新しい理論モデルは、ブラックホールのエントロピーに関する50年来の謎を解く可能性がある。米国、ベルギー、アルゼンチンの物理学者によって開発されたこのモデルは、量子力学的ワームホールの概念を使用して、ブラック ホール内の量子微小状態の数を数えます。得られた数値は、いわゆるベケンシュタイン・ホーキングのエントロピー公式による予測と一致しており、これらの極端な天体物理学的天体についてのより深い理解につながる可能性があります。

ブラックホールの熱力学

ブラックホールの名前の由来は、その強烈な重力が時空を大きく歪め、ブラックホールに入ると光さえも逃げることができないためです。そのため、内部で何が起こっているのかを直接観察することは不可能になります。しかし、1970 年代にジェイコブ ベッケンシュタインとスティーブン ホーキング博士が行った理論的研究のおかげで、ブラック ホールにはエントロピーがあり、エントロピーの量はその名前を冠した公式によって与えられることがわかっています。

古典的な熱力学では、エントロピーは微視的なカオスと無秩序から生じ、系内のエントロピーの量は、その系の巨視的な記述と一致する微小状態の数に関係します。量子物体の場合、マイクロ状態の量子重ね合わせもマイクロ状態としてカウントされ、エントロピーは、すべての量子マイクロ状態をそのような重ね合わせから構築できる方法の数に関係します。

ブラックホールのエントロピーの原因は未解決の問題であり、純粋に量子力学的に説明することはこれまでのところ科学者には得られていない。 1990 年代半ば、弦理論学者は、特定のブラック ホールに対するベケンシュタイン-ホーキングの公式と一致する、ブラック ホールの量子微小状態を数える方法を導き出しました。ただし、彼らの方法は、電荷と質量が細かく調整された特別なクラスの超対称ブラック ホールにのみ適用されます。星が崩壊するときに生成されるものも含め、ほとんどのブラックホールはカバーされていません。

地平線を超えて

新しい研究では、米国のペンシルバニア大学、ブランダイス大学、サンタフェ研究所の研究者が、ベルギーのブリュッセル自由大学およびアルゼンチンのバルセイロ研究所の同僚らと協力して、ブラックホールの内部を覗くことを可能にするアプローチを開発した。インテリア。書き込み中 Physical Review Lettersに, 彼らは、ブラックホールの事象の地平線、つまり光が逃げられない境界面の背後には、考えられる微小状態が無限に存在することに注目しています。量子効果により、これらの微小状態は、ワームホールとして知られる時空のトンネルを介してわずかに重なることがあります。これらの重複により、代表的な量子重ね合わせの有限セットの観点から無限のミクロ状態を記述することが可能になります。これらの代表的な量子重ね合わせを順番に数えて、ベケンシュタイン・ホーキングエントロピーに関連付けることができます。

による ビジェイ・バラスブラマニアン研究を主導したペンシルバニア大学の物理学者である同チームのアプローチは、あらゆる質量、電荷、回転速度のブラックホールに適用できる。したがって、それはブラックホール熱力学の微視的な起源の完全な説明を提供する可能性があります。同氏の見解では、ブラックホールの微小状態は「カオス的なダイナミクスを持つ複雑な量子状態の典型的な例」であり、チームの結果は、そのようなシステム一般について私たちがどのように考えるかについての教訓を与える可能性さえある。考えられる拡張の 1 つは、微妙な量子効果を使用して、地平線の外側からブラック ホールの微小状態を検出する方法を探すことです。

量子複雑性はワームホールのパラドックスを解決する可能性がある

ファン・マルダセナこの研究には関与していない米国プリンストン高等研究所の理論家は、この研究をブラックホールの微小状態に関する興味深い視点と呼んでいる。彼は、これは異なるプロセスを介して準備されたブラックホールの純粋な状態の重なりの統計的特性の計算に基づいていると指摘しています。これらの異なる状態間の内積を計算することはできませんが、重力理論は、ワームホールの寄与を通じて、それらの重なりの統計的特性を計算することを可能にします。同氏によれば、その答えは本質的に統計的であり、1977 年にホーキング博士とゲイリー・ギボンズ氏によって実行されたブラック ホール エントロピーの別の計算と同じ精神に基づいていますが、それは、起こり得るミクロ状態のより鮮明な図を提供します。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/quantum-mechanical-wormholes-fill-gaps-in-black-hole-entropy/