверхмассивные чёрные дыры - крупнейшие колыбели планет

Способ оценки масс новорожденных планет

Стремиться ли к Луне

Суперконтинент сделал из Земли снежный ком

Ученые обновляют план первого контакта

Фильм Спилберга об НЛО основан на достоверных данных

Хронология древних океанов Марса

Черная дыра образовалась раньше своей галактики

Артефакты на фотографии марсохода Кьюриосити

Белый дом опубликовал новые файлы с НЛО

Брифинг НАСА о инопланетной звездной базе

В архивах Ватикана нет записей об НЛО

В куклу вселился призрак собаки

Внутри особняка с привидениями в Денвере

Военные отслеживали антигравитационные технологии

Все cвидетельства путешествий во времени

Инопланетяне уже посещали Землю

НЛО над главным аэропортом Зимбабве

НЛО отслеживается самолетом ВВС США

НЛО пролетел по небу над Индией

Оранжевая сфера повергла рыбака в шок

Пентагон опубликовал 72 новых файла об НЛО

Путешественник во времени времен Второй мировой войны

Режиссер Стивен Спилберг заявляет, что мы не одиноки

Светящийся шар запустил рой загадочных объектов

Существование путешествий во времени

Убедитесь в реальности путешествий во времени

Черный шар засеивает облака дронами

Брифинг НАСА о инопланетной звездной базе на Луне

Где же все черные дыры промежуточной массы

Давно скрытые секреты выходят на свет

Диски, светящиеся шары и картофелина

Древние изменения климата Марса

Замечен всплеск наблюдений красных шаров

Исключение темной энергии из уравнения

Китай и Россия обладают сбитыми НЛО

Конференция по НЛО пройдет в Канаде

Красные карлики пожирают планеты, похожие на Землю

Лунные базы сталкиваются с невидимой угрозой

Новый телескоп может обнаружить 100 000 миров

Окончательная перепись близких звёздных систем

Почему первые галактики прекратили звездообразование

Размытые видеозаписи и никаких фактов

Странное квантовое свойство изолятора будущего

Триллер Стивена Спилберга об НЛО всех покорил

Туристы запечатлели яркий треугольный НЛО

Файлы об НЛО разжигают панику на Земле

Фильм Стивена Спилберга об НЛО бьёт рекорды

Эволюция городской мобильности. Все об электросамокатах

Встреча с инопланетянами в Розуэлле

За кулисами печально известного интервью Груша

Загадочная картофелина над Колорадо

Инопланетный корабль был всего лишь светом

Инопланетян по-прежнему нет

Наблюдения таинственных шаров

Недавно опубликованное досье Пентагона об НЛО

Новое внимание к исчезновению генерал-майора

Новые файлы НЛО могут содержать угрозу безопасности

Последние мгновения перед исчезновением генерала

Правительства скрывают правду об инопланетянах

Прозрачный НЛО искривил пространство

Разоблачитель НЛО заявляет о секретных расходах

Рецензия на фильм Стивена Спилберга

Сообщения о светящихся красных шарах

Странные огни, но мало неопровержимых фактов

США публикуют третью порцию файлов об НЛО

Трамп обнародовал третью порцию файлов об НЛО

Угрожает ли Вере раскрытие НЛО

Шкала сообщений об НЛО, заслуживающих изучения

Большинство американцев верят в НЛО

Вращающиеся диски и светящиеся шары

Время существует не везде

Инопланетяне могут существовать

Инопланетяне на чемпионате мира

Опубликованы новые файлы об НЛО

Официальные лица США приблизились к тайне НЛО

Пентагон опубликовал третью партию файлов об НЛО

Плазменные шары в центре внимания

Появление НЛО над Зимбабве летом 2008 года

Публичное раскрытие администрации Трампа

Пять сообщений правоохранительных органов о НЛО

Светящиеся шары на северо-востоке США

Создали ядерные шаровые молнии в лаборатории

США публикуют третью партию файлов об НЛО

Третья партия файлов об НЛО

Уфологические файлы Пентагона содержат видеозаписи

Фильм, который стоит посмотреть перед Днем раскрытия

Христианство совместимо с концепцией НЛО

Шаровые НЛО над северо-востоком США

