Vai mēs visi nepareizi domājam par melnajiem caurumiem?


Tagad satveriet termodinamikas mācību grāmatu, atrodiet likumus un pārbaudiet, vai, aizstājot termodinamiskos terminus ar melnā cauruma mainīgajiem, varat atrast patiesus apgalvojumus. Daudzos gadījumos jūs to varat, un analoģija uzlabojas.

Pēc tam Hawking atklāj Hawking starojumu, kas vēl vairāk uzlabo analoģiju. Tajā brīdī vairums fiziķu sāk apgalvot, ka analoģija ir tik laba, ka tā ir kas vairāk par analoģiju – tā ir identitāte! Tā ir ļoti spēcīga un pārsteidzoša prasība. Tajā teikts, ka melnā cauruma likumi, no kuriem lielākā daļa ir telpas-laika ģeometrijas pazīmes, kaut kādā mērā ir identiski fizikālajiem principiem, kas ir tvaika dzinēju fizikas pamatā.

Tā kā identitātei ir milzīga loma kvantu gravitācijā, es gribu pārskatīt šo identitātes apgalvojumu. Tikai daži no fizikas pamatiem to ir izdarījuši.

Kāda ir melno caurumu statistiskā mehānika?

Tas ir labs jautājums. Kāpēc tur parasto termodinamiku? Mēs zinām, ka visas šīs makroskopiskās termodinamiskās sistēmas sastāv no daļiņām. Termodinamikas likumi ir statistiski ticamāko konfigurāciju apraksti, kas notiek no mikroskopiskā viedokļa.

Kāpēc tur melnā cauruma termodinamiku? Vai likumi ir arī statistiski visticamākais veids, kā izturēties pret melnajiem caurumiem? Lai arī šajā virzienā ir spekulācijas, līdz šim mums nav skaidras mikroskopiskas izpratnes par melnā cauruma fiziku. Ja tā nav, identitātes apgalvojums šķiet vēl pārsteidzošāks.

Kas jums lika domāt par analoģiju?

Daudzi cilvēki uztraucas par to, vai teorētiskā fizika ir kļuvusi pārāk spekulatīva. Ir daudz komentāru par to, vai hologrāfija, stīgu ainava – visa veida lietas – ir pietiekami piesieta, lai eksperimentētu. Man ir līdzīgas bažas. Tātad mans bijušais Ph.D. students Džons Doughertijs un es domāju, kur tas viss sākās?

Mūsuprāt, daudz kas sākas ar šo apgalvoto identitāti starp melnajiem caurumiem un termodinamiku. Apskatot literatūru, jūs redzat, kā cilvēki saka: "Vienīgais pierādījums, kas mums ir par kvantu gravitāciju, vienīgais cietais mājiens ir melnā cauruma termodinamika."

Ja tas ir galvenais, no kura mēs vērsīsimies pēc kvantu gravitācijas, tad tas ir ļoti rūpīgi jāizpēta. Ja tas izrādās slikts pavediens, varbūt labāk būtu mūsu likmes izplatīt nedaudz plašāk, tā vietā, lai iedziļinātos šajā identitātē.

Foto: Peggy Peattie / Žurnāls Quanta

Kādas problēmas jūs saskatāt ar melnā cauruma uzskatīšanu par termodinamisko sistēmu?

Es redzu principā trīs. Pirmā problēma ir: Kas ir melnais caurums? Cilvēki bieži domā par melnajiem caurumiem kā tikai par tumšās sfēras veidu, piemēram, Holivudas filmā vai kaut ko citu; viņi domā par to kā zvaigzne, kas sabruka. Bet matemātiskais melnais caurums, melnā cauruma termodinamikas pamats, nav materiāls no sabrukušās zvaigznes. Tas viss ir iedziļinājies savdabībā. Melnais caurums ir tas, kas ir palicis.

Melnais caurums nav cieta lieta centrā. Sistēma patiešām ir viss telpas laiks.

Jā, tas ir šis globālais priekšstats, kuram tika izstrādāta melnā cauruma termodinamika, un tādā gadījumā sistēma patiešām ir viss telpas laiks.

Šeit ir vēl viens veids, kā domāt par satraukumu. Pieņemsim, ka zvaigzne sabrūk un veido notikumu horizontu. Bet tagad šī notikuma horizonta priekšā nokrīt vēl viena zvaigzne un tā sabrūk, tāpēc tā ir pirmās iekšpusē. Jūs nevarat domāt, ka katram no tiem ir savs mazais horizonts, kas uzvedas termodinamiski. Tas ir tikai viens horizonts.

Šeit ir vēl viens. Notikuma horizonts maina formu atkarībā no tā, kas tajā tiks iecerēts. Tas ir gaišreģis. Dīvaini, bet šeit nav nekas spocīgs, ja vien atceramies, ka notikumu horizonts ir noteikts tikai globāli. Tas nav vietēji novērojams daudzums.