Реальные истории, которые легли в основу фильмов ужасов

Артефакт обнаружен на фото марсохода

База инопланетян в районе северного полюса Луны

Восемь инопланетных существ, описанных властями

Грибы на Марсе сделают реголит плодородным

Загадочный водяной лед Меркурия

Замаскированный НЛО направляется к району ранчо Скинуокер

Инвестор ищет возможности, связанные с НЛО

Инопланетяне как никогда близки

Кладезь данных о гравитационных волнах

Марс может помочь нам понять маргинальные экзопланеты

Невероятный научно-фантастический мини-сериал

Новый опрос проливает свет на убеждения американцев

Обнаружена трижды затменная система звёзд

Одержимость Стивена Спилберга инопланетянами

Пилот видел НЛО размером больше авианосца

Правительственные секреты об инопланетянах

Привел ли инцидент в Варгинье к обнаружению инопланетян

Реальные доказательства или мистификация

Светящийся шар завис над городом

Умирающая звезда создала Хрустальный Шар

Величайшее сокрытие информации в истории США

День раскрытия информации хочет, чтобы вы поверили

Доказательство реальности путешествий во времени

Как использовать лунные ресурсы

Миллиарды секретных расходов, скрытых от Конгресса

Многие фильмы Спилберга об инопланетянах глубокие

Многомиллиардный секрет американских военных

Не верьте ажиотажу вокруг искусственного интеллекта

НЛО увеличивает число подписчиков блогеров

Определили физические признаки нашего Сознания

Отвечать на сигналы инопланетян запрещено

План на день, когда инопланетяне вступят в контакт

Почему размер популяции не спасает ее от вымирания

Связи ЦРУ с инопланетными технологиями

Скрытый порядок в многомерной случайности

Странные огни, бесшумные корабли и близкие встречи

США изучали комаров как биологическое оружие

ЦРУ собирает инопланетные технологии

Черные дыры делают экзопланеты непригодными для жизни

Эмили Блант изучала реальные истории о похищениях

Берегитесь Малдеров и Скалли

В файлах об НЛО христиане видят демонов

Внеземная жизнь может ускользать от зондов

Законодатели хотят, чтобы уфо-инсайдеры имели иммунитет

Как Великая пирамида пережила землетрясения

Конгрессмен осуждает препятствия на пути к правде

На острове Пасхи появилась новая статуя

Недалеко от Юпитера наши рой метеоритов

Нужно принять меры по обеспечению прозрачности

Обнаружили сверхземлю у близлежащего красного карлика

Писать письма инопланетянам нестоит

Правительство США вербовало детей-экстрасенсов

Правительству США известно об инопланетянах

Сильно покрасневшие загадочные квазары

Скептик посетил ранчо Скинуокер

Стивен Спилберг вызвал возмущение из-за НЛО

Стремление к раскрытию тайн НЛО

Уфо-инсайдеры штурмуют Капитолийский холм

Участники сообщества конспирологов на Reddit

Экзопланета размером с Сатурн и земной температурой

Адские планеты более распространены, чем экзоземли

Вот 15 лучших фильмов об НЛО

Встречи с инопланетянами. Факт или вымысел

Жанна д’Арк - девушка, которая определила будущее мира

Жуткий НЛО замечен в Бразилии

Инопланетяне - самозванцы

Испытали управляемый снаряд для рельсотрона

Как инопланетянам достичь Земли

Картина доказывает, что путешествия во времени реальны

Кристаллы пространства и времени

Людей отправляют в Ад чаще, чем в Рай

Обреченные экспедиции - почва для теорий заговора

Они прилетели из чужих миров

Откуда Земля получила фосфор и азот

Под водами озера Шамплейн скрывается чудовище

Правительству США известно о расах инопланетян

Решение проблемы Кардашева

Секретные программы обратного инжиниринга НЛО

Сотрудник ЦРУ рассекретил сеть инопланетных хабов

Что бы почитать про НЛО

Грузовики с КМУ от «Грузовик-ДВ»

Администрация Байдена стреляла ракетами по шарам

Архиепархия Вашингтона разошлась во мнениях о НЛО

Все предсказания Ванги на 2026 год

Наверх
Яндекс.Метрика